第十章_法兰连接

第十章 法兰连接 学习向导：  了解法兰连接工作原理和垫片的种类；  熟悉压力容器法兰和管法兰的类型；  掌握三种密封面的结构特点和应用范围。  常见的可拆卸结构有法兰联接、螺纹联接和承 插式联接。 法兰连接优缺点：  法兰联接有较好的强度和紧密性，适用的尺寸 范围宽，在设备和管道上都能应用，所以应用 最普遍。但法兰联接时，不能很快地装配与拆 卸，制造成本较高。 ????? www.bzfxw.com ???? www.bzfxw.com  容器法兰与管法兰均已制定出标准。根据公 称直径和公称压力，可以从标准中查到. 少量超出标准 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 范围 法兰，才需进行设计。 www.bzfxw.com 一、法兰连接结构与密封原理一、法兰连接结构与密封原理  法兰连接结构是一 个组合件，是由一 对法兰，若干螺栓、 螺母和一个垫片所 组成。  故法兰连接的设计 中主要解决的问题 是防止介质泄漏。 ????? www.bzfxw.com ???? www.bzfxw.com 法兰密封的原理： 所需的这个压紧力叫垫 片的预紧密封比压，单 位为MPa。预紧密封比 压主要决定于垫片材质。  法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于密封面之间 的垫片压紧，当垫片单位面积上所受到的压紧力 达到一定的数值会使垫片变形而被压实，把密封 面上的凹凸不平处填满，这样就为阻止介质泄漏 形成初始密封条件。 www.bzfxw.com  工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧力。垫片有 足够回弹能力，补偿变形，预紧密封比压值不小于 某一值(工作密封比压-使介质不泄漏，在密封面与 垫片之间所必须保留下来的最低比压。)，保持良 好密封。  反之，回弹不足，预紧密封比压下降到工作密封比 压以下，甚至密封处重新出现缝隙，则此密封失效。 ????? www.bzfxw.com ???? www.bzfxw.com  可见，要保证法兰密封，就必须使法兰 密封面上实际存在的比压，预紧时不低 于垫片的预紧密封比压，工作时应高于 工作密封比压。 保证螺栓法兰连接紧密不漏的条件 www.bzfxw.com  按整体性质程度分 整体法兰 松式法兰 任意式法兰 二、法兰的分类 平焊法兰 对焊法兰 （一）整体法兰－指法兰盘、颈部与容器(或接管) 三者有效地连接成一整体结构的法兰。 ????? www.bzfxw.com ???? www.bzfxw.com １．平焊法兰-法兰盘焊接在设备筒体或管道上，制造容易，应用广泛，但刚性较差。 法兰受力后，法兰盘的矩形截面发生微小转 动，见上图，与法兰相联的筒壁或管壁随着发 生弯曲变形。于是在法兰附近筒壁的截面上， 将产生附加的弯曲应力。所以平焊法兰适用的 压力范围较低（PN<4.0MPa）。 www.bzfxw.com ２．对焊法兰  对焊法兰又称高颈法兰或长颈法兰。颈的存在 提高了法兰的刚性，同时由于颈的根部厚度比 筒体厚，所以降低了根部的弯曲应力。此外， 法兰与筒体（或管壁）的联接是对接焊缝，比 平焊法兰的角焊缝强度好，故对焊法兰适用于 压力、温度较高或设备直径较大的场合。 ????? www.bzfxw.com ???? （二）松式法兰  法兰不直接固定在壳体上或者虽固定而不能保 证法兰与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结 构，均划为松式法兰，如活套法兰、螺纹法兰、 搭接法兰。  活套法兰的法兰盘可以采用与设备或管道不同的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 制造， ，用于铜制、铝制、陶瓷、石墨及其非金属材 料的设备或管道上。 受力后无附加弯曲应力，只适用于压力较低场合  螺纹法兰广泛用于高压管道上，法兰对管壁产 生的附加应力较小。但这种法兰刚度小，它的 厚度较厚，一般只适用于压力较低的容器上。 ????? www.bzfxw.com ????  任意式法兰与壳体连成一体，刚性比整 体法兰差，如未焊透的焊接法兰。 （三）任意式法兰  按形状： 圆形法兰是最常见的，方形法兰有利于 把管子排列紧凑，椭圆形法兰通常用于 阀门和小直径的高压管子上。 ????? www.bzfxw.com ???? 三、压力容器法兰标准及选用 石油、化工上用的法兰标准有两类，一类是压力 容器法兰标准，一类是管法兰标准。 （一）压力容器法兰的类型 甲型平焊法兰（JB/T 4701-2000） -20℃～ 300℃ 300～20000.25，0.6， l.0，1.6 甲型平焊法兰 温度范围直径范围 DN压力等级 PN （MPa） 名 称 它直接与容器的筒体或封头焊 接。在上紧和工作时均会作用 给容器器壁一定的附加弯矩， 且法兰盘自身的刚度也较小， 所以适用于压力等级较低和筒 体直径较小的范围内。 ????? www.bzfxw.com ???? 乙型平焊法兰（JB/T 4702-2000）  乙型法兰有一个壁厚不小于16mm的 圆筒形短节，有了这个短节，既可 增大整个法兰的刚度，又可使容器 器壁避免承受附加弯矩。因而适用 于较大直径和较高压力的条件下。  用于PN0.25～1.6压力等级中较大 直径范围还可用于2.5 和4.0两个 压力等级中较小直径范围。适用的 全部直径范围为300～3000mm，温 度范围为－20℃～350℃。 长颈对焊法兰 （JB/T 4703-2000）  长颈对焊法兰是用根部增厚的颈 取代了乙型平焊法兰中的短节， 从而更有效地增大了法兰的整体 刚度，同时法兰与设备采用对接 焊连接，因此用于更高的压力范 围(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直径 范围(DN300mm～2000mm)，适 用温度范围为-20℃～450℃。 ????? www.bzfxw.com ????  由 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 10－1中可看出，乙型平焊法兰中 DN 2000mm以下的规格均已包括在长颈 对焊法兰的规定范围之内。这两种法兰 的联接尺寸和法兰厚度完全一样。所以 DN2000mm以下的乙型平焊法兰，可以 用轧制的长颈对焊法兰代替，以降低法 兰的生产成本。 说明 I. 密封面形式 平面型密封面 凹凸型密封面 榫槽型密封面 （二）压力容器法兰的结构 ????? www.bzfxw.com ???? 1.平面型密封面（RF）  密封表面是一个突出的光滑平 面，也可车制三角形沟槽。  密封面结构简单，加工方便， 且便于进行防腐衬里。但是， 这种密封面垫片接触面积较 大，预紧时垫片容易往两边 挤，不易压紧，用于所需压紧 力不高且介质无毒的场合。 2. 凹凸型密封面（MFM）  密封面是由一个凸面和一个 凹面相配合组成，在凹面上 放置垫片，由于凹面的外侧 有挡台，能够防止垫片压紧 时被挤出，故可适用于压力 较高的场合。 ????? www.bzfxw.com ????  密封面是由榫面和槽面配合而成。其 密封面较窄。垫片置于槽中，不会被 挤动。因而，它比以上两种密封面均 易获得良好的密封效果。但缺点是结 构与制造比较复杂，更换挤在槽中的 垫片比较困难。 这种密封面规定不用非金属软垫片。  榫槽密封面适于易燃、易爆、有 毒的介质以及较高压力的场合。 3. 榫槽型密封面(TG) 采用凹凸型或榫槽型密封面时，位置怎样 考虑？  立式容器法兰密封面的槽面或凹面应向 上，卧式容器法兰密封面的槽面或凹面 应位于筒体上。 ????? www.bzfxw.com ????  甲型平焊法兰的密封面只有平面型与凹凸型两 种。故它有两种结构，见图10－6。  乙型与长颈法兰则三种密封面形式均有。故各 有三种结构，分别见于图10－7和10－8。  平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬 环的两种。当设备是由不锈钢制作时， 采用碳钢（或低合金钢）法兰加不锈钢 衬环，可以节省不锈钢。 II. 压力容器法兰的结构 ????? www.bzfxw.com ????  衬环法兰的结构与不带衬环法兰的结构是 对应的，也共有三类八种结构。  说明：一是密封面开在衬环上，所以衬环 要有足够的厚度；二是为了检查衬环与法 兰之间，衬环与容器筒体或法兰衬里之间 焊缝的严密性，在法兰上开有十字通孔。  法兰尺寸可从表10－2至表10－8中查取。 （三）压力容器法兰的尺寸系列  ①法兰的公称直径－指的是与法兰相配 的筒体或封头的公称直径。  ②法兰的公称压力－指在规定的设计条 件下，在确定法兰结构尺寸时所采用的 压力。分成七个等级，即0.25、0.60、 1.00、1.60、2.50、4.00、6.40MPa。 法兰的公称压力并不一定等于法兰的 操作压力。 ????? www.bzfxw.com ????  法兰公称压力的确定与法兰的最大操作压力、操 作温度以及法兰材料有关。因为在制定法兰尺寸 系列、计算法兰厚度时，是以16MnR在200℃时的 机械性能为基准制定的。  譬如DN=1000mm，PN＝0.6MPa的甲型平焊法兰， 它的尺寸是根据以下条件通过计算确定的：法兰 材料是16MnR，许用应力按200℃取，法兰内径为 1000mm，最大操作压力是0.6MPa等。这个尺寸一 经确定，就称它是公称压力PN＝0.6MPa，公称直 径DN=1000mm的甲型平焊法兰。  可见以此基准所确定的法兰尺寸，若是用 16MnR在200℃时操作，它允许的最大操作 压力就是该尺寸法兰的公称压力。  例如，所谓公称压力PNO.6MPa的法兰，就 是指具有这样一种具体尺寸的法兰，该法 兰是用16MnR制造的，在200℃时，它的最 大允许操作压力是0.6MPa。 ????? www.bzfxw.com ???? 法兰的公称压力是如何定义的？  以16MnR在200℃时的力学性能为基 础，其最大操作压力即为具有该尺寸法 兰的公称压力。  另外，法兰制造采用的材料不同，其同一几 何尺寸规格的法兰，允许承受的最大工作压 力也不同。  但如果把这个PN0.6MPa的法兰用在高于200℃的 条件下，那么它的最大操作压力将低于它的公 称压力0.6MPa。 ????? www.bzfxw.com ????  总之，只要法兰的公称直径、公称压力确定 了，法兰的尺寸也就确定了。至于这个法兰允 许的最大操作压力是多少，那就要看法兰的操 作温度和用什么材料制造的。  为了解决设计条件的特定性（16MnR与200℃） 与使用情况的多样性之间的矛盾，法兰标准专 门编制了两张反映因法兰所用材料和法兰工作 温度与设计条件不同时，法兰的最大允许工作 压力与其公称压力之间关系的表，即表10－10 和表10－11。 （四）容器法兰尺寸的查取方法及标记  （1）根据容器的公称直径DN和设计压力p，参照 表10－1初步确定法兰的结构类型；  （2）根据容器的设计压力p，设计温度t及准备 采用的法兰材料，按表10－10或表10－11确定所 选法兰的公称压力PN；  （3）根据所确定的法兰的PN和DN返回查看表10 －1，以便验证原来根据设计压力p所初步确定的 法兰类型是否包含有已确定的PN和DN。  （4）根据所确定的PN和DN，从表10－2至表10－ 8中选用相应的尺寸表，即可确定选法兰尺寸。 ????? www.bzfxw.com ???? 例：塔身与封头的法兰。塔内径1000mm，操作 温度280℃，设计压力0.2MPa。Q235-B。 根据操作温度、设计压力和所用材料，应按公称 压力为0.6MPa查选尺寸。 若设计压力改为0.5MP,试确定法兰类型和尺寸? 容器法兰标记  如:法兰C－T 800－1.6 JB/T 4702－2000  法兰－RF 1000－2.5/78-155 JB/T 4702－2000 ????? www.bzfxw.com ???? (五) 压力容器法兰用密封垫片  垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变 形和回弹能力是形成密封的必要条件。 最常用的垫片可分为非金属、金属、非 金属与金属混合制的垫片。  1.非金属垫片（JB/T 4704-2000）  非金属垫片材料有橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。 耐温度和压力的性能较金属垫片差，通常只适 用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密 封。  非金属垫片用于平面密封面与凹凸密封面。  非金属垫片标记如下： ????? www.bzfxw.com ???? 2.金属与非金属混合制垫片  a.缠绕式垫片（JB/T 4705-2000）  金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢带)与石 棉带一起相间绕制而成。为增大垫片的弹性和 回弹性，金属带与非金属带均轧制成波形，有 四种结构型式： 基本型（A型） 带内加强环（B型） 带外加强环（C型） 带内外加强环（D型） 这类垫片用于乙型平焊和长颈对焊两类法兰上。 b.金属包垫片（JB/T 4706-2000）  金属包垫片是由石棉橡胶板作内芯，外 包厚度为0.2～0.5mm厚的薄金属板构成。 这类垫片也只用于乙型平焊和长颈对焊 两类法兰上。 垫片 金属板材代号 公称直径,mm 公称压力,MPa 标准号(JB/T 4706-2000) ????? www.bzfxw.com ???? 3. 金属垫片  金属垫片材料一般并不 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 强度高，而 是要求软韧。常用的是软铝、紫铜、铁 (软钢)、蒙耐尔合金(含Ni67％，Cu30 ％，Cr4～5％)钢等。金属垫片主要用于 中、高温和中、高压的法兰联接密封。 表10-15 法兰、垫片、螺柱、螺母匹配表 四、管法兰标准  管法兰的公称直径是与其连接的管子的公称直 径，它既不是管子的外径也不是内径。 同样公称直径的容器法兰和管法 兰，它们的尺寸亦不相同，二者不 能互相代用。 注意  管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有承插焊 法兰、松套法兰、螺纹法兰等。见表10－17。 ????? www.bzfxw.com ????  管法兰标准除GB/T9112 ～9124-2000 外，常用标准还有：原化工部标准 HG20592～HG20602-97；中石化标准 SH3406-96等。其中化工部标准中分为欧 洲体系、美洲体系等，我国常用的为欧 洲体系。  管法兰的密封面形式除了突面、凹凸面、榫槽 面外还有全平面、环连接面。见图10－16。  三种常用管法兰所适用的PN、DN范围见表10－ 18和表10－18（A）  管法兰的材料及其允许承受的最高无冲击压力 见表10－29（A-F）  管法兰的结构和尺寸见书中图和表。  管法兰标记及密封垫片  钢制管法兰紧固件  法兰、密封垫片、紧固件的选配表  管法兰标准的查选方法、步骤与压力容 器法兰相同。 ????? www.bzfxw.com ???? 思考题 1.法兰垫片密封的原理是什么？影 响密封的因素有哪些？ 2.法兰的型式有哪些？各有什么特 点？ 3.法兰密封面型式有哪些？各适用 什么场合？ 4.常用的垫片材料有哪些？