压力管道法兰密封与泄漏的浅析

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1、石油化工技术与经济第28卷第4期·26·Technology＆EconomicsinPetrochemicals2012年8月压力管道法兰密封与泄漏的浅析焦磊(中国石化集团洛阳石油化工工程公司，471003)摘要:对法兰的密封机理及泄露原因进行了分析，探讨了受到压力及温度变化过程中法兰、垫片和螺栓的协调变化，定性地阐述了密封与泄漏的一般规律。重点分析了温度变化时法兰瞬态温度分布及垫片应力、螺栓应力、垫片回弹量的瞬时变化，同时简单介绍了法兰密封的核心元件垫片的种类及特性，并举例介绍了为防止泄漏在管道设计时应注意的问题。关键词:法兰垫片密封泄漏管道设计文章编号:1674－1099

2、(2012)04－0026－05中图分类号:TB42文献标识码:A在石油化工装置中，法兰是管道、管件、阀门、可以这么说，在初始密封阶段，垫片的表面塑性变仪表和设备等进行连接的最重要、最常见的形式形填补法兰密封面的微观不平度起决定性作用;之一。这种连接虽具有拆卸方便且不用动火等优而操作状态下法兰的密封，垫片内部的弹性回复点，但因由法兰、螺栓、垫片三者协同实现密封，其起主导作用。中任一元件出现问题就会造成泄漏，不仅造成浪1.2法兰密封的紧固力费，而且还会污染环境，甚至造成人员伤亡及财产在预紧状态下，若不计安装应力，螺栓的紧损失。因此探讨法兰的密封以及防止泄漏具有重固力即为垫片所受

3、到的压紧力。设垫片的比压大的现实意义。力为Y，有效接触面积为S，据此求其最小紧固力T为:1法兰的密封T=SY(1)法兰连接确切地说应该是螺栓、法兰、垫片连式(1)表明，在预紧状态下，T只跟垫片的性接，其密封是靠三者的协同作用实现的，其中垫片能有关，而与操作条件无关。而事实上，在操作状是实现密封的核心部件。态下，螺栓的紧固力是一个与操作条件密切相关1.1法兰的密封原理的数据。预紧状态下，螺栓的预紧载荷仅仅由垫通过螺栓的预紧力，使垫片和法兰密封面之片的压紧引起，但在实际操作工况时，随着压力的间产生足够的压力，以使垫片表面产生的变形足升高，螺栓的载荷开始增大，螺栓也因荷载的增加以填

4、补法兰密封面的微观不平度，达到密封的目而变长，螺栓载荷直到系统达到操作条件而稳定的。为达到上述目的所作用到垫片上的最小单位到一个值G。另一方面，因螺栓伸长，两法兰密封压紧力，称为比压力。当与法兰连接的管道达到面的间距变大而使垫片回弹，垫片的压紧力减少，操作压力时，因内压的轴向力的作用导致两片法使螺栓的荷载减少。人们最关心的是操作状态下兰有分开的趋势，而螺栓则有伸长的趋势，作用在垫片所受到的压紧力F，因为使垫片在操作状态垫片上的压紧力将减少。当作用在垫片有效截面下所受压紧力为F的螺柱的紧固力，才是要直接上的压紧力降至某一临界值时，仍能保持密封，这控制的，设为f。若操作状态流体静

5、压所产生的轴时垫片上的剩余压紧力即为垫片的有效紧固力。向力为M，则操作状态下螺栓垫片法兰的力的平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收稿日期:2012-05-11。须大于管道的操作压力。两片法兰密封面之间的作者简介:焦磊，男，1978年出生，2001年毕业于天津轻工业距离，在操作状态要比初始状态大，这时垫片与法学院化工设备与机械专业，工程师，长期从事管道设计工作，兰密封面的紧密性是靠垫片的回弹力来保证的。重点为高压加制氢工艺装置的管道设计。第4期(2012)焦磊.压力管道法兰密封与泄漏的浅析·27·衡方程可表达为:出现，第一种

6、泄漏已基本能解决。日常发生的绝G=M+F(2)大多数都是第二种泄漏，下面主要分析第二种泄设从预紧状态到操作状态垫片的压紧力变化漏。为△F，垫片的回弹量为△L1，螺栓的伸长量为在某一特定操作条件下，法兰连接所能达到△L2。垫片和螺栓的弹性因子分别为K1、K2，则的泄漏率低于某一特定的指标泄漏率;或在规定有:的泄漏条件下，法兰连接能够承受特定的操作条△L1=△F/K1(3)件，满足这个指标泄漏率或特定操作条件的法兰△L2=M/K2(4)连接即视为不泄漏，或紧密的，反之则视为会泄由于螺栓、法兰、垫片是协变过程，假设法兰漏，或者说是不紧密的。为刚性件，则垫片的回弹量应与螺栓的伸长量相

7、2.2法兰及螺栓的影响等，可得应变协变方程如下:法兰在实际工况中受力状况很复杂，螺栓、垫△L1=△L2(5)片、内压都直接对法兰产生作用力，这些力可能会将式(3)、(4)代入式(5)可得导致法兰的不规则变形。这些作用力从强度方面△F=MK1/K2(6)讲是没有问题的，但变形可能会导致法兰泄漏。因紧固力f等于预紧状态垫片的压紧力，也因此，在法兰设计时不仅要满足强度要求，还要满等于操作状态下垫片的压紧力F加上从预紧状足法兰不泄漏所要求的最小变形，即按刚度理论态到操作状态垫片加压紧力的变化。即:进行设计。f=