管法兰接头的密封性能.pdf

化工.设备设计
999年第36卷
管法兰接头的密封性能(上)
应道宴
(全国化工设备设计技术中心站,上海20002
摘要影啊法“接头密封性能的因素很多,本文也仅仅结合当前液化气站法兰接头应用的现状和存在问题进行分析并提出改进或应
起車视的儿个问题,供有关部门参考
关键词管法兰法兰接头密封性能
管法兰及其垫片、紧固件统称为法兰接下,由于刚度不足而产生变形(转角),从而导
头。法兰接头是化工工程设计中使用极为普致了对垫片压紧的不均匀,在垫片内侧压紧力
遍,涉及面非常广泛的一种零部件。它是配管太小,而在垫片外側垫片变形过大而导致垫片
设计、管件阀门中必不可少的零件,而且也是的压溃,共后果就是法兰接头的泄漏。
设备、设备零部件(如人孔、手孔、视镜、液面因此控制法兰刚度及其变形是法兰接头的关
计等)中必备的构件。此外,其它专业如工业键所在。但是由于法兰接头的载荷和变形涉
炉、热工、给排水、采暖通风、自控仪表等,都及的因素远比压力容器其他受压元件(如筒
经常使用法兰接头
体、封头)来得复杂。涉及到法兰、螺栓、垫片
到目前为止,法兰接头在有关标准、规范三个元件的变形一一载荷协调;涉及到蝉性、
中都当作受压元件,而且还是主要的受压元塑性变形和应力松弛:涉及到金属材料和非金
件。在CB150、ASME锅炉及压力容器规范中都属材料(垫片)的不同应力ー应变ー松弛规
列入了法兰的应力计算和校核方法。但实质律。所以长期以来只能用经验和法兰应力计
上,法兰接头在压力容器、压力管道中的主要算方法来问接地反映法兰的刚度和变形。从
功能是密封,法兰的失效从来都不是强度问1995年起,美国ASMF锅炉及压力容器規范VⅧ
题。单从法兰本身来讲,它的失效是在螺栓载
1压力容器附录S开始列入法兰的刚度计
荷、垫片反力和压力作用力的合成弯矩作用算方法。可见国外规范己开始重视此问题,并
以塑性计算式73为主的阶段。以O为基准
所以工程上安全系数从哪一点开始下降,
的安全系数已开始下降,一直到逐渐按近可以根据不同的情况来决定,没有严格的理论
1.
定义。问题是要保证安全,不要出现矛盾或麻
(3)ASME规范实际上都是m=3.0,之所烦。所以即使用ASME规范的图,将安全系数
以出现m>3.0是虚假的。因为图算中,是以从D/8=20开始下降,m也比AD规范的大。
各计算点的应力值取3.0安全系数得到。若以当然以D/8=20考虑是否合适?为什么不用
0、=240计,出现大于3.0的虚假现象。这样的15或25?……也不是不能考虑的。无非是选择
结果一直到D/8=10。
个合适的数字罢了!只要能保证安全,又不
(4)两者相比,各点的安全系数AD规范矛盾
明显小于ASME规范。
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在规范上逐渐向此方向靠拢。
求,预紧比压使垫片产生一定程度的变形而保
证接触面的密封。
2)当内压升起后,内压的作用力使垫片
的压紧力比预紧状态有所降低。为保证在压
力状态下的密封性能,要求此时埊片的比压仍
能维持一定数值。此时的密封应力为y2
而y2应不小于m
图1
p内压;
我国压力容器标准和法规(GB150和容
m与垫片材料及要求达到的密封程度
规)是以保证压力容器安全运行为日标而制订有关的数值。
的。但长期以来,压力容器的安全成为防止强
(3)法兰接头的泄漏逋道有三个
度失效或脆性断裂的代名词。虽然容规中的
垫片与法兰密封面的两个接触表面
容器分类涉及到易燃、易爆、有毒、剧毒介质
当垫片是一多孔疏松的材料时,还可通过
的容器类别提高,但随着容器类别的提高所采垫片滲透而导致泄漏。
取的措施还是进一步控制强度失效和脆性断
y02军
裂,而并未提出控制易燃、有毒介质的泄漏和
保证相应密封等级的要求
事实证明,西安等地液化气站的事故大多
是由于法兰或其他接头(如阀门等)的密封失
效,介质泄漏而酿成的。因此有关标准和法规
应该进一步在密封方面开展工作,杜绝压力容
器和管道的安全控制盲区。
法兰接头的密封机理
P内作用力
W挫力
内压P(MP)
图
对于非金属垫片,如石棉橡胶板,往往通
过垫片内部的泄漏率要远大于界面的泄漏
垫片反力
率。而且垫片越厚,其泄漏率越大。因此为了
预紧状态
操作状态
改善密封性能应选用尽可能薄的石棉櫲胶板,
而不是越厚越好。国外习惯上是依次采用Q8
图2法兰接头的工作原理
1)在螺栓上紧后,产生的螺栓力W,使
当采用金属垫或半金属垫时,通过垫片内
垫片与两个法兰密封面之间产生一定的垫片部的泄漏率极少,可忽略不计。
密封力。垫片单位接触面积上的密封力为
4)法兰接头不可能做到绝对不漏,而是
y(预紧比压)。
有一个泄漏率的概念。通常气体的泄漏率要
不同垫片材料都有相应的预紧比压y1要远大于液体的泄漏率(分子量较小),通常用
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