法兰连接

兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。

管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同。
GB9119.7-88外，常用标准还有：化工部标准 HG20592～HG20602-97；中石化标准SH3406-96 等。其中化工部标准中分为欧洲体系、美洲体系等， 我国常用的为欧洲体系。
思考题：
1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的 因素有哪些？ 2.法兰的型式有哪些？各有什么特点？ 3.法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？
法兰密封面形式
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（一）、平面型密封面： 是在平面上加工出几道 浅槽，其结构简单但垫 圈没有固定，不易压紧。 适用于压力不高、介质 无毒的场合；
压紧面是光滑的，（ b ）
形式有三角形断面的沟槽。 适用于公称压力P≤2.5Mpa ， 广泛应用于P≤0.6Mpa, 压紧 面的宽度：压力容器法兰： 20 ～ 60mm ， 管 法 兰 ： 10 ～ 20mm。

法兰连接的密封


一、密封机理 泄漏途径：渗透泄漏、界面泄漏 渗透泄漏:通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏，除了受 介质压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性质影响外， 主要与垫片的结构与材料性质有关。 界面泄漏:沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主 要与界面间隙尺寸有关。加工时压紧面上凹凸不平的间隙 及压紧力不足是造成“界面泄漏”的直接原因。“界面泄 漏”是密封失效的主要途径。
公称压力PN
法兰标准中所列的能够承受的公称压力PN，是以法兰材
质为16MnR时计算而得，操作温度为：200℃。 七个等级：见p281
（2）、用在接管上又有板式平焊法兰、带颈平焊法兰 和带颈对焊法兰三种类型。
板式平焊法兰：由于法兰直接与钢管焊接，法兰盘 在操作时受力状态差，易发生形变。适用于低压场 合。 带颈平焊法兰：由于增加了一厚壁的短节法兰颈， 因此增加了法兰的刚度，大大减小了法兰变形。适 用于中、低压场合。 带颈对焊法兰：其颈更长，又称高颈法兰，与管子 之间采用的是对焊连接，受焊接时产生的应力集中 小，能承受较高的压力。
石油、化工上用的法兰标准有两类，
一类是压力容器法兰标准 一类是管法兰标准
㈠ 压力容器法兰标准
衬
衬
1．平焊法兰：
2．对焊法兰
长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚性大。
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℃。
乙型平焊法兰中DN 2000mm以下规格包括在长颈对焊法兰 的规定范围之内。两者联接尺寸和法兰厚度一样。
DN2000mm以下的乙型平焊法兰可用轧制长颈对焊法兰代
替，以降低成本。
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。
3、公称直径与公称压力
根据公称直径与公称压力由法兰标准确定法
兰尺寸
压力容器法兰公称直径同压力容器
例如DN 1000mm的压力容器，应当配用
三、压力容器法兰标准 1、类型

甲型平焊法兰
乙型平焊法兰
长颈对焊法兰
平焊法兰：通过角焊缝直接与设备或管道焊接的一种法兰。其 结构简单，加工方便。 (1)、用在容器上又分甲型平焊法兰和乙型平焊法兰。甲型平焊 法兰直接与容器焊接，其解焊缝尺寸较小或不开坡口焊接，不 能保证法兰与容器同时受力；乙型平焊法兰附有一段较厚的短 节，法兰与短节的焊接质量可靠，能保证法兰与容器同时受力。 平焊法兰广泛用于中、低压容器和管道的连接。 对焊法兰又称高颈法兰刚性较大，适用于压力温度较高的场合
金属垫片：
材料一般并不要求强度高，而是要求软韧。
常用是软铝、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。 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。
查表10-13
四、法兰标准及选用
一、法兰的分类

按所联接的部件： 容器法兰、管法兰。 按结构型式分： 整体法兰、活套法兰和螺 纹法兰。

左上一图为连接塔节与塔节的容器法兰 左上二图为连接接管的管法兰 右下一图为连接Байду номын сангаас头与筒体、管箱与筒体的容器法兰 右下二图为管法兰
二、法兰连接受力分析
1、法兰所受外力
2、法兰在外力偶矩作用下的变形和内力
鞍座包角120°或150°，安放稳定。
高度200、300、400和500mm。
宽度b根据容器公称直径查出。
鞍座的种类与安装：
鞍座分为A型（轻型）和B型（重型），重型
又分为BⅠ～BⅤ五种型号。A型和B型的筋板
和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。 每种型式鞍座又分为固定式支座（代号F)： 底板上开圆形螺栓孔和滑动式支座（S) ：底 座开长圆形螺栓孔（安装）
例如：DN100，具体尺寸为：φ 108×3.5，φ 108×4， φ 108×4.5，（摘：GB8163－87，热轧钢管） DN100，(4 inch) φ 114×4， （摘：GB3091－82，GB3092－82，水、煤气输送钢管） 2.化工容器及设备法兰：其公称直径为设备内径 DN 300～4000mm 小直径设备常用无缝钢管制造。
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（二）凹凸密封面：是 相配合的凹形和凸形密 封面。安装时便于对中， 还能防止垫片被挤出。 但垫片宽度较大，须较 大压紧力。适用于压力 稍高的场合
在凹型面内放置垫片， 其优点是便于对中， 能够防止软质垫片的 挤出，而且比平行面 窄，容易压紧。最大 DN=3000mm, PN≤6.4 Mpa
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法兰标准

法兰标准中所含内容:
（ ） 公称直径DN 1 （ 2） 公称压力P N 3 （ ） 结构类型 （ 4） 密封面型式 5） 法兰尺寸 （ 6） 垫片型式与材质 （ （ 7） 技术条件
公称直径DN
1.管道法兰：其公称直径与相配的管子直径相一致。管子的公称 直径不是管子的内径或外径，是与管子内径相近的一个圆整数 值。

柔软

耐温度和压力性能较金属垫片差。 道的法兰密封。
只适用于常、中温和中、低压设备和管
金属与非金属混合制垫片：
金属包垫片及缠绕垫片等。
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。
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。
法兰连接

失效形式: 主要表现为泄漏,泄漏量控制在工艺和环 境允许的范围内。
在垫圈单位面积上的最小压紧力称为垫圈的预紧密封比压 （初始密闭条件）。
工作密封比压：一个已经形成了密封条件的法兰连接 （即垫圈已被压缩到预紧密封比压），在通入压力介质
后，为不使介质泄漏，在密封面与垫圈之间所必须保留 下来的最低比压。
鞍座与筒体端部距离A确定： 当L/D较大，且无加强圈，应尽量利用封头 对支座处筒体的加强作用，取A≤0.25D； 当筒体的L/D较小，d/D较大，或有加强圈时， 取A≤0.2L。
㈡圈 座
采用圈座的情况：

对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自身 重量可能造成严重挠曲； 多于两个支承的长容器。

除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈
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法兰连接
常见的可拆连接：
第一节 法兰连接

法兰联接(flange，joint):由一对 法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母 组成。法兰联接是一种可拆联接。

原理： 垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后， 垫片表面上的比压达到一定数值后产生变 形，并填满密封面上凹凸不平处，使联接 严密不漏。 性能： 较好的强度和密封性，结构简单，成本 低廉，可多次重复拆卸，应用较广 。
例如：分离松节油α和β蒎烯的分离塔，真
空操作，700mmHg，平型压紧面，由于刚 度不足使法兰翘曲造成密封失效。
3、通过分析得出如下的几点结论：
（1）密封垫片是整个法兰连接（包括法兰、垫片、螺柱、螺母）的基础。 垫片的材质、结构和尺寸是影响螺栓力和法兰力矩大小的主要因素之 一。 （2）增加与法兰盘连接处器壁（或管壁）的壁厚，不但会减小法兰加给 器壁的弯曲应力，而且增厚的器壁会反过来增大法兰盘的刚度、减小 法兰盘中的弯曲应力。 （3）对法兰强度起主要作用的三个应力都是弯曲应力，而弯曲应力的大 小又与受弯构件的厚度平方成反比，所以决定法兰强度大小的关键尺 寸是法兰盘的厚度。对于带颈的法兰，增加颈的厚度对提高法兰强度 会有比增加法兰盘厚度更好的效果。 （4）在螺栓力一定的条件下，法兰螺孔中心圆与密封垫片中径之间的距 离越小，法兰所承受的外力偶矩越小。在确定螺栓直径与数目时，应 以螺孔中心圆直径尽可能小为原则。
二、法兰密封面的形式

法兰的密封面主要根据工艺条件、密封口径以及 垫片等进行选择。

（1）、容器法兰的形式有：平面型、凹凸面、榫 槽面等其中以凹凸面、榫槽面最为常用。 （2）、管法兰的形式有：全平面、突面、凹凸面、 榫槽面和连环接面五种。前四种为常用的密封面。


非金属垫片：
橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。
最大允许工作压力的确定：
课堂作业：
为操作温度300℃，设计压力0.6MPa的容器
选配法兰。
材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。
材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。
㈡ 管法兰标准

同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同， 不能互相代用。 管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法
4.常用的垫片材料有哪些？
作业 ：P224
1 、2 、3
第二节 容器支座
概述：
容器支座：支承容器重量、固定容器位置 并使容器在操作中保持稳定。
结构型式由容器自身的型式决定，分：
卧式容器支座 立式容器支座 球形容器支座
一、卧式容器的支座 ㈠ 鞍式 支座
卧式容器的支座有三种：鞍座、圈座、 支腿
应用最广泛的卧式容器支座。 已有标准JB/T4712-92 《鞍式支座》，根据 容器公称直径和重量选用。 由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。
DN 1000mm的压力容器法兰。
法兰公称压力：
与最大操作压力、操作温度以及材料有关。
定义：以16MnR在200℃时的机械性能为基准确
定法兰尺寸，在200℃时，它的最大允许操作压力
就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。
公称压力PNO.6MPa法兰，用16MnR制造的，在
200℃时，最大允许操作压力0.6MPa。 高于200℃的最大操作压力将低于它的公称压力 0.6MPa。


图（f）为甲型平焊法兰 图（g）为乙型平焊法兰 图（e）为法兰
板式平焊钢制法兰（甲型）
带颈平焊法兰
带颈对焊法兰
(3) 、其它形式的法兰连接
左上一图为法兰端盖 右下一图为管板法兰 右下二图为平板法兰
2、结构
（1）平面型密封面： （a） （b）； （2） 凹凸型密封面： （c）； （3）榫槽型密封面： （d）；
力。 低于200℃仍按200℃确定其最高工作压
材料改为Q235-A，机械性能比16MnR差，公称压
力PN0.6MPa的法兰，200℃操作，最大允许操作
压力也低于公称压力。
材料由16MnR改为15MnVR，机械性能优于16MnR，
公称压力PN0.6MPa的法兰，在200℃操作时，最
大允许操作压力将高于它的公称压力。 只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法兰的尺 寸也就确定了。
㈢ 腿式支 座
简称支腿 连接处造成严重的局部应力，只适用于小 型设备（DN≤1600、L≤5m）。 腿式支座的结构型式、系列参数等参见标 准JB/T 4714-92 《腿式支座》。
（三）榫槽密封面： 是具有相配合的榫面和 槽面的密封面，垫片较 窄，放在槽内，由于受 槽的阻挡，不会被挤出。 很少受介质的冲刷和腐 蚀。安装时易对中。垫 片受力均匀，故密封可 靠。适用于易燃、易爆、 有毒介质及压力较高的 重要密封。但更换垫片 困难，法兰造价较高。
法兰标准
法兰连接是工业生产中广泛使用的连接方法。 当前，国内外均已将法兰标准化。 我国实施的法兰标准： JB4701－2000 甲型平焊法兰； JB4702－2000 乙型平焊法兰； JB4703－2000 长颈对焊法兰； JB/T84－94 JB/T85－94 凹凸面对焊环板式松套钢制法兰； 翻边板式松套钢制法兰。