浅析密封与螺栓紧固顺序和紧固扭矩的关系.pdf

密封技术
石油化工设备技术,2014,35(3)?50?
Petro-chemical Equipment Technology
浅析密封与螺栓紧固顺序和
紧固扭矩的关系
王风超
(约克(无锡)空调冷冻设备有限公司,江苏无锡214028)
摘要:螺栓法兰联接是一种非常广泛的可拆卸联接,法兰密封泄漏是常见的失效形式之一,导致法兰
密封泄的主要原因是密封垫片受力不均匀和不当的螺栓预紧カ。有关资料统计表明,我国80%密封结构
的预紧是按经验操作的,能保诓密封可靠率的只有22.3%。文章从密封原理入手分析影响密封的因素,阐
明螺栓紧固顺序和紧固扭矩是法兰密封中非常重要的因素,然后从螺栓润滑,螺栓紧固顺序,螺栓紧固扭矩
等方面来阐述解决法兰密封与螺栓縣固顺序和紧固扭矩的关系。
关键词:法兰密封螺栓润滑紧固顺序紧国扭矩
压缩机、油分离器、油冷却器、经济器、蒸发密封面与垫片之间的压紧力下降,垫片的压缩量
器、冷凝器等是化工、制药、食品冷冻等工业冷冻减少,预紧密封比压下降。如果这时密封垫片具
的关键设备,其中有些换热器的工作介质是氟利有足够的回弹能力,使预紧密封比压只下降到不
昂,有些换热器的工作介质是天然气混合物等易小于工作密封比压,即密封面与垫片表面间保持
爆介质,且在低温和高压的工况下运行,法兰螺栓足够大的流体阻力,使之大于密封面两側压差形
连接是该行业应用非常广泛的可拆卸连接,法兰式的泄漏推动力,则法兰依然保持艮好的密封状
垫片老化、强度降低、蠕变松弛增大、螺栓伸长或态。反之,如果垫片的回弹能力不足,密封比压下
蠕变变形等问題造成的法兰密封失效及发生泄降到工作密封比压以下,即密封工作面不能保持
漏,进而引发事故或影响冷冻设备的安全运行,为足够大的流体阻力,甚至密封口重新出现缝隙,则
了最大程度的降低密封失效的风险,实施正确的密封失效。
螺栓紧固顺序和适当的紧固扭矩对密封是非常重
大多数化工机械制造厂的法兰螺栓的紧固基
要的。
本上都是依靠气动枪和扳手来紧固螺栓,出现法
密封原理
兰密封面泄漏的情况也在所难免;为了能从根本
法兰螺栓连接是由法兰、垫片和若干个螺栓、上消除法兰密封面泄漏的情况,下面通过影响法
螺母等组成。法兰、垫片、螺栓和螺母共同构成一兰密封的主要因素以及螺栓紧固前的润滑、紧固
个密封副,共同作用、相轴相成才能保证密封面的顺序和适当的螺栓紧固扣矩来防止密封面的
良好密封,避免出现泄漏、渗漏等不安全现象
泄漏。
法兰垫片密封方式属强制密封,是法兰通过2法兰密封的主要影响因素
紧固螺栓压紧垫片实现密封的。当法兰螺栓拧紧
1)受力不均。密封垫片受力不均匀是法兰
时,螺栓预紧力通过法兰环把垫片压紧,迫使垫片密封失效的主要原因。螺栓预紧力均匀传递给
产生压缩变形。螺栓预紧力达到一定数值后,使垫片,获得均匀和足够的密封比压,可提高密
法兰密封面上的四凸不平面借助垫片变形而填
满,这就是阻止泄漏的初始密封条件,此时垫片单
收稿日期:2013-10-09;修改稿收到日期:201402-20。
位有效密封面积上的压紧力称为垫片的初始密封
作者简介:王风超,男,1997年毕业于北京石油化工学院化
工机械专业,现在约克(无锡)空调冷冻设备有限公司从事压
比压。当法兰承受介质压力后,螺栓受到拉伸应
力容器制造方面的工作,高级工程师。
力而伸长,法兰密封面沿着彼此分离的方向移动,
Email: wfcgoodluck(a 126. com
第35卷第3期
王风超.浅析密封与螺栓紧固顺序和紧固扭矩的关系
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封性。
紧时非常吃力,如果加点润滑剂使摩擦变小,拧起
2)法兰密封面特征。法兰密封面的形式和来自然就省力多了。第二,应力均布。在装配当
表面性能对密封效果的影响起到至关重要的作中,希望各个螺栓的预紧力一致,通常采取扭矩扳
用。法兰密封面的水平度、密封面与法兰中心线手来衡量。因为每个螺栓的摩擦力各不相同,同
的垂直度直接影响到垫片的受力均匀程度和垫片样的扭矩,每个螺栓的拉伸长度和火紧力肯定也
与法兰的良好接触。法兰密封面的粗糙度应与垫存在差异。使用润滑剂能够有效地减小摩擦,使
片的要求相配合,表面不允许有径向刀痕或划痕,每个螺栓的摩擦趋于一致,从而实现均匀的预紧
更不允许存在表面裂纹。
力。第三,耐高温、抗腐蚀保护。在化工.、制药、食
3)垫片密封性能。垫片是构成密封的重要品冷冻等很多工业冷冻项目中,螺栓长期暴露于
件,合适的垫片材料要求垫片在适当的预紧力高温、水汽、盐雾和腐蚀性介质中,很容易生锈,等
作用下即能产生必需的弹性变形,又不致被压坏到维修时根本拆不下来,不得不动用加力套管、大
或挤出;工作时法兰密封面间的距离被拉大,垫片椰头、气割等工具,这种现象在很多工厂中经常可
材料又具有足够的回弹能力,使垫片表面与法兰以看到。如果使用抗腐蚀保护的二硫化钼作润滑
面紧密接触,以继续保持良好的密封性能;垫片性剂,就不会出现这样的难题。最后,卡咬、滑丝、断
能的好坏与选用的合适与否对密封的效果影响很裂是螺栓使用中最常见的问题,润滑不仅可以减
大。常用的垫片可以分为三大类,即非金属垫片,小摩擦、防卡咬,而且能够保护螺栓免于锈死。因
如 KLINGER SIL C4500和 Garlock3510等;半此在螺栓装配前,将螺纹部分用二硫化钼润滑,对
金属垫片,如金属缠绕垫片等金属垫片。
螺栓的紧固和拆卸能起到很好的作用。
4)螺栓紧固扭矩。在弹性区内紧固扭矩与4螺栓的紧固顺序
预紧力的关系成正比1,即:
首先,螺栓和螺母的螺纹必须保证潸洁并润
T=Kxirxd
滑;其次,法兰的螺栓紧固顺序参照如图1所示执
式中:Tr-一紧固扭矩;
行,当螺栓数目更多时,也按类似顺序紧固。紧
K一扭矩系数;
固螺栓应至少分3遍逐步均匀进行,不可一次拧
F预紧力;
得过紧,每遍的起点应相互错开120°,扭矩应当
d一螺纹公称直径。
逐渐稳步增加,直全达到预期的扭矩限定值,从而
在弹性区内螺栓预紧力的大小直接決定了螺保证合适的垫片承载。这是保证垫片受力均匀和
栓紧固扭矩的大小,垫片是借助于螺栓的预紧力螺栓预紧力一致的前提。
通过法兰进行压紧,使其弹塑性变形,填充法兰密
封面与垫片之间的微观几何间隙,达到减少介质
泄漏的目的。适当的预紧力可保证垫片在工作时
还可保留一定的密封比压,预紧力过大则会把垫
片压坏或挤出,从而破坏密封。预紧力在垫片上
的分布也影响密封性能,保证预紧力分布均匀的
方法是正确的紧固顺序和满足紧固和拆卸螺栓所
3?(3??(3?③
需空间的情况下,增加螺栓个数。有关资料统计
表明,国内80%密封结构的预紧是按经验操作
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的,能保证密封可靠率的只有22.3%,因此按照
螺栓的紧固扭矩是保证密封的重要因素。
3二硫化钼的应用
螺栓应该使用适量的润滑。没有润滑的螺栓
大约只有良好润滑螺栓50%的效率
图1螺栓紧固顺序示意
二硫化钿润滑螺纹的作用有四点,第一,装配
注:按图上所表明的顺序每一次应把螺栓拧紧至最后扭
顺畅。这是螺纹装配的最低要求,有的螺栓在拧
短之的1/3。