圖文解說法蘭密封與墊片

2024-11-27

在石油化工裝置中，法蘭是管道、管件、閥門、儀表和設(shè)備等進(jìn)行連接的最重要、最常見的形式之一。這種連接雖具有拆卸方便且不用動火等優(yōu)點(diǎn)，但因由法蘭、螺栓、墊片三者協(xié)同實(shí)現(xiàn)密封，其中任一元件出現(xiàn)問題就會造成泄漏，不僅造成浪費(fèi)，而且還會污染環(huán)境，甚至造成人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。因此今天為大家詳細(xì)講解法蘭密封的相關(guān)知識。

1 .法蘭的密封

法蘭連接確切地說應(yīng)該是螺栓、法蘭、墊片連接，其密封是靠三者的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)的，其中墊片是實(shí)現(xiàn)密封的核心部件。

2.法蘭的密封原理

通過螺栓的預(yù)緊力，使墊片和法蘭密封面之間產(chǎn)生足夠的壓力，以使墊片表面產(chǎn)生的變形足以填補(bǔ)法蘭密封面的微觀不平度，達(dá)到密封的目的。

為達(dá)到上述目的所作用到墊片上的最小單位壓緊力，稱為比壓力。當(dāng)與法蘭連接的管道達(dá)到操作壓力時(shí)，因內(nèi)壓的軸向力的作用導(dǎo)致兩片法蘭有分開的趨勢，而螺栓則有伸長的趨勢，作用在墊片上的壓緊力將減少。當(dāng)作用在墊片有效截面上的壓緊力降至某一臨界值時(shí)，仍能保持密封，這時(shí)墊片上的剩余壓緊力即為墊片的有效緊固力。當(dāng)墊片上壓緊力小于有效緊固力時(shí)法蘭就會發(fā)生泄漏，甚至將墊片吹跑，因此墊片的有效緊固力必須大于管道的操作壓力。兩片法蘭密封面之間的距離，在操作狀態(tài)要比初始狀態(tài)大，這時(shí)墊片與法蘭密封面的緊密性是靠墊片的回彈力來保證的。

可以這么說，在初始密封階段，墊片的表面塑性變形填補(bǔ)法蘭密封面的微觀不平度起決定性作用；而操作狀態(tài)下法蘭的密封，墊片內(nèi)部的彈性回復(fù)起主導(dǎo)作用。

3.法蘭密封的常見形式

平面法蘭

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。

缺點(diǎn)：是接觸面積大，需要的預(yù)緊比壓大，螺栓承載大，故法蘭等零件要求高、笨重，墊片易擠出，密封性能較差。使用壓力P≤2.5Mpa，有毒、易燃、易爆介質(zhì)中不能使用。

凹凸面法蘭

優(yōu)點(diǎn)：便于對中，能防墊片擠出，較少受到介質(zhì)的沖刷和腐蝕。適用于壓力較高的場合。

缺點(diǎn)：不便于墊片的更換。

榫槽面法蘭

優(yōu)點(diǎn)：由榫面、槽面配合構(gòu)成，墊片安放在槽內(nèi)，不會被擠出壓緊面，較少受到介質(zhì)的沖刷和腐蝕。由于密封面較窄，所需螺栓力較小，適用于壓力更高、密封要求嚴(yán)格的場合，如易燃、易爆和高度或極度危害毒性介質(zhì)等重要場合。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，墊片易被擠壓在槽內(nèi)不易清除，更換墊片較難。另外還要注意的是，榫面法蘭在運(yùn)輸中要加以保護(hù)，避免碰撞變形。

環(huán)連接面法蘭

優(yōu)點(diǎn)：環(huán)連接面主要用在帶頸對焊法蘭和整體法蘭上，密封性能好，安裝要求一般，使用于高溫高壓工況中。

缺點(diǎn)：密封面的加工精度極高。

4.影響法蘭密封的因素

法蘭密封的泄露主要是密封面間的泄露。由墊片毛細(xì)管作用而發(fā)生滲漏的可能性很小。墊片靠外力壓緊后，墊片本身產(chǎn)生的彈性變形和塑性變形，填滿密封面上微小的凹凸不平的間隙，使介質(zhì)通過密封面的阻力大于密封面兩側(cè)的壓差時(shí)，即達(dá)到密封。但是受到外界條件影響時(shí)，密封受到破壞，從而產(chǎn)生泄露。影響密封的因素主要有以下幾個(gè)方面：

（1）操作條件的影響。操作條件即是壓力，溫度，介質(zhì)的物化性質(zhì)。石油化工廠中，低壓法蘭較多，往往單純的壓力或者介質(zhì)因素對法蘭泄露的影響并不是主要的。只有和溫度聯(lián)合作用時(shí)，問題才顯得嚴(yán)重。當(dāng)溫度反復(fù)變化時(shí)，密封失效的可能性更大。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)中墊片系數(shù)和壓緊比的影響。我國目前選用兩者參數(shù)是通過查表《鋼制壓力容器》，但是墊片系數(shù)和壓緊比，即使是同一材料，兩者系數(shù)也還跟墊片寬度，預(yù)緊壓力，介質(zhì)性能，法蘭密封面寬度和粗糙度等因素有關(guān)，所以，兩系數(shù)究竟取多少，目前尚沒有權(quán)威性的規(guī)范可以選用。

（3）螺栓預(yù)緊力的影響。提高螺栓預(yù)緊力，可以增大墊片的密封性能，但過大的螺栓與精靈，會是墊片失去彈性，甚至把墊片壓壞或者基礎(chǔ)，不能保證其在工作狀態(tài)下有足夠的彈性。

（4）墊片性能的影響。墊片變形包括彈性變形和塑性變形。墊片材料是影響墊片性能的主要因素，因此墊片的好壞會影響到法蘭的密封。

（5）法蘭剛度的影響。法蘭剛度不足會產(chǎn)生過大的翹曲變形，往往是導(dǎo)致密封失效的原因之一。

（6）密封面的影響。法蘭密封面的形狀和粗糙度應(yīng)與墊片相配合。密封面的平直度和密封面與法蘭軸線的垂直度是保證墊片均勻壓緊的前提，因此在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)必須考慮管線熱膨脹造成的推理或偏心力的影響。否則就會容易造成法蘭密封不嚴(yán)，引起泄露。

5.法蘭的泄露

法蘭的泄漏一般有兩種途徑：

第1種是墊片本身的滲透作用。

第2種是墊片與法蘭密封面間隙的泄漏。

由于新型密封材料的不斷出現(xiàn)，第一種泄漏已基本能解決。日常發(fā)生的絕大多數(shù)都是第二種泄漏。在某一特定操作條件下，法蘭連接所能達(dá)到的泄漏率低于某一特定的指標(biāo)泄漏率;或在規(guī)定的泄漏條件下，法蘭連接能夠承受特定的操作條件，滿足這個(gè)指標(biāo)泄漏率或特定操作條件的法蘭連接即視為不泄漏，或緊密的，反之則視為會泄漏，或者說是不緊密的。

法蘭及螺栓的影響法蘭在實(shí)際工況中受力狀況很復(fù)雜，螺栓、墊片、內(nèi)壓都直接對法蘭產(chǎn)生作用力，這些力可能會導(dǎo)致法蘭的不規(guī)則變形。這些作用力從強(qiáng)度方面講是沒有問題的，但變形可能會導(dǎo)致法蘭泄漏。因此，在法蘭設(shè)計(jì)時(shí)不僅要滿足強(qiáng)度要求，還要滿足法蘭不泄漏所要求的最小變形，即按剛度理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。

眾所周知，擰緊螺栓能提高密封效果，減少泄漏率，但因受法蘭和螺栓自身的強(qiáng)度和剛度限制，這種方法到達(dá)一定程度后無效。螺栓安裝程序不當(dāng)也會產(chǎn)生泄漏，正確的螺栓上緊順序(十字交叉等距對稱)對保證法蘭連接點(diǎn)的密封和縮短上緊操作時(shí)間是極為重要的。

6.法蘭密封墊片

提高密封效果，減少泄漏最有效的現(xiàn)有手段還是提高元件———墊片的性能。