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1、2.4 容器法兰连接设计主要内容：法兰联接结构与密封原理；法兰标准及选用。,2.4.1、法兰连接的种类与结构,1). 结构与原理 法兰种类：容器法兰、管法兰,、法兰连接的组合件,密封的原理,法兰密封是通过紧固螺 栓压紧垫片来实现的。过程分为二个阶段： 预紧工况阶段： 预紧力压紧垫片，产生的压紧应力（垫片密封比压力）到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始密封条件。 密封比压力主要决定于垫片材质。 垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫片不应过宽，更不应该把整个法兰面都铺满垫片。 操作工况阶段： 工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧应力。垫片有足
2、够回弹，补偿变形，预紧密封比压值不小于某一值(工作密封比压)，则法兰保持良好密封。反之，回弹不足，则此密封失效。 密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。螺栓和法兰须有足够大的强度和刚度，不发生过大的变形。,2)、容器法兰的分类,3). 法兰密封面的形式,法兰联接密封性能与密封面型式有关，密封面型式选择，主要考虑压力、温度、介质。 、突面（RF） 光滑平面，可车制密纹水线。结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。 接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。,、凹凸面（MFM）,凸面和凹面相配合，凹面上放置垫片，防止垫片被挤出，适用于压力较高。,、榫槽面(TG),槽中垫片不被挤动。
3、 螺栓力较小。获得良好的密封效果。 结构较复杂，更换垫片较困难。 榫面容易损坏， 适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。 压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。,、全平面（FF）与环连接面（RJ）,全平面密封适合于压力较小的场合（PN1.6MPa）； 环连接面主要用在带颈对焊法兰与整体法兰上，适用压力范围为（6.3MPaPN25.0MPa）。,、其他类型密封面,高压容器和高压管道用 球面（透镜）和椭圆或八角形截面金属垫片,4). 容器法兰,(1)整体法兰 平焊法兰 制造容易，应用广泛，但刚性较差。,分3种型式： 1.整体法兰 2.松式法兰 3.任意式法兰,法兰附近筒壁的截面上，将产生附加的弯曲
4、应力。所以平焊法兰适用的压力范围较低（PN4.0MPa）。,平焊法兰的适用范围：,对焊法兰,又称高颈法兰或长颈法兰。,特点：颈提高刚性，厚度比筒体厚，降低根部弯曲应力。 对接焊缝，比平焊法兰的角焊缝强度好，对焊法兰适用于压力、温度较高或设备直径较大的场合。,( 2)、松式法兰,法兰与容器或管道不连接，比整体式连接强度差,法兰盘可用不同材料，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,(3)、任意式法兰,整体性介于整体法兰和松式法兰之间。,圆形法兰最常见，方形法兰利于管子排列紧凑，椭圆形法兰常用于阀门和小直径的高压管子上。,6、影响法兰密
5、封的因素,影响法兰密封的因素主要有： 螺栓预紧力； 密封面型式； 垫片性能； 法兰刚度； 操作条件。,(1) 螺栓预紧力,螺栓预紧力是影响密封一个重要因素： 预紧力使垫片压紧并实现初始密封。 预紧力过大则垫片被压坏或挤出。 预紧力通过法兰密封面传递给垫片，良好的密 封，必须使预紧力均匀地作用于垫片。 当需要预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径对密封有利,(2) 法兰垫片及性能,垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。 最常用垫片分为： 非金属、 金属、 非金属与金属混合制的垫片,.非金属垫片：,橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。 特点： 柔软 耐温度和压力性能较金属垫片差。 只适用于常、中
6、温和中、低压设备和管道的法兰密封。,. 金属垫片：,材料一般并不要求强度高，而是要求软韧。 常用： 软铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金(含Ni67，Cu30，Cr45)钢等。 主要用于中、高温和中、高压法兰联接密封。,.金属与非金属混合制垫片：,金属包垫片及缠绕垫片等。见以下b.c.d图 金属包垫片用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni9等）将非金属包起来； 金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢带)与石棉带一起绕制而成。不带定位圈和带定位圈。 特点： 金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属垫片有较好的性能，适应的温度与压力范围较高一些。,(3). 垫片材料的选择：,根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时
7、考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。,2.4.2、法兰标准及选用,石油、化工上用的法兰标准有两类： 一是压力容器法兰标准 二是管法兰标准,(1) 、压力容器法兰标准最新标准是原机械工业部、化工部、劳动部、石化总公司合编压力容器法兰，标准号为JB47004707-92 (见表2-14),甲型 带衬环 平焊法兰 乙型 不带衬环 压力容器 法兰分类 带衬环 对焊法兰 不带衬环,1平焊法兰：,2对焊法兰,长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚性大。所以能承受更高压力范围(PN 0.6MPa6.4MPa)和直径范围(DN300mm2000mm)，适用温度范围为-20450。,平焊与对焊法兰都有带衬环的与
8、不带衬环的两种。 当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。,3、公称直径与公称压力,在选用时，根据公称直径与公称压力由法兰标准确定法兰尺寸。 压力容器直径与法兰公称直径应如何配合？ 容器法兰的公称直径与容器的公称直径取同一数额值。 例如：DN 1000mm的压力容器，应当配用DN 1000mm的压力容器法兰。, 法兰公称压力：,法兰公称压力与最大操作压力、操作温度以及材料有关。因为： 定义： 是以16MnR在200时的机械性能为基准来确定法兰的尺寸，所以在200时，它的最大允许操作压力，就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。,例如： 所谓公称压力PN0.6MPa的法兰，是
9、用16MnR制造的，在200时，最大允许操作压力0.6MPa。 如果把这个法兰用在高于200条件下，它最大操作压力 将低于它的公称压力0.6MPa。 相反若低于200时，仍按200确定其最高工作压力。 如果材料改为Q235-A，机械性能比16MnR差，公称压力PN0.6MPa的法兰，200操作，最大允许操作压力也低于公称压力。 如果材料由16MnR改为15MnVR，机械性能优16MnR，公称压力PN0.6MPa的法兰，在200操作时，最大允许操作压力将高于它的公称压力。 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。,最大允许工作压力的确定：,例如：为一台操作温度300，设计
10、压力0.6MPa 的容器选配法兰。 查表2-15得知， 如果材料用15MnVR，可按公称压力0.6MPa查取法兰尺寸。 如果材料用20R，则须按公称压力1.0MPa查取法兰尺寸。 讨论： 为什么不直接地用设计压力作为公称压力？ 因为，法兰的最大允许工作压力与操作温度和材料有关。所以，要根据操作温度和材料的不同，通过查表，找出允许的最大工作压力所对应的公称压力。,(2) 管法兰标准,同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，不能互相代用。 管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。 管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰相同。 管法兰标准：GB9119.78
11、8等,管法兰标准除GB9119.7-88外，常用标准还有：化工部标准HG20592HG20602-97；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。,例2-2：为台精馏塔配一对连接塔身与封头的法兰。塔内径1000mm，操作 温度280，设计压力0.2MPa。材料为Q235-A。,解题步骤： 1. 确定公称压力。 方法：从表2-15查知，应按公称压力0.6MPa 2. 对法兰选型。 压力不高，直径不大，表2-14用甲型平焊法兰、平面密封 面，垫片用石棉橡胶板。 3. 查选尺寸。法兰的各部尺寸从附录10中查， 选用联接螺栓材料为Q235-A，螺柱规格M20，共36个。 4.绘制法兰图并标注尺寸。(见图2-37),1.思考题：11、12、13、14,2. 作业题 ：P158 9、10、,
