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1、尿素厂设备科2017年9月10日 常用工业法兰 垫片及钢管选用标准 1 1 现场常见问题概述 内容提要 2 3 4 垫片密封及适用范围 常用管道标准及选用原则 工业管道法兰 管件标准 2 序言 法兰规格型号和压力等级 材质选型不当 现场常见问题概述 管道法兰之间或与阀门标准不匹配 垫片选用不当 造成不必要泄漏 管道检修更换的管件与管子直径壁厚不匹配 3 4 管道连接法兰一侧为长颈对焊法兰 另一侧为平焊法兰 标准不一致 存在安全隐患和质量缺陷 案例一 5 案例二 管道弯头与直管段壁厚和直径规格不匹配 焊缝搭接 造成质量缺陷和安全隐患 6 案例三 垫片选型不合适 造成密封失效 出现泄漏 给安全生产
2、带来隐患 7 案例四 管道管件之间的不规范连接 应使用三通管件 8 案例五 管道法兰选型不当 应为长颈对焊法兰 避免造成内部冲蚀 9 案例七 平盖法兰与设备法兰标准不一致 已出现鼓包疲劳变形 存在安全隐患 存在问题根源 10 工业管道法兰 管件标准 一 法兰的分类及选用二 法兰结构形式 参数三 法兰密封原理三 法兰使用范围及代号说明四 压力容器法兰 第一部分 11 一 法兰分类及选用 在石油化工装置中 法兰是管道 管件 阀门 仪表和设备等进行连接的最重要 最常见的形式之一 这种连接虽具有拆卸方便且不用动火等优点 但因由法兰 螺栓 垫片三者协同实现密封 其中任一元件出现问题就会造成泄漏 不仅造成
3、浪费 而且还会污染环境 甚至造成人员伤亡及财产损失 12 一 法兰分类及选用 我国现行的法兰标准分为两个体系 分别是PN系列 欧洲体系 和Class系列 美洲体系 PN系列公称压力等级采用PN表示 包括以下九个等级 PN2 5 PN6 PN10 PN16 PN25 PN40 PN6 4 PN100 PN160 Class系列公称压力等级采用Class表示 包括以下六个等级 Class系列150 Class系列300 Class600 Class900 Class1500 Class2500 13 一 法兰分类及选用 LB与PN是压力等级 不是简单的压力单位 就是LB可与Mpa相互换算 但是LB
4、与PN是不能简单的换算的 因为压力等级本身就应该是无次的 只是不同的等级标准 互换时除了要考虑LB与Mpa的换算关系 大概是Mpa 0 007 LB HG T20592 2009与HG T20592 1997 法兰标准中公称压力的区别 压力换算公式 1巴 bar 100000帕 Pa 10牛顿 平方厘米 0 1Mpa是国际标准组织定义的单位 在HG T20592 2009法兰标准中压力为PN16 与HG T20592 1997法兰标准中压力为PN1 6的压力是相同的 因为HG T20592 2009版公称压力是按bar为单位 而HG T20592 1997是按Mpa为单位的 16bar 1 6
5、Mpa 14 二 法兰结构型式 参数 15 二 法兰结构型式 参数 16 二 法兰结构型式 参数 17 二 法兰结构型式 参数 板式平焊法兰 PL 优点 结构简单 加工方便 缺点 是接触面积大 需要的预紧比压大 螺栓承载大 故法兰等零件要求高 笨重 垫片易挤出 密封性能较差 使用压力P 2 5Mpa 有毒 易燃 易爆介质中不能使用 18 二 法兰结构型式 参数 凹凸面法兰优点 便于对中 能防垫片挤出 较少受到介质的冲刷和腐蚀 适用于压力较高的场合 缺点 不便于垫片的更换 19 三 法兰密封原理及形式 20 法兰连接确切地说应该是螺栓 法兰 垫片连接 其密封是靠三者的协同作用实现的 其中垫片是实
6、现密封的核心部件 法兰的密封原理 通过螺栓的预紧力 使垫片和法兰密封面之间产生足够的压力 以使垫片表面产生的变形足以填补法兰密封面的微观不平度 达到密封的目的 为达到上述目的所作用到垫片上的最小单位压紧力 称为比压力 当与法兰连接的管道达到操作压力时 因内压的轴向力的作用导致两片法兰有分开的趋势 而螺栓则有伸长的趋势 作用在垫片上的压紧力将减少 当作用在垫片有效截面上的压紧力降至某一临界值时 仍能保持密封 这时垫片上的剩余压紧力即为垫片的有效紧固力 三 法兰密封原理及形式 当垫片上压紧力小于有效紧固力时法兰就会发生泄漏 甚至将垫片吹跑 因此垫片的有效紧固力必须大于管道的操作压力 两片法兰密封面
7、之间的距离 在操作状态要比初始状态大 这时垫片与法兰密封面的紧密性是靠垫片的回弹力来保证的 可以这么说 在初始密封阶段 垫片的表面塑性变形填补法兰密封面的微观不平度起决定性作用 而操作状态下法兰的密封 垫片内部的弹性回复起主导作用 21 三 法兰密封原理及形式 22 三 法兰密封原理及形式 法兰密封的泄露主要是密封面间的泄露 由垫片毛细管作用而发生渗漏的可能性很小 垫片靠外力压紧后 垫片本身产生的弹性变形和塑性变形 填满密封面上微小的凹凸不平的间隙 使介质通过密封面的阻力大于密封面两侧的压差时 即达到密封 但是受到外界条件影响时 密封受到破坏 从而产生泄露 影响密封的因素主要有以下几个方面 2
8、3 三 法兰密封原理及形式 1 操作条件的影响 操作条件即是压力 温度 介质的物化性质 石油化工厂中 低压法兰较多 往往单纯的压力或者介质因素对法兰泄露的影响并不是主要的 只有和温度联合作用时 问题才显得严重 当温度反复变化时 密封失效的可能性更大 2 设计参数中垫片系数和压紧比的影响 我国目前选用两者参数是通过查表 钢制压力容器 但是垫片系数和压紧比 即使是同一材料 两者系数也还跟垫片宽度 预紧压力 介质性能 法兰密封面宽度和粗糙度等因素有关 所以 两系数究竟取多少 目前尚没有权威性的规范可以选用 24 三 法兰密封原理及形式 25 三 法兰密封原理及形式 3 螺栓预紧力的影响 提高螺栓预紧
9、力 可以增大垫片的密封性能 但过大的螺栓与精灵 会是垫片失去弹性 甚至把垫片压坏或者基础 不能保证其在工作状态下有足够的弹性 26 三 法兰密封原理及形式 4 垫片性能的影响 垫片变形包括弹性变形和塑性变形 垫片材料是影响垫片性能的主要因素 因此垫片的好坏会影响到法兰的密封 5 法兰刚度的影响 法兰刚度不足会产生过大的翘曲变形 往往是导致密封失效的原因之一 27 三 法兰密封原理及形式 6 密封面的影响 法兰密封面的形状和粗糙度应与垫片相配合 密封面的平直度和密封面与法兰轴线的垂直度是保证垫片均匀压紧的前提 因此在设计 安装时必须考虑管线热膨胀造成的推理或偏心力的影响 否则就会容易造成法兰密封
10、不严 引起泄露 28 三 法兰密封原理及形式 法兰密封面型式和代号 GB T9112 2000 29 三 法兰密封原理及形式 30 四 法兰使用范围及代号说明 31 四 法兰使用范围及代号说明 32 四 法兰使用范围及代号说明 33 四 法兰使用范围及代号说明 34 四 法兰使用范围及代号说明 35 四 法兰使用范围及代号说明 36 五 压力容器法兰 1 法兰分类及法兰类型代号 37 五 压力容器法兰 2 法兰标记法兰标记由7部分组成 标准编号 法兰总高度 mm 法兰厚度 mm 公称压力 MPa 公称直径 mm 密封面型式代号 法兰名称及代号 38 五 压力容器法兰 2 法兰标记公称压力2 5
11、MPa 公称直径1000mm的平面密封长颈对焊法兰 厚度78mm 总高度155mm的标记为 法兰 RF1000 2 5 78 155JB T4703 20000 39 垫片机构及选型 一 垫片的密封机理二 垫片的选型及代号说明三 垫片的安装注意事项 第二部分 40 一 法兰垫片密封机理 介质流动通过内外空间的交界面时发生的泄漏即是密封面发生泄漏 造成泄漏的根本原因是由于接触面上存在间隙 而接触面两侧的压力差 浓度差则是泄漏的推动力 要减少泄漏 就必须使接触面最大程度地嵌合 即减小泄漏通道的截面积 增加泄漏阻力 并使之大于泄漏推动力 对密封面施加压紧载荷 以产生压紧拉力 可提高密封面的接触程度
12、当应力增大到足以引起表面产生明显的塑性变形时 就可填补密封面的间隙 堵塞泄漏通道 法兰垫片静密封的密封机理可分为以下2种情况 41 一 法兰垫片密封机理 1 初始密封 在装配法兰垫片时就可完成初始密封 紧固螺栓压紧垫片 产生初始密封的基本条件是应使密封面间产生足够的压力 即垫片预紧应力使垫片材料受压缩后发生弹性压缩变形或弹塑性压缩变形 能够填塞法兰密封面的粗糙不平 堵塞界面泄漏通道以达初始密封要求 垫片的预紧应力取决于垫片材料压紧性能 所有的密封压紧力均来自螺栓的初始紧固力 同时法兰应具有足够的强度和防偏转或翘曲变形的足够刚度 2 工作密封 预紧后的法兰垫片螺栓三构件系统 当受到工作介质压力作
13、用之后 一对法兰的2个密封面将被迫发生相对分离 此时垫片应有足够的回弹变形以补偿这一分离 不仅如此 垫片还要求有这样的能力 即保持密封界面上仍有足够以维持密封的残留垫片应力 压应力 以保证将流体介质密封住 42 一 垫片的结构型式和种类 金属垫片 金属复合垫片 非金属软垫片 法兰用密封垫片 非金属软垫片 聚四氟乙烯垫片 聚四氟乙烯包覆垫片 橡胶垫片 石棉橡胶垫片 非石棉纤维橡胶垫片 金属缠绕式垫片 金属冲齿板柔性石墨复合垫片 金属波齿复合垫片 金属齿型复合垫片 金属包履垫片 金属平垫片 金属波纹形垫片 金属齿形垫片 金属环形垫片 金属透镜垫片 八角形环垫 椭圆形环垫 RX型及BX型自紧密封环垫
14、 43 一 垫片的结构型式和种类 1 国产石棉橡胶板使用范围和性能 44 一 垫片的结构型式和种类 45 一 垫片的种类及选用 46 1 聚四氟乙烯包履垫片聚四氟乙烯包履垫片是一种非金属复合型软垫片 一般由包封皮及嵌入物两部分组成 包封皮主要起抗腐蚀作用 通常由聚四氟乙烯材料制成 嵌入物 填料 为带或不带金属加强筋的非金属材料 通常由石棉橡胶板制成 聚四氟乙烯包履垫片主要适用于全平面型及突面型钢制管法兰连接 适用公称压力PN为0 6 5 0MPa 工作温度为0 150 的腐蚀介质或对清洁度有较高要求的介质 管法兰用聚四氟乙烯包履垫片按制造方式可分为三种型式 剖切型 S型 机加工型 M型 折包型
15、 F型 剖切型是采用聚四氟乙烯筒料车削成0 8 1mm厚的环状薄片 从外侧厚度的中心切开 在切口中放入芯材 切口开至距内孔处约1 5 2mm 对于机加工型包履垫片 其包封层内径可与法兰内径一致 以防止流体在法兰处产生涡流 对于折包型包履垫片 它是由厚度为0 4 0 8mm的带状聚四氟乙烯薄膜 用热密封方法将两端热合后包在环状的芯材外面呈U形状 制造简便 适用于尺寸较大的法兰密封 47 一 垫片的种类及选用 聚四氟乙烯包履垫片标记示例公称通径50mm 公称压力1 0MPa的剖切型聚四氟乙烯垫片 S 50 1 0GB T 公称通径50mm 公称压力1 0MPa的机加工型聚四氟乙烯垫片 M 50 1
16、 0GB T 公称通径50mm 公称压力1 0MPa的折包型聚四氟乙烯垫片 F 50 1 0GB T 48 一 垫片的种类及选用 一 垫片的种类及选用 金属缠绕式垫片金属缠绕式垫片是由金属带和非金属带螺旋复合绕制而成的一种半金属平垫片 其特性是 压缩 回弹性能好 具有多道密封和一定的自紧功能 对于法兰压紧面的表面缺陷不太敏感 不粘接法兰密封面 容易对中 因而拆卸便捷 可部分消除压力 温度变化和机械振动的影响 能在高温 低压 高真空 冲击振动等循环交变的各种苛刻条件下 保持其优良的密封性能 缠绕式垫片按其结构不同可分为四种型式 基本型 带内环型 带定为环型 带内环和定为环型 49 缠绕垫片结构分类 A型 基本型 B型 内加强型 C型 外加强型 D型 内外加强型 50 一 垫片的种类及选用 相当于一个多重的密封 密封部位 51 一 垫片的种类及选用 能够承受较高的压力 有自密封性 最大能达到42MPa左右 能够耐较高的温度 最高可达一千多度 取决于非金属带材料 能够耐较强的腐蚀 取决于所用金属与非金属带材料 极好的压缩 回弹率 压缩率可达到30 回弹可达到29 安装方便 定位环的外径完全按
