设备法兰用焊接密封垫片设计
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the reference dimensions of welded lip type sealing gasket for equipment flange under different nominal diameters and pressures were given and it could provide references for pressure vessel designers.
的情况下，垫片理论受压面积"gl可以按照以下
公式计算:
" ' ( Gt=兀 Gt Gt
(3)
其中
'Gt= ( 'G1 + dG2 )/2
( - (Gt= dG2；dG1 /2
式中,d Gt为垫片理论中心圆直径,(Gt为垫片理论
宽 度 , mm*
预紧工况下垫片仅承受了较大的预紧力,法
兰只受到螺栓压紧力,偏准角可以忽略不计*故有
GB 150. 3—2011《压力容器第3部分:设计》,5第7. 5. 1. 5条指出,垫片在预紧状态下受到最大 螺栓载荷的作用,压紧过度将失去密封性能*垫片 应有足够的宽度,其值可按经验确定*文中通过分 析预紧状态下焊接密封垫片受力 ， 总 结出了 垫 片 应力校核方法*通过核算DIN 2695—2019中管法 兰用焊唇式垫片受力情况 , 确定 了 垫 片受力 合 格 指标，并用实际工程应用的垫片来验证合格指标 的合理性*最终通过迭代计算,给出了不同公称压 力、直径下设备法兰用焊唇式垫片尺寸参考值*
483
457
575 595
600
591
584
559
683 703
文中以DIN 2695—2019第4. 1. 3条焊唇式
密封垫片为例,按表2$表3选取d1$d2$d3,计算压 力取公称压力，计算得出了 DIN 2695—2019中 Class系列$PN系列部分焊唇式密封垫片预紧状 态下的应力!g,分别见表4和表5。
Key words: welded sealing gasket % equipment flange % pre -tightening state % compressive strength % size %
design
随着我国石化产业的规模化、大型化发展,石 化装备也朝着高参数化方向发展+石化装置中高 温、高压设备的操作介质通常具有易燃、易爆、有 毒特性，一旦泄漏将造成严重危害+因此,减少或 避免介质泄漏是高参数化设备的设计核心+常规 的法兰和密封垫片形式已经难以满足愈来愈苛刻 的操作条件，而采用焊接密封元件进行密封是一 种防止泄漏的有效方法⑴。
不锈钢耐热钢
660
1・1・1 确定垫片反作用力 预紧状态下垫片受到的反作用力!g为所有
螺栓的预紧力$p,即!g= $p*对于焊接密封垫片 法兰而言，螺栓预紧力仅需抵消内压产生的轴向应 力⑻，即：
$ p看%厲
(2)
式中,$p为螺栓预紧力,N；&为无垫片法兰计算 压 力 , MPa*
为保证焊接密封垫片密封焊缝在实际使用过
1预紧状态下垫片应力计算方法
1.1垫片应力计算公式 参考 EN 13445. 3—2014(Unfired Pressure
Vessels一ParL 3 :Design》⑹G7. 3中对垫片应力 的校核方法 , 简化得出预紧状态 下 垫 片应力 的 计 算公式:
式中,!g为垫片应力,Q max为垫片最大抗压强度, MPa,7- ；!g为垫片反作用力,N；"gl为垫片理论受 压面积,mm2*
代计算给出了不同公称直径、不同公称压力下设备法兰用焊唇式密封垫片的参考尺寸，可供压力
容器设计人员参考$
关键词：焊接密封垫片；设备法兰；预紧状态；抗压强度；尺寸；设计
中图分类号：TQ050.I
文献标志码：B
doi:10. 3969/j. issn. 1000-7466. 2021. 04. 011
Design of Welded Sealing Gasket for Equipment Flange LONG Jie,MIAO Jun-jun
表3 DIN 2695—2019 中 PN 系列部分焊唇式密封垫片尺寸
法兰
PN4
公称
直径
di
d*
d&
PN6.3
di
d*
d3
PN10
di
d*
d3
PN16
d1
d*
d3
100 107 125 145 1 06 125 145 104 125 145
98
135 155
200 207 235 255 205 235 255 199 235 255 187 230 250
(5)
2 DIN 2695—2019中焊唇式密封垫片受
力分析
国内外标准规范中涉及焊唇式密封垫片的内 容较少,以DIN 2695—2019中的垫片尺寸较为完 整。DIN 2695—2019中Class系列及PN系列部 分焊唇式密封垫片规格分别见表2和表3。
表2 DIN 2695—2019中Class系列部分
800 781 855 875 769 870 890
1 000 981 1 060 1 080 964 1 085 1 185
1 200 1 176 1 275 1 295 1 156 1295 1 315
mm
PN25
d1
d*
d3
101 145 165
195 255 275
244 335 355
表4 DIN 2695—2019中Class系列 焊唇式密封垫片应力! MPa
100
52.1 73.2 96.0 102.2 113.4
200
36.8 56.4 64.9 !!81.9 !!94.5
300
58.2 60.6 77.0 !!81.5 !!75.2
400
27.5 38.0 53.0
600
31.9 37.0 42.9
焊唇式密封垫片尺寸
mm
法兰
di
公称
Class 600$
Class 1500$
d*
d&
Class 300
直径
Class 900
Class 2500
100
102
97
80
148 168
200
203
194
174
261 281
300
305
298
273
372 392
400
387
381
356
461 481
500
499
中也没有金属垫片应力校核的方法和要求。通过分析预紧状态下焊接密封垫片受力，总结出了垫
片应力校核方法$ 通过核算 DIN 2695—2019《Diaphragm-we 1 d Packings and Weld Ring Seals
for Flange ConnecEions》中部分焊唇式密封垫片受力情况，确定了垫片受力合格指标。通过迭
程中不承受拉力，需要提供1个比内压轴向力略
大的力⑼*按照HG/T 20582—2011《钢制化工容
器强度计算规定》,10-第11.3. 1条的规定，取
fg=$ p=1.1 ] % /4 * 1・1・2 确定垫片理论受压面积
根据 EN 13445. 3—2014 第 G5. 3. 1 条的规
定，在满足垫片受到较大的力且法兰偏准角很小
目前国内关于焊接密封垫片的标准只有 HG/T 20530—92《钢制管法兰用焊唇密封环》⑶， 而国外的标准 DIN 2695—2019(Diaphragm-weld Packings and Weld Ring Seals for Flange Connec Lions》⑷中有完整的管法兰用焊接密封垫 片规格尺寸，但国内外均缺少大直径、高压力设备 法兰用焊接密封垫片尺寸参考标准 ，亦无经验可 以参考。
上世纪我国开始引进焊接密封垫片结构设 备,经过多年运行,证明这种结构能够满足高温、 高压密封要求，越来越多的化工设备上开始采用 焊接密封垫片+常见焊接密封垫片结构见图1[2]o 图1中Dv为垫片受内压部分最大直径，dw1为垫 片实际接触面最大内径,dG2为垫片实际接触面最 小外径,d1为垫片内直径、d2为与法兰接触面外 径、di为受内压部分最大外径+
第50卷第4期 2021年7月
石油化工设备 PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
文章编号:1000-7466(2021)04-0060-05
设备法兰用焊接密封垫片设计
Vol. 50 No. 4 July 2021
龙杰，苗俊军
(二重(镇江)重型装备有限责任公司，江苏镇江212114)
摘要：目前国内外缺少大直径、高压力设备法兰用焊接密封垫片规格参考标准，国内相关标准
以下公式:
・62・
石油化工设备
2021年第50卷
"(!g22—!gi2)
(4)
1.2焊唇式密封垫片应力计算公式 焊唇式密封垫片尺寸见图lc,其必$
!2(!&2+#0 22$,综合前述分析可得预紧状态 下焊唇式密封垫片应力计算公式为 ：
$5 _ 16 1 宁
p _
-6 l !32
土 (必22认2) (!2_10)2_!12
Qmax 值可参考 EN 13445. 3—2014 第 G. 9 条 进行选取*如果垫片制造厂家能够提供有效的垫 片参数,则应采用垫片实际数据*
常用金属垫片在常温下的最大抗压强度具体 数值见表1⑹*
表1常用金属垫片常温下最大抗压强度 MPa
材质
最大抗压强度Q
软铁
380
钢
440
低合金钢
495
不锈钢
550
400
23.7 48.0 65.5 !!!86.3 139.4
500
27.7 49.8 68.0 !!91.7 148.1
600
26.2 53.5 72.9 100.6 162.6
表5 DIN 2695—2019中PN系列焊唇式密封
垫片应力!g
MPa
法 兰 公 称 直 径/mm PN4 PN6.3 PN10 PN16 PN25
300 310 335 355 302 335 355 296 335 355 280 335 355
400 384 435 455 378 435 455 371 435 455
500 480 540 560 476 560 580 464 560 580
600 585 645 665 575 655 675 560 670 690
(China Erzhong&Zhenjiang) Heavy Machinery Equipment Co. Ltd., Zhenjiang 212114,China)
Abstract: At present there is a lacking of reference standards for welded sealing gaskets flanges of large
diameter and high pressure equipment at home and abroad, and there are no methods and requirements for metal gasket stress checking in relevant domestic standards. By analyzing the stress of welded sealing gasket in pre-tightening state, the stress checking method of gasket was summarized. According to calculation on the
stress of some welded lip gasket in DIN 2695—2019 (Diaphragm*weId Packing and Weld Ring Seals for Flange Connections” ,the qualified stress index of gasket had been confirmed. Through iterative calculation,
收稿日期：2021-01-29 作者简介：龙 杰(1989-),男，江西泰和人，工程师，学士，从事压力容器设计工作+ E-mail：690618997@
第4期
龙杰，等:设备法兰用焊接密封垫片设计
Dl
・61・
£
d2
-必
5
(a)圆形空腔式
(b )隔膜密封盘式
图1常用焊接密封垫片结构
(c )焊唇式
法兰公称
直径/mm
Class Class Class Class Class 300 600 900 1500 2500
100
18.0 35.4 48.3 63.8 103.1
200
19.9 37.7 51.3 !!!69.0 111.4
300
22.2 44.0 60.0 !!!77.8 125.6
的情况下，垫片理论受压面积"gl可以按照以下
公式计算:
" ' ( Gt=兀 Gt Gt
(3)
其中
'Gt= ( 'G1 + dG2 )/2
( - (Gt= dG2；dG1 /2
式中,d Gt为垫片理论中心圆直径,(Gt为垫片理论
宽 度 , mm*
预紧工况下垫片仅承受了较大的预紧力,法
兰只受到螺栓压紧力,偏准角可以忽略不计*故有
GB 150. 3—2011《压力容器第3部分:设计》,5第7. 5. 1. 5条指出,垫片在预紧状态下受到最大 螺栓载荷的作用,压紧过度将失去密封性能*垫片 应有足够的宽度,其值可按经验确定*文中通过分 析预紧状态下焊接密封垫片受力 ， 总 结出了 垫 片 应力校核方法*通过核算DIN 2695—2019中管法 兰用焊唇式垫片受力情况 , 确定 了 垫 片受力 合 格 指标，并用实际工程应用的垫片来验证合格指标 的合理性*最终通过迭代计算,给出了不同公称压 力、直径下设备法兰用焊唇式垫片尺寸参考值*
483
457
575 595
600
591
584
559
683 703
文中以DIN 2695—2019第4. 1. 3条焊唇式
密封垫片为例,按表2$表3选取d1$d2$d3,计算压 力取公称压力，计算得出了 DIN 2695—2019中 Class系列$PN系列部分焊唇式密封垫片预紧状 态下的应力!g,分别见表4和表5。
Key words: welded sealing gasket % equipment flange % pre -tightening state % compressive strength % size %
design
随着我国石化产业的规模化、大型化发展,石 化装备也朝着高参数化方向发展+石化装置中高 温、高压设备的操作介质通常具有易燃、易爆、有 毒特性，一旦泄漏将造成严重危害+因此,减少或 避免介质泄漏是高参数化设备的设计核心+常规 的法兰和密封垫片形式已经难以满足愈来愈苛刻 的操作条件，而采用焊接密封元件进行密封是一 种防止泄漏的有效方法⑴。
不锈钢耐热钢
660
1・1・1 确定垫片反作用力 预紧状态下垫片受到的反作用力!g为所有
螺栓的预紧力$p,即!g= $p*对于焊接密封垫片 法兰而言，螺栓预紧力仅需抵消内压产生的轴向应 力⑻，即：
$ p看%厲
(2)
式中,$p为螺栓预紧力,N；&为无垫片法兰计算 压 力 , MPa*
为保证焊接密封垫片密封焊缝在实际使用过
1预紧状态下垫片应力计算方法
1.1垫片应力计算公式 参考 EN 13445. 3—2014(Unfired Pressure
Vessels一ParL 3 :Design》⑹G7. 3中对垫片应力 的校核方法 , 简化得出预紧状态 下 垫 片应力 的 计 算公式:
式中,!g为垫片应力,Q max为垫片最大抗压强度, MPa,7- ；!g为垫片反作用力,N；"gl为垫片理论受 压面积,mm2*
代计算给出了不同公称直径、不同公称压力下设备法兰用焊唇式密封垫片的参考尺寸，可供压力
容器设计人员参考$
关键词：焊接密封垫片；设备法兰；预紧状态；抗压强度；尺寸；设计
中图分类号：TQ050.I
文献标志码：B
doi:10. 3969/j. issn. 1000-7466. 2021. 04. 011
Design of Welded Sealing Gasket for Equipment Flange LONG Jie,MIAO Jun-jun
表3 DIN 2695—2019 中 PN 系列部分焊唇式密封垫片尺寸
法兰
PN4
公称
直径
di
d*
d&
PN6.3
di
d*
d3
PN10
di
d*
d3
PN16
d1
d*
d3
100 107 125 145 1 06 125 145 104 125 145
98
135 155
200 207 235 255 205 235 255 199 235 255 187 230 250
(5)
2 DIN 2695—2019中焊唇式密封垫片受
力分析
国内外标准规范中涉及焊唇式密封垫片的内 容较少,以DIN 2695—2019中的垫片尺寸较为完 整。DIN 2695—2019中Class系列及PN系列部 分焊唇式密封垫片规格分别见表2和表3。
表2 DIN 2695—2019中Class系列部分
800 781 855 875 769 870 890
1 000 981 1 060 1 080 964 1 085 1 185
1 200 1 176 1 275 1 295 1 156 1295 1 315
mm
PN25
d1
d*
d3
101 145 165
195 255 275
244 335 355
表4 DIN 2695—2019中Class系列 焊唇式密封垫片应力! MPa
100
52.1 73.2 96.0 102.2 113.4
200
36.8 56.4 64.9 !!81.9 !!94.5
300
58.2 60.6 77.0 !!81.5 !!75.2
400
27.5 38.0 53.0
600
31.9 37.0 42.9
焊唇式密封垫片尺寸
mm
法兰
di
公称
Class 600$
Class 1500$
d*
d&
Class 300
直径
Class 900
Class 2500
100
102
97
80
148 168
200
203
194
174
261 281
300
305
298
273
372 392
400
387
381
356
461 481
500
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中也没有金属垫片应力校核的方法和要求。通过分析预紧状态下焊接密封垫片受力，总结出了垫
片应力校核方法$ 通过核算 DIN 2695—2019《Diaphragm-we 1 d Packings and Weld Ring Seals
for Flange ConnecEions》中部分焊唇式密封垫片受力情况，确定了垫片受力合格指标。通过迭
程中不承受拉力，需要提供1个比内压轴向力略
大的力⑼*按照HG/T 20582—2011《钢制化工容
器强度计算规定》,10-第11.3. 1条的规定，取
fg=$ p=1.1 ] % /4 * 1・1・2 确定垫片理论受压面积
根据 EN 13445. 3—2014 第 G5. 3. 1 条的规
定，在满足垫片受到较大的力且法兰偏准角很小
目前国内关于焊接密封垫片的标准只有 HG/T 20530—92《钢制管法兰用焊唇密封环》⑶， 而国外的标准 DIN 2695—2019(Diaphragm-weld Packings and Weld Ring Seals for Flange Connec Lions》⑷中有完整的管法兰用焊接密封垫 片规格尺寸，但国内外均缺少大直径、高压力设备 法兰用焊接密封垫片尺寸参考标准 ，亦无经验可 以参考。
上世纪我国开始引进焊接密封垫片结构设 备,经过多年运行,证明这种结构能够满足高温、 高压密封要求，越来越多的化工设备上开始采用 焊接密封垫片+常见焊接密封垫片结构见图1[2]o 图1中Dv为垫片受内压部分最大直径，dw1为垫 片实际接触面最大内径,dG2为垫片实际接触面最 小外径,d1为垫片内直径、d2为与法兰接触面外 径、di为受内压部分最大外径+
第50卷第4期 2021年7月
石油化工设备 PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
文章编号:1000-7466(2021)04-0060-05
设备法兰用焊接密封垫片设计
Vol. 50 No. 4 July 2021
龙杰，苗俊军
(二重(镇江)重型装备有限责任公司，江苏镇江212114)
摘要：目前国内外缺少大直径、高压力设备法兰用焊接密封垫片规格参考标准，国内相关标准
以下公式:
・62・
石油化工设备
2021年第50卷
"(!g22—!gi2)
(4)
1.2焊唇式密封垫片应力计算公式 焊唇式密封垫片尺寸见图lc,其必$
!2(!&2+#0 22$,综合前述分析可得预紧状态 下焊唇式密封垫片应力计算公式为 ：
$5 _ 16 1 宁
p _
-6 l !32
土 (必22认2) (!2_10)2_!12
Qmax 值可参考 EN 13445. 3—2014 第 G. 9 条 进行选取*如果垫片制造厂家能够提供有效的垫 片参数,则应采用垫片实际数据*
常用金属垫片在常温下的最大抗压强度具体 数值见表1⑹*
表1常用金属垫片常温下最大抗压强度 MPa
材质
最大抗压强度Q
软铁
380
钢
440
低合金钢
495
不锈钢
550
400
23.7 48.0 65.5 !!!86.3 139.4
500
27.7 49.8 68.0 !!91.7 148.1
600
26.2 53.5 72.9 100.6 162.6
表5 DIN 2695—2019中PN系列焊唇式密封
垫片应力!g
MPa
法 兰 公 称 直 径/mm PN4 PN6.3 PN10 PN16 PN25
300 310 335 355 302 335 355 296 335 355 280 335 355
400 384 435 455 378 435 455 371 435 455
500 480 540 560 476 560 580 464 560 580
600 585 645 665 575 655 675 560 670 690
(China Erzhong&Zhenjiang) Heavy Machinery Equipment Co. Ltd., Zhenjiang 212114,China)
Abstract: At present there is a lacking of reference standards for welded sealing gaskets flanges of large
diameter and high pressure equipment at home and abroad, and there are no methods and requirements for metal gasket stress checking in relevant domestic standards. By analyzing the stress of welded sealing gasket in pre-tightening state, the stress checking method of gasket was summarized. According to calculation on the
stress of some welded lip gasket in DIN 2695—2019 (Diaphragm*weId Packing and Weld Ring Seals for Flange Connections” ,the qualified stress index of gasket had been confirmed. Through iterative calculation,
收稿日期：2021-01-29 作者简介：龙 杰(1989-),男，江西泰和人，工程师，学士，从事压力容器设计工作+ E-mail：690618997@
第4期
龙杰，等:设备法兰用焊接密封垫片设计
Dl
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-必
5
(a)圆形空腔式
(b )隔膜密封盘式
图1常用焊接密封垫片结构
(c )焊唇式
法兰公称
直径/mm
Class Class Class Class Class 300 600 900 1500 2500
100
18.0 35.4 48.3 63.8 103.1
200
19.9 37.7 51.3 !!!69.0 111.4
300
22.2 44.0 60.0 !!!77.8 125.6