化工法兰泄漏简析和解决方法 -通用

化工厂法兰泄漏简析和解决方法
管道链接法兰封头链接法兰
封头受到的流体推力T最终施加到法兰螺栓副上
T值的大小取决于流体压力和管道直径，T=P*S
故:封头法兰螺栓副所需预紧力要远大于管道法兰螺栓副预紧力
现场现象：封头法兰比
管道法兰容易泄漏
管道中高压流体通过，
密封件受到向外的推
力，两个法兰受到很
小的推力高压流体到达封头端时，流体对封头端面产生很大的推力T,密封件受到向外的推力T
化工厂封头法兰连接的组成
螺栓副
管道法兰
密封件
封头法兰
A法兰端面不平整B密封件选择不正确：材
质不对，回弹量不够等
C 预紧力不够或过大
D 法兰螺栓受力不均匀
E 温度升高，材料弹性松弛，螺栓受热膨胀，长度增加，预紧力下降。

特殊情况：当螺栓的伸长量与法兰和密封垫圈的膨胀伸长量一致时没有影响现场现象：常温测试不泄漏，
开机升温后泄漏
T
如左图所示封头法兰，管道直径为400mm,即面积为125600平方毫米，流体压力为10Mp,锁紧螺栓为8个M30,强度等级为10.9级，其最大抗拉强度为：454KN
受力分析：
1.流体压力产生的推力T=P*S=10*125600=1256000N=1256KN
锁紧螺栓为8根，即每个螺栓所承受的力为：1256/8=157KN
2.单根螺栓预紧力为最大抗拉强度的70%=454*0.7=317.8KN
8根螺栓的预紧力为：317.8*8=2542.4KN
结论：螺栓预紧力远大于T,法兰不会泄漏
实际工况：
1.拧紧方法和工具的不同，可导致预紧力有50%以上的偏差，同一法
兰的一圈螺栓预紧力有40%的偏差
2.随着装置温度的升高，预紧力有50%以上的下降
T
导致泄漏的可能原因：
二.冷机不泄漏，开机后泄漏
1.8根螺栓的预紧力均匀（都为200KN)，但没有达到设计拉伸力317.8KN)，冷机时不泄漏(大于157KN)，但当装置温度升高时，螺栓伸长，预紧力下降到原来的75%时（200*75%=150KN ，总预紧力=150*8=1200KN ）小于1256KN ，导致泄漏
2.8根螺栓的预紧力不均匀，如最大的预紧力达到或大于317.8KN,但最小的预紧力只有317.8*（1-40%）=190.68KN ，冷机时不会泄漏，但当装置温度升高时，螺栓伸长，预紧力下降，当螺栓的预紧力下降到原来的80%时（190.68*0.8=152.5KN)就小于单根螺栓所需预紧力（157KN),就会导致泄漏一.冷机泄漏
1.法兰面不平整
2.密封件选择不正确，如:材质不对，形状不对，厚度不对
3.螺栓预紧力不够或不均匀
化工厂封头法兰泄漏的因素
综上所述：影响法兰泄漏的因素有很多，
密封件的选择是设计时已定的，法兰面
的平整和光洁是法兰加工时必须考虑的，
螺栓副的预紧力也是有设计要求值的。

但如何达到设计要求的螺栓副预紧力和
同一个法兰螺栓副预紧力的一致性是整
个法兰安装是否成功，保证无泄漏的关
键！
法兰螺栓副预紧力的影响因素
1.螺栓副螺纹之间的摩擦阻力
2.螺母下端面与法兰端面的摩擦阻力
3.拧紧方式：拧紧扭矩，拧紧方案，拧紧工具
螺栓副的紧固方式和工具
螺栓副的拧紧方式分两种：
1.同心拧紧 ----拧到螺栓副上的扭矩相对于工具提供的扭矩来说损耗小，小扭矩常见工具输出的所有扭矩都施加到螺栓副上，但工具本身输出的扭矩精度低，重复精度低。

如：电动拧紧轴，电动/气动定扭工具，液压螺栓拉伸器等
2.偏载拧紧----拧到螺栓副上的扭矩相对于工具提供的扭矩来说损耗大，大扭矩常见
当工具输出扭矩作用到螺栓副上时，由于存在偏载力矩，会降低有效力矩，但工具本身输出的扭矩精度高，重复精度高 如：手动扳手，液压扳手，带反作用力臂的电动/气动定扭扳手，扭矩倍增器等
M30以上的大螺栓常用拧紧工具有两种：1.液压拉伸器 2.液压扳手
两种工具分别是同心拧紧和偏载拧紧的典型形式
如图所示，通过高压油泵给油缸打入高压液压油，活塞在高压油的推动下上移，带动了拉伸螺母上移，拉伸螺母被拧紧在需拉伸拧紧的螺杆上，从而将螺杆拉伸，再拧紧锁紧螺母，释放油压，
需拧紧螺栓即可被锁紧到位。

1.可实现同步拧紧，保证法兰面同时受力，不偏载，不翘边
2.操作简单，方便，可控性好
3.拉伸器提供的拉伸力重复精度高
4.所有拉伸力都作用到被拉伸螺栓上，同心拧紧，无偏载
1.需拧紧螺杆上的拉伸力相同，但螺栓副上的最终预紧力大小取决于锁紧螺母的锁紧扭矩，可控性低，偏差大，导致预紧力偏差大（可以达到几倍的偏差）
2.螺栓副处的螺纹和螺母底平面与法
兰表面均未被大压力挤压，接触面的
粗糙度较大，当大压力施加到这些面
上时产生塑性变形，导致螺栓副预紧
力下降，且不可计算和控制
3.操作不当时，有过拉伸可能。

导致
螺杆产生塑性变形，强度下降；导致
密封件过压缩，产生塑性变形，失去
回弹力，密封失效。

液压扳手工作原理：
液压扳手后部的油缸中打入高压液压油，在液压油的推力作用下推动活塞向前滑动，活塞杆的顶端推动驱动架绕着固定在壳体上的支点转动，驱动架上装有棘爪，棘爪推动棘轮转动，棘轮和驱动轴以花键形式连接，从而推动了驱
动轴的转动，再将驱动轴的扭矩通过套筒传递到螺栓副上，即可实现拧动螺栓副。

1.体积小，重量轻，扭矩大
2.扭矩重复精度高（±3%）
3.操作简单，方便
4.可多个螺栓同时拧紧，保证法兰面同时受力不翘边
5.螺栓副拧紧过程中的受力接触表面均被大扭矩力挤压过，接触表面相当于被冷作滚压过，表面硬度高，当螺栓副拧紧到位后，预紧力不会发生变化
6.无过拉伸现象
1.由于液压扳手本体体积小重量轻，无法支撑其旋转螺栓副产生的反作用力，必须把反作用力支撑到其它可靠的支点上，从而产生偏载，且偏载力的大小无法计算和控制
故：即使液压扳手可保证±3%的重复精度，但产生的扭矩作用到螺栓上时的偏差达到20%以上例如：现场螺栓拧紧扭矩要求为2000Nm,当液压扳手扭矩调整到这个值时，其输出扭矩为1940~2060Nm.但真正作
用到螺栓副上的扭矩只有1552~1648Nm,甚至更小。

螺栓副螺纹之间的摩擦阻力螺母下端面与法兰端
面的摩擦阻力
2.扭矩=螺栓预紧力*螺栓公称直径*K
K值为：扭矩系数(0.08~0.16),其值的大小取决于左
图所示的两个因素及有无润滑
从上式中可以看出，液压扳手输出
扭矩不变，螺栓相同的条件下，螺栓
预紧力与K值成反比，且可达到两倍
以上的偏差
反作用力垫圈
综上所述，同心拧紧（液压拉
伸器）和偏载拧紧（液压扳手）
都存在不同方面，不同程度的
无法克服缺陷。

从而无法保证
螺栓副得到精确的，一致的预
紧力，最终导致法兰泄漏。

泄露是重大安全事故的根源！
反作用力垫圈
我司凭借多年液压工具生产，销售，现
场服务的经验，通过大量的实验和和测
试，专利研发生产了将液压扳手的偏载
拧紧转换成同心拉伸拧紧的产品----反
作用力垫圈。

其可以在将液压扳手偏载
拧紧转变成同心拧紧的同时降低扭矩系
数K值，并保证K值的一致性，从而保
证螺栓副能够得到精确，一致的预紧力，
达到法兰无泄漏的目的。

上圈下圈
上圈下表面研磨
下圈上表面研磨
两接触面涂润滑脂
保证K 值极小，且均匀一致
下圈下表面
为逆向齿形
提供可靠的反作用力支撑
当其取代常规
垫片被压与常
规螺母下时无
法逆转
定制的反作用力臂
可靠地将液压扳手产生的反作用力支撑到垫圈上，且受力方向与螺母旋动方向相反，达到了同心拧紧的目的
通过销连接把其
与液压扳手本体
固定成一整体
化工法兰泄漏的解决方法---反作用力垫圈
•反作用力垫圈保证了扭矩系数K值的一致性，从而保证了螺栓副预紧力的一致性
•反作用力垫圈大大降低了扭矩系数K值，得到了更大的，更接近设计值的螺栓副预紧力
•消除了液压扳手在操作时的偏载力，保证了更大，更精确的扭矩值被作用
到需拧紧螺栓副上，从而得到了更精确，更一致的螺栓副预紧力
根据我司长期多次实验，测试和现场应用得到精确数据，反作用力垫
圈的使用，可保证螺栓副有效预紧力偏差远小于工业标准要求的±10%，根据不同的现场要求（如温度，压力等）我们相应使用不同的材料来
生产制造该产品满足现场需求，从而保证现场法兰无泄漏！
谢 谢！。