法兰与垫片的基础知识

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2、法兰的结构形式
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2、法兰的结构形式
松套法兰的连接实际也是通过焊接实现的，只是 这种法兰是松套在已与管子焊接在一起的附属元 件上，然后通过连接螺栓将附属元件和垫片压紧 以实现密封，法兰（即松套）本身则不接触介质。 这种法兰连接的优点是法兰可以旋转，易于对中 螺栓孔，使用在大口径管道上易于安装，也适用 于管道需要频繁拆卸以供清洗和检查的地方。其 法兰附属元件材料与管子材料一致，而法兰材料 可与管子材料不同，因此比较适合于输送腐蚀性 介质的管道。
用于水、蒸汽、空气、 氨（气态或液态）及
惰性气体
全平面 突面
凹凸面 榫槽面
用于油品、液化石油 气、溶剂、石油化工、 原料等介质。对于汽 油及航空汽油不适用。
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非金属平垫片的选用
垫片型式
垫片材料
有机纤维增强
非石棉纤 维橡胶板 非 金 属 平 垫 片 聚四氟乙 烯包履垫
无机纤维增强
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1、非金属平垫片
非金属平垫片。标准：HG20606公制（欧洲体系）系列、 HG20627英制（美洲体系）系列。
材料通常包括：天然橡胶及合成橡胶；石棉板橡胶板和耐 油石棉橡胶板;合成纤维橡胶压制板（有机、无机）；改 性或填充的聚四氟乙烯板。
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非金属平垫片的选用
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3、法兰的密封面形式
突面（RF）：表面是一个光滑的平面，也可车制 密纹水线。密封面结构简单，加工方便，且便于 进行防腐衬里。但是，这种密封面垫片接触面积 较大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。
突面密封面主要用于窄面法兰，即垫片的接触面 位于螺栓孔所包围的区域范围内，也就是突面密 封面对的垫片外径正好与法兰连接螺栓内切圆直 径相当，安装时可借助螺栓使垫片位置固定在法 兰面中央。这种密封面在法兰上应用最为广泛。
包履层：聚四氟 乙烯
嵌入层：石棉橡 胶板
使用条件
PN/MPa
t/℃
≤14
370（连 续205）
≤14
425（连 续290）
≤5.0
≤150
适用密封 面型式
用途
全平面 突面 凹凸面 榫槽面
全平面 突面
视粘结剂 （SBR、 NBR、CR 及EPDM 等）而定
用于各种 腐蚀性介 质及有清 洁要求的
介质
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2、法兰的结构形式
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2、法兰的结构形式
法兰盖也称盲板法兰，是中间不带孔的法兰，供 封住管道堵头用。
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3、法兰的密封面形式
法兰密封面型式和代号（GB/T9112-2000）
密封面型式
平面
突面
凹凸面
凸面
凹面
榫槽面
榫面
槽面
环连接面
代号
FF
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碳钢 304 304L 316 316L 321
20# 0Cr18Ni9 00Cr17Ni10 0Cr18Ni12Mo2Ti 00Cr17Ni14Mo2 0Cr18Ni9Ti
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第二章 垫片
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1、垫片的结构形式
工业上使用的平垫片一般由密封元件及内、外加强环组成， 密封元件或称垫片本体是阻止泄漏的关键部分。其常用的 材料有非金属材料，如柔性石墨、聚四氟乙烯、纤维增强 橡胶基复合板等。此外，密封元件材料也可以是刚性或柔 性的金属，通常用于压力和温度较高的场合。对于非金属 材料的密封元件，通常插入金属材料予以增强，同时也方 便了如石墨等易破碎材料密封元件的制造加工。增强材料 可以是金属薄板或丝网,金属薄板常常采用冲刺孔的方式 以提高增强效果和增加弹性，并通过粘结剂和辊压将它们 贴合在一起。密封元件也可以可设一表面层或抗粘结处理 层来增加密封效果和防止法兰密封面粘结。
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3、法兰的密封面形式
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4、法兰的压力等级
法兰标准：HG20592-2009(PN系列）\HG206152009（Calss系列）
欧洲体系分为 0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、 1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa、10.0MPa、 16.0MPa、25.0MPa共10个压力等级，适用公称 直径DN=10～2000mm。
内加强环或内环接触流体，其材料应能抵御密封介质的腐 蚀。内加强环的作用是：防止密封元件与容器或管道法兰 之间的空隙，以避免此空隙干扰流体的流动以及由此引起 的流体对垫片的冲蚀。
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1、垫片的结构形式
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2、垫片的种类及应用
非金属软垫片
非金属软垫片
聚四氟乙烯垫片
包履层（聚四氟乙烯）
夹镶层（石棉橡胶板或其它复合材料）
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聚四氟乙烯包履垫片的选用
聚四氟乙烯包履垫片主要适用于全平面型及突面型钢制管 法兰连接，适用公称压力PN为0.6～5.0MPa、工作温度为 0～150 ℃的腐蚀介质或对清洁度有较高要求的介质。
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3、金属冲齿柔性石墨复合垫片
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2、聚四氟乙烯包履垫片
聚四氟乙烯包履垫片。标准：HG20607公制（欧洲体系） 系列、HG20628英制（美洲体系）系列。
聚四氟乙烯包履垫片是一种非金属复合型软垫片，一般由 包封皮及嵌入物两部分组成。包封皮主要起抗腐蚀作用， 通常由聚四氟乙烯材料制成，嵌入物（填料）为带或不带 金属加强筋的非金属材料，通常由石棉橡胶板制成。
法兰、垫片基础知识
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第一章 法兰
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化工装置中大量采用法兰连接，分为设备法兰与 管法兰两大系列。设备法兰维修中很少需要更换； 检修中常常在更换阀门、液位计、等零部件时， 管法兰需同步更换。
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1、法兰的分类
按化工(HG)行业标准分：
整体法兰
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4、法兰的压力等级
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5、法兰的材质
WCB（碳钢）、LCB（低温碳钢）、LC3（3.5%镍 钢）、WC5(1.25%铬0.5%钼钢）、WC9（2.25% 铬）、C5（5%铬0.5%钼）、C12（9%铬1%钼）、 CA6NM(4）（12%铬钢）、CA15(4)（12%铬）、 CF8M（316不锈钢）、CF8C（347不锈钢）、CF8 （304不锈钢）、CF3（304L不锈钢）、CF3M （316L不锈钢）、CN7M（合金钢）、M35-1（蒙 乃尔）、N7M（哈斯特镍合金B）、CW6M（哈斯塔 镍合金C）、CY40（因科镍合金）等。
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3、法兰的密封面形式
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3、法兰的密封面形式
环连接面（RJ）：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）。
环连接面密封的法兰，也属于窄面法兰，井在法 兰的突面上开出一环状梯形槽作为法兰密封面， 和榫槽面法兰一样，这种法兰在安装和拆卸时必 须在轴向将法兰分开，因此，在管线设计时要考 虑到将法兰在轴向分开的可能。
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2、法兰的结构形式
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2、法兰的结构形式
平焊法兰又称搭焊法兰。平焊法兰与管子的连接 是将管子插入法兰内孔至适当位置，然后在搭焊， 其优点在于焊接装配时较易对中，且价格便宜， 因而得到了广泛的应用。按内压计算，平焊法兰 的强度约为相应对焊法兰的三分之二，疲劳寿命 约为对焊法兰的三分之一。所以，平焊法兰只适 用于压力等级比较低，压力波动、振动及震荡均 不严重的管道系统中。
(IF)、
螺纹法兰
(Th)、
板式平焊法兰 (PL)、
带颈对焊法兰 (WN)、
带颈平焊法兰 (SO)、
承插焊法兰 (SW)、
对焊环松套法兰(PJ/SE)、
平焊环松套法兰(PJ/RJ)、
衬里法兰盖 (BL(S))、
法兰盖
(BL)。
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2、法兰的结构形式
整体法兰系指泵、阀、机等机械设备与管道连接 的进出口法兰，通常和这些管道设备制成一体， 作为设备的一部分。
美洲体系分6个压力等级， 适用于DN=15～ 1500mm。
Class（磅级）150、300、600、900、1500、2500 公称压力/MPa 2.0 、5.0、11.0、15.0、26.0、42.0
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4、法兰的压力等级
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4、法兰的压力等级
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按法兰结构及其管子的连接方式分为：
整体法兰 螺纹法兰 对焊法兰 平焊法兰 松套法兰 法兰盖等
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2、法兰的结构形式
螺纹法兰是将法兰的内孔加工成管螺纹，并和带 螺纹的管子配合实现连接，是一种非焊接法兰。 与焊接法兰相比，它具有安装、维修方便的特点， 可在一些现场不允许焊接的场合使用。但在管道 温度变化急剧或温度高于20℃低于-45℃的条件 下，建议不使用螺纹法兰，以免发生泄漏。
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1、垫片的结构形式
外加强环或外环材料均为实体金属，其作用是：帮助密封 元件安装时对中；防止密封元件过份压缩而破坏；防止垫 片吹出和减少法兰转动等。外加强环不与密封介质接触， 因此不要求耐介质腐蚀，故常常由碳钢材料制成。外加强 环还可以与密封元件制成一体，例如金属齿形垫片、波齿 复合垫片。
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3、法兰的密封面形式
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3、法兰的密封面形式
榫槽面(TG)密封面是由榫和槽所组成的，垫片置 于槽中，不会被挤动。垫片可以较窄，因而压紧 垫片所需的螺栓力也就相应较小。即使用于压力 较高之处，螺栓尺寸也不致过大。因而，它比以 上两种密封面均易获得良好的密封效果。密封面 的缺点是结构与制造比较复杂，更换挤在槽中的 垫片比较困难。此外，榫面部分容易损坏，在拆 装或运输过程中应加以注意。榫槽密封面适于易 燃、易爆、有毒的介质以及较高压力的场合。当 压力不大时，即使直径较大，也能很好地密封。
RF
MF
M
F
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3、法兰的密封面形式
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3、法兰的密封面形式
全平面（FF）：全平面密封适合于压力较小的场 合（PN≤1.6MPa）；
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3、法兰的密封面形式
平面密封面主要用于宽面法兰及低压管道系统中， 与相配密封垫片接触面分布于法兰螺栓中心圆的 内外两侧。对应的垫片材质多为石棉橡胶等非金 属软质材料，垫片预紧比压较低，无论是平焊法 兰还是对焊法兰或者是承插法兰都有用到。
金属冲齿柔性石墨复合垫片。标准：HG20608公制（欧洲 体系）系列、HG20629英制（美洲体系）系列。
垫片型 式
垫片材料
使用条件
PN/MPa
t/℃
适用密封面 型式
用途
石 XB200
≤1.5
棉
橡 XB350
≤4.0
胶
非 板 XB450
≤6.0
金耐 属油
NY150
≤1.5
垫石
片 棉 NY250
≤2.5
橡
胶
垫 NY400
≤4.5
片
≤200 ≤350 ≤450 ≤150 ≤250
≤400
全平面 突面
凹凸面 榫槽面
橡胶垫片
石棉橡胶垫片 非石棉纤维橡胶垫片
聚四氟乙烯包覆垫片
法兰用密封垫片 金属复合垫片
金属缠绕式垫片 金属冲齿板柔性石墨复合垫片 金属包履垫片 金属波齿复合垫片
金属垫片
金属齿型复合垫片 金属平垫片 金属波纹形垫片 金属齿形垫片 金属环形垫片
金属透镜垫片
八角形环垫
椭圆形环垫 RX型及BX型自紧 密封环垫
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3、法兰的密封面形式
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3、法兰的密封面形式
凹凸面（MFM）密封面是由一个凸面和一个凹 面相配合组成，在凹面上放置垫片，能够防止垫 片被挤出，故可适用于压力较高的场合。
凹凸面密封面的特点是垫片嵌在凹面的凹槽中， 减少垫片被压力冲击的可能性，装配时便于对中， 和突面密封面法兰相比，这种密封面常常可以用 在密封要求较严的场合，其缺点是一对法兰两种 密封面，密封面加工较突面法兰复杂，因此不像 突面法兰那样应用广泛。和榫槽面法兰相比，它 还有不能保护垫片不被挤入管道内的缺点。
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2、法兰的结构形式
对焊法兰又称高颈法兰，它与其他法兰不同之处 在于从法兰与管子焊接处到法兰盘有一段长而倾 斜的高颈，此段高颈的壁厚沿高度方向逐渐过渡 到管壁厚度，改善了应力的不连续性，因而增加 了法兰强度。对焊法兰主要用于工况比较苛刻的 场合，如管道热膨胀或其他载荷而使法兰处受的 应力较大，或应力变化反复的场合；压力、温度 大幅度波动的管道和高温、高压及零下低温的管 道。