容器零部件法兰设计

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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①法兰种类：容器法兰、管法兰②、法兰连接的组合件③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

2、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。①、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。

3、②、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。③、榫槽面(TG)槽中垫片不被挤动。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。④、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（PN≤1.6MPa）；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（6.3MPa≤PN≤25.0MPa）。⑤、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

4、角形截面金属垫片4).容器法兰(1)．整体法兰①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，将产生附加的弯曲应力。所以平焊法兰适用的压力范围较低（PN<4.0MPa）。平焊法兰的适用范围：②．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

5、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

6、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①.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、中温和中、低压设备和管道的法兰密封。②.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％，Cr4～5％)钢等。主要用于中、高温和中、高压法兰联接密封。③.金属与非金属混合制垫片：金属包垫片

7、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

8、部、劳动部、石化总公司合编《压力容器法兰》，标准号为JB4700～4707-92(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(PN0.6MPa～6.4MPa)和直径范围(DN300mm～2000mm)，适用温度范围为-20℃～450℃。平焊与对焊法兰