压力容器及过程设备-法兰
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密封失效的主要途径
沿垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小与界面间隙尺寸有 关。加工时，压紧面上凹凸不平及压紧面不足是造成界面泄漏 的直接原因。
8
3、影响法兰联结密封因素
1、垫片性能
适宜的垫片变形和回弹能力是形成 密封的必要条件。垫片的变形和回弹 性能与垫片材料、形状、结构、螺栓 预紧力、压紧面提供的表面约束、操 作条件(压力、温度、介质)等有关。
标准法兰系根据不同公称直径（DN）和公称压力（PN）选择。
管法兰公称直径是管子的名义直径，是接近管子内、外径 的某一整数。例如DNl00无缝钢管的外径为108mm，而 内径视管壁厚度不同。
容器法兰的公称直径与容器内径取值相同。
法兰的公称压力是按容器或管道所受的压力分为若干标准等级而设 定的。每个公称压力等级表示一定材料和工作温度的法兰的最高工 作压力。如容器法兰的公称压力等级是以16MnR为容器法兰材料 在200℃时的最高工作压力为依据制订的，因此当法兰材料和工作 温度不同时，最大工作压力将降低或升高。
（3）当操作介质为易燃、易爆或有毒时应尽可能采 用高一个等级的法兰。
（4）管法兰与容器法兰两类法兰标淮的连接尺寸是 不同的，因此一对法兰必须选用同一标准，选用时 不能混淆。
7
3、法兰联结的泄漏方式
1、从垫圈渗透泄漏
通过垫片材料本体毛细管的渗 透泄漏,主要与垫片的结构、材 料有关
压紧面
2、从压紧面的界面泄漏
2、压紧面的作用
压紧面
压紧面又称密封面，直接与垫片接触，是传递螺栓力使垫片 变形的表面约束。为了达到预期密封效果，压紧面的型式和表 面粗糙度应与选用的垫片相适应
3、螺栓预紧力
预紧力必须使联接处实现初始密封条件，并保证垫片不被压坏 或挤出
9
影响法兰联结密封因素
4、法兰刚度
法兰刚度不足，会引起轴向翘曲变 形，特别是当螺栓数目较少时，螺栓 间的法兰密封面会因刚度不足产生波 浪形变形，使密封失效
螺纹法兰
搭接法兰
松式法兰- 法兰不直接固定在
壳体上或者虽固定而不能保证法 兰与壳体作为—个整体承受螺栓 载荷。
整体法兰-- 将法兰与壳体锻
或铸成—体或经全焊透法兰。结 构能保证壳体与法兰同时受力， 使法兰厚度可适当减薄，但会在 壳体上产生较大附加应力。带颈 法兰可以提高法兰与壳体的连接 刚度
任意式法兰- 从结构来看，这
法兰
1
本节主要内容
1. 法兰组成、分类 2. 标准法兰的选择 3. 法兰联结的泄漏方式 4. 法兰的选择 5. 法兰的设计 6. 法兰的设计举例 7. 习题
2
1、法 兰
1、螺栓法兰联接结构
由法兰盘、 螺栓、螺母、垫片组成
可拆的密封结构
较好强度、密封性、结构简单、成本低
廉、可多次重复拆卸
2、法兰分类
凹凸型密封面
便于对中，能防止软质垫片被挤出，而且压紧面比平面型密 封面窄，较易密封。适用于公称直径Di≤800mm、 公称压力 PN≤1.6～6.4MPa的法兰联接。
榫槽型密封面
易获得良好密封效果。而且，可以少受介质的冲刷和腐蚀， 安装时又便于对中而使垫片受力均匀。结构与制造都比较复杂， 更换垫片也较费事。凸面部分容易碰坏，拆装时要十分小心。
20
0.74 0.67 0.60 0.56
6
锻 16M 1.02 0.98 0.88 0.83
2、选择并确定容器法兰的公称压力等级
（1）选用的容器法兰公称压力等级在相应法兰材料 和相应工作温度下的最大允许工作压力必须大于等 于最大工作压力；
（2）真空系统的容器法兰的公称压力等级一般不应 小于0.6MPa；
按连接部位分：管法兰（管道连接）容器法兰（用于壳体、 封头的连接）
按法兰接触面的宽窄分：窄面法兰（垫片接触面位于螺栓孔
包围的圆周范围内）宽面法兰（垫片接触面位于法兰螺栓中心
圆的内外两侧）适用于厚度较薄或铸铁等脆性材料的法兰，并
只适用于低压或垫片较软的场合
源自文库
3
1、法 兰
活套法兰
2、法兰分类---按整体性程度来分类
工作温度，℃
公称压
力PN 法兰材料 ≥20
MPa
～ 250 300 350
200
备注
Q23 5-A、 0.66 B
0.61
0.55
0.50
工作温度下 限0℃
板 Q23 材 5-C
20R
0.73 0.74
0.67 0.67
0.61 O.60
0.55 0.56
工作温度下 限0℃
1.00
16M nR
1.00 O.95 O.86 0.82
种法兰与壳体连成一体，刚性比 整体法兰差
（a）、（b）、（c）松式法兰；
（d）、（e）、（f）整体法兰； （g）、（h）、（i）任意法兰 （不保证全焊透的平焊法兰）。 图1 法兰形式
4
2、法兰标准
增加互换性、降低成本
2、《钢制管法兰、垫片、紧固件》（HG20592～20635－97），
容器法兰采用《压力容器法兰》(JB 4700～4707-2000)。
11
法兰联结的密封设计
压紧面
压紧面形式主要应根据工艺条件、密封口径以及准备采用的垫 片等进行选择。压紧面的几何尺寸和表面加工的质量要求，必 须与相应的垫片相配合
甲型法兰与石棉橡胶板、耐油石棉橡胶板的配合
12
垫片材料及类型
1、非金属垫片
橡胶垫、石棉橡胶垫、聚四氟乙烯垫和膨胀 (或柔性)石墨垫 柔软，耐腐蚀，价格便宜，但耐温度和压力的性能较差；多 用于常温、中温和中、低压容器或管道的法兰密封
5
PN1.0的甲型、乙型平焊法兰
法兰材料为16MnR时，在20～200℃时的最大允许工作压力为1.00MPa 用于350℃，它的最大允许工作压力降为0.82Mpa；
若改用20号钢，则在20～200℃时的最大允许工作压力为0.74MPa， 如温度升为350℃，最大允许工作压力降低为0.56MPa。
甲型、乙型法兰适用材料及最大允许工作压力
压紧面
5、操作条件的影响
操作条件是指联接系统的压力、温度及介质的物理、化学性 质。单纯的压力或介质因素对密封的影响并不是苛刻的，只有 在与温度联合作用时，尤其是在波动的高温作用下，将会严重 影响密封性能。
10
法兰压紧面的型式与选择
平面型密封面
压紧面与垫片接触面积较大，预紧时，垫片容易被挤到压紧面两侧， 不易压紧，故所需压紧力较大，密封性能较差。一般适用于压力不高．介 质无毒、非易燃易爆场合。平面型压紧面一般与平垫片或缠绕式垫片配合 使用
沿垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小与界面间隙尺寸有 关。加工时，压紧面上凹凸不平及压紧面不足是造成界面泄漏 的直接原因。
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3、影响法兰联结密封因素
1、垫片性能
适宜的垫片变形和回弹能力是形成 密封的必要条件。垫片的变形和回弹 性能与垫片材料、形状、结构、螺栓 预紧力、压紧面提供的表面约束、操 作条件(压力、温度、介质)等有关。
标准法兰系根据不同公称直径（DN）和公称压力（PN）选择。
管法兰公称直径是管子的名义直径，是接近管子内、外径 的某一整数。例如DNl00无缝钢管的外径为108mm，而 内径视管壁厚度不同。
容器法兰的公称直径与容器内径取值相同。
法兰的公称压力是按容器或管道所受的压力分为若干标准等级而设 定的。每个公称压力等级表示一定材料和工作温度的法兰的最高工 作压力。如容器法兰的公称压力等级是以16MnR为容器法兰材料 在200℃时的最高工作压力为依据制订的，因此当法兰材料和工作 温度不同时，最大工作压力将降低或升高。
（3）当操作介质为易燃、易爆或有毒时应尽可能采 用高一个等级的法兰。
（4）管法兰与容器法兰两类法兰标淮的连接尺寸是 不同的，因此一对法兰必须选用同一标准，选用时 不能混淆。
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3、法兰联结的泄漏方式
1、从垫圈渗透泄漏
通过垫片材料本体毛细管的渗 透泄漏,主要与垫片的结构、材 料有关
压紧面
2、从压紧面的界面泄漏
2、压紧面的作用
压紧面
压紧面又称密封面，直接与垫片接触，是传递螺栓力使垫片 变形的表面约束。为了达到预期密封效果，压紧面的型式和表 面粗糙度应与选用的垫片相适应
3、螺栓预紧力
预紧力必须使联接处实现初始密封条件，并保证垫片不被压坏 或挤出
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影响法兰联结密封因素
4、法兰刚度
法兰刚度不足，会引起轴向翘曲变 形，特别是当螺栓数目较少时，螺栓 间的法兰密封面会因刚度不足产生波 浪形变形，使密封失效
螺纹法兰
搭接法兰
松式法兰- 法兰不直接固定在
壳体上或者虽固定而不能保证法 兰与壳体作为—个整体承受螺栓 载荷。
整体法兰-- 将法兰与壳体锻
或铸成—体或经全焊透法兰。结 构能保证壳体与法兰同时受力， 使法兰厚度可适当减薄，但会在 壳体上产生较大附加应力。带颈 法兰可以提高法兰与壳体的连接 刚度
任意式法兰- 从结构来看，这
法兰
1
本节主要内容
1. 法兰组成、分类 2. 标准法兰的选择 3. 法兰联结的泄漏方式 4. 法兰的选择 5. 法兰的设计 6. 法兰的设计举例 7. 习题
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1、法 兰
1、螺栓法兰联接结构
由法兰盘、 螺栓、螺母、垫片组成
可拆的密封结构
较好强度、密封性、结构简单、成本低
廉、可多次重复拆卸
2、法兰分类
凹凸型密封面
便于对中，能防止软质垫片被挤出，而且压紧面比平面型密 封面窄，较易密封。适用于公称直径Di≤800mm、 公称压力 PN≤1.6～6.4MPa的法兰联接。
榫槽型密封面
易获得良好密封效果。而且，可以少受介质的冲刷和腐蚀， 安装时又便于对中而使垫片受力均匀。结构与制造都比较复杂， 更换垫片也较费事。凸面部分容易碰坏，拆装时要十分小心。
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0.74 0.67 0.60 0.56
6
锻 16M 1.02 0.98 0.88 0.83
2、选择并确定容器法兰的公称压力等级
（1）选用的容器法兰公称压力等级在相应法兰材料 和相应工作温度下的最大允许工作压力必须大于等 于最大工作压力；
（2）真空系统的容器法兰的公称压力等级一般不应 小于0.6MPa；
按连接部位分：管法兰（管道连接）容器法兰（用于壳体、 封头的连接）
按法兰接触面的宽窄分：窄面法兰（垫片接触面位于螺栓孔
包围的圆周范围内）宽面法兰（垫片接触面位于法兰螺栓中心
圆的内外两侧）适用于厚度较薄或铸铁等脆性材料的法兰，并
只适用于低压或垫片较软的场合
源自文库
3
1、法 兰
活套法兰
2、法兰分类---按整体性程度来分类
工作温度，℃
公称压
力PN 法兰材料 ≥20
MPa
～ 250 300 350
200
备注
Q23 5-A、 0.66 B
0.61
0.55
0.50
工作温度下 限0℃
板 Q23 材 5-C
20R
0.73 0.74
0.67 0.67
0.61 O.60
0.55 0.56
工作温度下 限0℃
1.00
16M nR
1.00 O.95 O.86 0.82
种法兰与壳体连成一体，刚性比 整体法兰差
（a）、（b）、（c）松式法兰；
（d）、（e）、（f）整体法兰； （g）、（h）、（i）任意法兰 （不保证全焊透的平焊法兰）。 图1 法兰形式
4
2、法兰标准
增加互换性、降低成本
2、《钢制管法兰、垫片、紧固件》（HG20592～20635－97），
容器法兰采用《压力容器法兰》(JB 4700～4707-2000)。
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法兰联结的密封设计
压紧面
压紧面形式主要应根据工艺条件、密封口径以及准备采用的垫 片等进行选择。压紧面的几何尺寸和表面加工的质量要求，必 须与相应的垫片相配合
甲型法兰与石棉橡胶板、耐油石棉橡胶板的配合
12
垫片材料及类型
1、非金属垫片
橡胶垫、石棉橡胶垫、聚四氟乙烯垫和膨胀 (或柔性)石墨垫 柔软，耐腐蚀，价格便宜，但耐温度和压力的性能较差；多 用于常温、中温和中、低压容器或管道的法兰密封
5
PN1.0的甲型、乙型平焊法兰
法兰材料为16MnR时，在20～200℃时的最大允许工作压力为1.00MPa 用于350℃，它的最大允许工作压力降为0.82Mpa；
若改用20号钢，则在20～200℃时的最大允许工作压力为0.74MPa， 如温度升为350℃，最大允许工作压力降低为0.56MPa。
甲型、乙型法兰适用材料及最大允许工作压力
压紧面
5、操作条件的影响
操作条件是指联接系统的压力、温度及介质的物理、化学性 质。单纯的压力或介质因素对密封的影响并不是苛刻的，只有 在与温度联合作用时，尤其是在波动的高温作用下，将会严重 影响密封性能。
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法兰压紧面的型式与选择
平面型密封面
压紧面与垫片接触面积较大，预紧时，垫片容易被挤到压紧面两侧， 不易压紧，故所需压紧力较大，密封性能较差。一般适用于压力不高．介 质无毒、非易燃易爆场合。平面型压紧面一般与平垫片或缠绕式垫片配合 使用