容器零部件法兰设计
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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。
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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
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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。
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(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。
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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
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(1) 、压力容器法兰标准
最新标准是原机械工业部、化工部、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)
平焊法兰
甲型 乙型
带衬环 不带衬环
压力容器 法兰分类
对焊法兰
带衬环 不带衬环
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1．平焊法兰：
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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
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。
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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。
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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Baidu Nhomakorabea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。
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4). 容器法兰
(1)．整体法兰
分3种型式： 1.整体法兰 2.松式法兰 3.任意式法兰
①平焊法兰
制造容易，应用广泛，但刚性较差。
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平焊法兰的适用范围：
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）。
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受力后无附加弯曲应力，只适用于压力较低场合
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(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可径整理的ppt高压管子上。
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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。
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。
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③.金属与非金属混合制垫片：
金属包垫片及缠绕垫片等。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。
受更高压力范围(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直径范围 (DN300mm～2000mm)，适用温度范围为-20℃～
450℃。
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❖ 平焊与对焊法兰都 有带衬环的与不带 衬环的两种。
当设备是由不锈钢 制作时，采用碳钢 法兰加不锈钢衬环， 可以节省不锈钢。
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3、公称直径与公称压力
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。
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2)、容器法兰的分类
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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。
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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）。
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⑤、其他类型密封面
高压容器和高压管道用 球面（透镜）和椭圆或八角形截面金属垫片
在选用时，根据公称直径与公称压力由法兰标准确 定法兰尺寸。 ▲压力容器直径与法兰公称直径应如何配合？
容器法兰的公称直径与容器的公称直径取同一数额值。
例如：DN 1000mm的压力容器，应当配用DN
1000mm的压力容器法兰。
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。
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( 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
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法兰盘可用不同材料，用于铜制、铝制、陶瓷、 石墨及其非金属材料的设备或管道上。
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
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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。 可整理ppt
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②. 金属垫片：
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(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。 当需要预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减 小螺栓直径对密封有利
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(2) 法兰垫片及性能
主要内容： 法兰联接结构与密封原理；法兰标准及选用。
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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
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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。
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(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。
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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
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(1) 、压力容器法兰标准
最新标准是原机械工业部、化工部、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)
平焊法兰
甲型 乙型
带衬环 不带衬环
压力容器 法兰分类
对焊法兰
带衬环 不带衬环
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1．平焊法兰：
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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
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。
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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。
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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Baidu Nhomakorabea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。
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4). 容器法兰
(1)．整体法兰
分3种型式： 1.整体法兰 2.松式法兰 3.任意式法兰
①平焊法兰
制造容易，应用广泛，但刚性较差。
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平焊法兰的适用范围：
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）。
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受力后无附加弯曲应力，只适用于压力较低场合
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(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可径整理的ppt高压管子上。
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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。
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。
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③.金属与非金属混合制垫片：
金属包垫片及缠绕垫片等。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。
受更高压力范围(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直径范围 (DN300mm～2000mm)，适用温度范围为-20℃～
450℃。
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❖ 平焊与对焊法兰都 有带衬环的与不带 衬环的两种。
当设备是由不锈钢 制作时，采用碳钢 法兰加不锈钢衬环， 可以节省不锈钢。
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3、公称直径与公称压力
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。
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2)、容器法兰的分类
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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。
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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）。
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⑤、其他类型密封面
高压容器和高压管道用 球面（透镜）和椭圆或八角形截面金属垫片
在选用时，根据公称直径与公称压力由法兰标准确 定法兰尺寸。 ▲压力容器直径与法兰公称直径应如何配合？
容器法兰的公称直径与容器的公称直径取同一数额值。
例如：DN 1000mm的压力容器，应当配用DN
1000mm的压力容器法兰。
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。
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( 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
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法兰盘可用不同材料，用于铜制、铝制、陶瓷、 石墨及其非金属材料的设备或管道上。
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
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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。 可整理ppt
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②. 金属垫片：
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(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。 当需要预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减 小螺栓直径对密封有利
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(2) 法兰垫片及性能