法蘭、墊片基礎(chǔ)知識

1、法蘭、墊片基礎(chǔ)知識 曲政明曲政明第一章 法蘭l化工裝置中大量采用法蘭連接，分為設(shè)備法蘭與管法蘭兩大系列。設(shè)備法蘭維修中很少需要更換；檢修中常常在更換閥門、液位計(jì)、等零部件時，管法蘭需同步更換。1 1、法蘭的分類l按化工(HG)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分： 整體法蘭 (IF)、 螺紋法蘭 (Th)、 板式平焊法蘭 (PL)、 帶頸對焊法蘭 (WN)、 帶頸平焊法蘭 (SO)、 承插焊法蘭 (SW)、 對焊環(huán)松套法蘭(PJ/SE)、 平焊環(huán)松套法蘭(PJ/RJ)、 襯里法蘭蓋 (BL(S)、 法蘭蓋 (BL)。2 2、法蘭的結(jié)構(gòu)形式l整體法蘭系指泵、閥、機(jī)等機(jī)械設(shè)備與管道連接的進(jìn)出口法蘭，通常和這些管道設(shè)備制成一

2、體，作為設(shè)備的一部分。l按法蘭結(jié)構(gòu)及其管子的連接方式分為： 整體法蘭 螺紋法蘭 對焊法蘭 平焊法蘭 松套法蘭 法蘭蓋等 l螺紋法蘭是將法蘭的內(nèi)孔加工成管螺紋，并和帶螺紋的管子配合實(shí)現(xiàn)連接，是一種非焊接法蘭。與焊接法蘭相比，它具有安裝、維修方便的特點(diǎn)，可在一些現(xiàn)場不允許焊接的場合使用。但在管道溫度變化急劇或溫度高于20低于-45的條件下，建議不使用螺紋法蘭，以免發(fā)生泄漏。2 2、法蘭的結(jié)構(gòu)形式l對焊法蘭又稱高頸法蘭，它與其他法蘭不同之處在于從法蘭與管子焊接處到法蘭盤有一段長而傾斜的高頸，此段高頸的壁厚沿高度方向逐漸過渡到管壁厚度，改善了應(yīng)力的不連續(xù)性，因而增加了法蘭強(qiáng)度。對焊法蘭主要用于工況比較

3、苛刻的場合，如管道熱膨脹或其他載荷而使法蘭處受的應(yīng)力較大，或應(yīng)力變化反復(fù)的場合；壓力、溫度大幅度波動的管道和高溫、高壓及零下低溫的管道。2 2、法蘭的結(jié)構(gòu)形式2 2、法蘭的結(jié)構(gòu)形式l平焊法蘭又稱搭焊法蘭。平焊法蘭與管子的連接是將管子插入法蘭內(nèi)孔至適當(dāng)位置，然后在搭焊，其優(yōu)點(diǎn)在于焊接裝配時較易對中，且價(jià)格便宜，因而得到了廣泛的應(yīng)用。按內(nèi)壓計(jì)算，平焊法蘭的強(qiáng)度約為相應(yīng)對焊法蘭的三分之二，疲勞壽命約為對焊法蘭的三分之一。所以，平焊法蘭只適用于壓力等級比較低，壓力波動、振動及震蕩均不嚴(yán)重的管道系統(tǒng)中。2 2、法蘭的結(jié)構(gòu)形式2 2、法蘭的結(jié)構(gòu)形式l松套法蘭的連接實(shí)際也是通過焊接實(shí)現(xiàn)的，只是這種法蘭是松套

4、在已與管子焊接在一起的附屬元件上，然后通過連接螺栓將附屬元件和墊片壓緊以實(shí)現(xiàn)密封，法蘭（即松套）本身則不接觸介質(zhì)。這種法蘭連接的優(yōu)點(diǎn)是法蘭可以旋轉(zhuǎn)，易于對中螺栓孔，使用在大口徑管道上易于安裝，也適用于管道需要頻繁拆卸以供清洗和檢查的地方。其法蘭附屬元件材料與管子材料一致，而法蘭材料可與管子材料不同，因此比較適合于輸送腐蝕性介質(zhì)的管道。2 2、法蘭的結(jié)構(gòu)形式2 2、法蘭的結(jié)構(gòu)形式l法蘭蓋也稱盲板法蘭，是中間不帶孔的法蘭，供封住管道堵頭用。2 2、法蘭的結(jié)構(gòu)形式法蘭密封面型式和代號（GB/T9112-2000）密封面型式代號平面FF突面RF凹凸面凸面MFM凹面F榫槽面榫面TGT槽面G環(huán)連接面RJ3

5、 3、法蘭的密封面形式3 3、法蘭的密封面形式l全平面（FF）：全平面密封適合于壓力較小的場合（PN1.6MPa）；3 3、法蘭的密封面形式l平面密封面主要用于寬面法蘭及低壓管道系統(tǒng)中，與相配密封墊片接觸面分布于法蘭螺栓中心圓的內(nèi)外兩側(cè)。對應(yīng)的墊片材質(zhì)多為石棉橡膠等非金屬軟質(zhì)材料，墊片預(yù)緊比壓較低，無論是平焊法蘭還是對焊法蘭或者是承插法蘭都有用到。3 3、法蘭的密封面形式l突面（RF）：表面是一個光滑的平面，也可車制密紋水線。密封面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，且便于進(jìn)行防腐襯里。但是，這種密封面墊片接觸面積較大，預(yù)緊時墊片容易往兩邊擠，不易壓緊。l突面密封面主要用于窄面法蘭，即墊片的接觸面位于螺栓孔所

6、包圍的區(qū)域范圍內(nèi)，也就是突面密封面對的墊片外徑正好與法蘭連接螺栓內(nèi)切圓直徑相當(dāng)，安裝時可借助螺栓使墊片位置固定在法蘭面中央。這種密封面在法蘭上應(yīng)用最為廣泛。3 3、法蘭的密封面形式3 3、法蘭的密封面形式l凹凸面（MFM）密封面是由一個凸面和一個凹面相配合組成，在凹面上放置墊片，能夠防止墊片被擠出，故可適用于壓力較高的場合。l凹凸面密封面的特點(diǎn)是墊片嵌在凹面的凹槽中，減少墊片被壓力沖擊的可能性，裝配時便于對中，和突面密封面法蘭相比，這種密封面常?？梢杂迷诿芊庖筝^嚴(yán)的場合，其缺點(diǎn)是一對法蘭兩種密封面，密封面加工較突面法蘭復(fù)雜，因此不像突面法蘭那樣應(yīng)用廣泛。和榫槽面法蘭相比，它還有不能保護(hù)墊片不

7、被擠入管道內(nèi)的缺點(diǎn)。3 3、法蘭的密封面形式3 3、法蘭的密封面形式3 3、法蘭的密封面形式l榫槽面(TG)密封面是由榫和槽所組成的，墊片置于槽中，不會被擠動。墊片可以較窄，因而壓緊墊片所需的螺栓力也就相應(yīng)較小。即使用于壓力較高之處，螺栓尺寸也不致過大。因而，它比以上兩種密封面均易獲得良好的密封效果。密封面的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與制造比較復(fù)雜，更換擠在槽中的墊片比較困難。此外，榫面部分容易損壞，在拆裝或運(yùn)輸過程中應(yīng)加以注意。榫槽密封面適于易燃、易爆、有毒的介質(zhì)以及較高壓力的場合。當(dāng)壓力不大時，即使直徑較大，也能很好地密封。3 3、法蘭的密封面形式l環(huán)連接面（RJ）：環(huán)連接面主要用在帶頸對焊法蘭與整體法蘭

8、上，適用壓力范圍為（6.3MPaPN25.0MPa）。l環(huán)連接面密封的法蘭，也屬于窄面法蘭，井在法蘭的突面上開出一環(huán)狀梯形槽作為法蘭密封面，和榫槽面法蘭一樣，這種法蘭在安裝和拆卸時必須在軸向?qū)⒎ㄌm分開，因此，在管線設(shè)計(jì)時要考慮到將法蘭在軸向分開的可能。3 3、法蘭的密封面形式3 3、法蘭的密封面形式4 4、法蘭的壓力等級l法蘭標(biāo)準(zhǔn)：HG20592-2009(PN系列）HG20615-2009（Calss系列）l歐洲體系分為 0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa、10.0MPa、16.0MPa、25.0MPa共10個壓力等級，適用公稱

9、直徑DN=102000mm。l美洲體系分6個壓力等級， 適用于DN=151500mm。 Class（磅級）150、300、600、900、1500、2500 公稱壓力/MPa 2.0 、5.0、11.0、15.0、26.0、42.04 4、法蘭的壓力等級4 4、法蘭的壓力等級4 4、法蘭的壓力等級5 5、法蘭的材質(zhì)lWCB（碳鋼）、LCB（低溫碳鋼）、LC3（3.5%鎳鋼）、WC5(1.25%鉻0.5%鉬鋼）、WC9（2.25%鉻）、C5（5%鉻0.5%鉬）、C12（9%鉻1%鉬）、CA6NM(4）（12%鉻鋼）、CA15(4)（12%鉻）、CF8M（316不銹鋼）、CF8C（347不銹鋼）、

10、CF8（304不銹鋼）、CF3（304L不銹鋼）、CF3M（316L不銹鋼）、CN7M（合金鋼）、M35-1（蒙乃爾）、N7M（哈斯特鎳合金B(yǎng)）、CW6M（哈斯塔鎳合金C）、CY40（因科鎳合金）等。l碳鋼 20#l304 0Cr18Ni9l304L 00Cr17Ni10l316 0Cr18Ni12Mo2Til316L 00Cr17Ni14Mo2l3210Cr18Ni9Ti第二章 墊片l工業(yè)上使用的平墊片一般由密封元件及內(nèi)、外加強(qiáng)環(huán)組成，密封元件或稱墊片本體是阻止泄漏的關(guān)鍵部分。其常用的材料有非金屬材料，如柔性石墨、聚四氟乙烯、纖維增強(qiáng)橡膠基復(fù)合板等。此外，密封元件材料也可以是剛性或柔性的金屬

11、，通常用于壓力和溫度較高的場合。對于非金屬材料的密封元件，通常插入金屬材料予以增強(qiáng)，同時也方便了如石墨等易破碎材料密封元件的制造加工。增強(qiáng)材料可以是金屬薄板或絲網(wǎng),金屬薄板常常采用沖刺孔的方式以提高增強(qiáng)效果和增加彈性，并通過粘結(jié)劑和輥壓將它們貼合在一起。密封元件也可以可設(shè)一表面層或抗粘結(jié)處理層來增加密封效果和防止法蘭密封面粘結(jié)。1 1、墊片的結(jié)構(gòu)形式1 1、墊片的結(jié)構(gòu)形式l外加強(qiáng)環(huán)或外環(huán)材料均為實(shí)體金屬，其作用是：幫助密封元件安裝時對中；防止密封元件過份壓縮而破壞；防止墊片吹出和減少法蘭轉(zhuǎn)動等。外加強(qiáng)環(huán)不與密封介質(zhì)接觸，因此不要求耐介質(zhì)腐蝕，故常常由碳鋼材料制成。外加強(qiáng)環(huán)還可以與密封元件制成一

12、體，例如金屬齒形墊片、波齒復(fù)合墊片。l內(nèi)加強(qiáng)環(huán)或內(nèi)環(huán)接觸流體，其材料應(yīng)能抵御密封介質(zhì)的腐蝕。內(nèi)加強(qiáng)環(huán)的作用是：防止密封元件與容器或管道法蘭之間的空隙，以避免此空隙干擾流體的流動以及由此引起的流體對墊片的沖蝕。1 1、墊片的結(jié)構(gòu)形式 金屬墊片金屬復(fù)合墊片非金屬軟墊片法蘭用密封墊片非金屬軟墊片聚四氟乙烯墊片聚四氟乙烯包覆墊片橡膠墊片石棉橡膠墊片非石棉纖維橡膠墊片金屬纏繞式墊片金屬沖齒板柔性石墨復(fù)合墊片金屬波齒復(fù)合墊片金屬齒型復(fù)合墊片金屬包履墊片金屬平墊片金屬波紋形墊片金屬齒形墊片金屬環(huán)形墊片金屬透鏡墊片八角形環(huán)墊橢圓形環(huán)墊RX型及BX型自緊密封環(huán)墊2 2、墊片的種類及應(yīng)用、墊片的種類及應(yīng)用l1、非

13、金屬平墊片l非金屬平墊片。標(biāo)準(zhǔn)：HG20606公制（歐洲體系）系列、HG20627英制（美洲體系）系列。l材料通常包括：天然橡膠及合成橡膠；石棉板橡膠板和耐油石棉橡膠板;合成纖維橡膠壓制板（有機(jī)、無機(jī)）；改性或填充的聚四氟乙烯板。非金屬平墊片的選用墊片型式墊片材料使用條件適用密封面型式用途PN/MPat/非金屬墊片石棉橡膠板XB2001.5200全平面突面凹凸面榫槽面 用于水、蒸汽、空氣、氨（氣態(tài)或液態(tài)）及惰性氣體XB3504.0350XB4506.0450耐油石棉橡膠墊片NY1501.5150全平面突面凹凸面榫槽面 用于油品、液化石油氣、溶劑、石油化工、原料等介質(zhì)。對于汽油及航空汽油不適用。

14、NY2502.5250NY4004.5400墊片型式墊片材料使用條件適用密封面型式用途PN/MPat/非金屬平墊片非石棉纖維橡膠板有機(jī)纖維增強(qiáng)14370（連續(xù)205）全平面突面凹凸面榫槽面視粘結(jié)劑（SBR、NBR、CR及EPDM等）而定無機(jī)纖維增強(qiáng)14425（連續(xù)290）聚四氟乙烯包履墊包履層：聚四氟乙烯嵌入層：石棉橡膠板5.0150全平面突面用于各種腐蝕性介質(zhì)及有清潔要求的介質(zhì)非金屬平墊片的選用l2、聚四氟乙烯包履墊片l聚四氟乙烯包履墊片。標(biāo)準(zhǔn)：HG20607公制（歐洲體系）系列、HG20628英制（美洲體系）系列。l聚四氟乙烯包履墊片是一種非金屬復(fù)合型軟墊片，一般由包封皮及嵌入物兩部分組成

15、。包封皮主要起抗腐蝕作用，通常由聚四氟乙烯材料制成，嵌入物（填料）為帶或不帶金屬加強(qiáng)筋的非金屬材料，通常由石棉橡膠板制成。包履層（聚四氟乙烯）夾鑲層（石棉橡膠板或其它復(fù)合材料）l聚四氟乙烯包履墊片的選用l聚四氟乙烯包履墊片主要適用于全平面型及突面型鋼制管法蘭連接，適用公稱壓力PN為0.65.0MPa、工作溫度為0150 的腐蝕介質(zhì)或?qū)η鍧嵍扔休^高要求的介質(zhì)。l3、金屬沖齒柔性石墨復(fù)合墊片l金屬沖齒柔性石墨復(fù)合墊片。標(biāo)準(zhǔn)：HG20608公制（歐洲體系）系列、HG20629英制（美洲體系）系列。l金屬沖齒柔性石墨復(fù)合墊片，它是由沖齒或沖孔金屬芯板與膨脹石墨粒子復(fù)合而成。l適用范圍：HG20608，

16、PN=1.06.3MPa；HG20629，PN=2.0（Class 150）11.0MPa(Class 600)。l金屬沖齒柔性石墨復(fù)合墊片型式分為RF型、MFM型和TG型，分別適用于突面、凹凸面和榫槽面法蘭。根據(jù)需要，RF型墊片可帶不銹鋼或碳鋼內(nèi)包邊，即為RFE型。金屬沖齒柔性石墨墊片的選用墊片型式墊片材料使用條件適用密封面型式用途PN/MPat/金屬沖齒柔性石墨墊片芯板材料低碳鋼（St）6.3450突面凹凸面榫槽面用于蒸汽及各種腐蝕性介質(zhì)。0Cr18Ni9(304)650l標(biāo)記：lXX（標(biāo)準(zhǔn)號） XX（名稱）XX（墊片形式） XX（規(guī)格）XX（芯板材料）l例如，公稱直徑為200mm、PN=

17、5.0MPa(Class300)、芯板材料0Cr18Ni9的突面法蘭用柔性石墨復(fù)合墊片，其標(biāo)記為：l HG 20629 石墨復(fù)合墊 RFE 200-5.0 304l4、金屬包覆墊片l金屬包覆墊片。標(biāo)準(zhǔn)：HG20609公制（歐洲體系）系列、HG20630英制（美洲體系）系列。l適用范圍：HG20609，PN=2.510.0MPa；HG20630，PN=5.0（Class 300）15.0MPa(Class 900)。l金屬包履墊片是以非金屬材料為芯材，切成所需形狀，外面包以厚度為0.250.5mm的金屬薄板組成的一種復(fù)合墊片。根據(jù)包履狀態(tài)，一般分為平面型和波紋型兩種。墊 片 外 殼墊 片 蓋填

18、料金屬包覆墊片材料及適用溫度包覆層金屬材料代號最高工作溫度/適用密封面型式用途純鋁板L3L3200突面用于蒸汽、煤氣、油品、汽油、溶劑及一般工業(yè)介質(zhì)純銅板T3T3300鍍錫薄鋼板St(Sn)400鍍鋅薄鋼板St(Zn)08FSt3040Cr18Ni930450000Cr17Ni10304L 00Cr17Ni14Mo2316Ll標(biāo)記：lXX（標(biāo)準(zhǔn)號） XX（名稱） XX（規(guī)格）XX（包覆材料）l例如，公稱直徑為800mm、PN=4.0MPa(40bar)、包覆材料為0Cr18Ni9的突面法蘭用金屬包覆墊片，其標(biāo)記為：l HG 20609 金屬包覆墊片 800-4.0 304l5、纏繞式墊片l纏繞

19、式墊片。標(biāo)準(zhǔn)：HG20610公制（歐洲體系）系列、HG20631英制（美洲體系）系列。l適用范圍：HG20610，PN=1.616.0MPa；HG20631，PN=2.0（Class 150）26.0MPa(Class 1500)。l金屬纏繞式墊片是由金屬帶和非金屬帶螺旋復(fù)合繞制而成的一種半金屬平墊片。其特性是：壓縮、回彈性能好；具有多道密封和一定的自緊功能；對于法蘭壓緊面的表面缺陷不太敏感，不粘接法蘭密封面，容易對中，因而拆卸便捷；可部分消除壓力、溫度變化和機(jī)械振動的影響；能在高溫、低壓、高真空、沖擊振動等循環(huán)交變的各種苛刻條件下，保持其優(yōu)良的密封性能。l金屬帶材料常用0Cr18Ni9、0C

20、r17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2，也可以采用其它金屬帶材料，但應(yīng)在訂貨時說明。非金屬帶材料最高溫工作溫度（）：特制石棉紙或非石棉紙，500；柔性石墨帶，650；聚四氟乙烯，200。l適用密封面型式：突面 凹凸面 榫槽面l用途：用于各種液體及氣體介質(zhì)。若用于氫氟酸介質(zhì)，應(yīng)采用石墨帶配蒙乃爾合金鋼帶l纏繞式墊片按其結(jié)構(gòu)不同可分為四種型式：基本型、帶內(nèi)環(huán)型、帶外環(huán)型、帶內(nèi)外環(huán)型。墊片型式代號適用等法蘭密封面形式基本型A榫槽面帶內(nèi)環(huán)型B凹凸面帶外環(huán)型 C平面突面帶內(nèi)外環(huán)型D纏繞式墊片材料代號（GB/T 4622.12003）外環(huán)材料金屬帶材料填充帶材料內(nèi)環(huán)名稱代號名稱代號名稱代號名稱代

21、號無00Cr131石棉1無0低碳鋼10Cr18Ni92柔性石墨2低碳鋼10Cr18Ni920Cr17Ni12Mo23聚四氟乙烯30Cr18Ni9200Cr17Ni14Mo24非石棉纖維40Cr17Ni12Mo230Cr25Ni205熱陶瓷纖維500Cr17Ni14Mo24l標(biāo)記：lXX（標(biāo)準(zhǔn)號） XX（名稱） XX（規(guī)格）XX（墊片類型和材料代號）l例如，DN=300mm、PN=11.0MPa(Class600)、A型纏繞墊、金屬帶0Cr17Ni12Mo2，非金屬帶聚四氟乙烯，其標(biāo)記為：l HG 20631 纏繞墊 A300-11.0 0330l6、齒形組合墊片l標(biāo)準(zhǔn)：HG20612公制（歐洲

22、體系）系列、HG20633英制（美洲體系）系列。l適用范圍：HG20612，PN=1.625.0MPa；HG20633，PN=5.0（Class 300）42.0MPa(Class 2500)。齒形組合墊材料及適用溫度金屬齒形材料覆蓋層材料材料使用條件適用密封面型式用途名稱代號名稱代號t/10或0810或08柔性石墨G450突面凹凸面榫槽面用于中、高壓管道0Cr13410柔性石墨5400Cr18Ni9或0Cr17Ni12Mo2304或306柔性石墨650聚四氟乙烯F4200l標(biāo)記：lXX（標(biāo)準(zhǔn)號） XX（名稱） XX（密封面形式，按HG 20611） XX（規(guī)格） XX（墊片材料代號）l例如，

23、DN=200mm、PN=16.0MPa(160bar)、凹凸面法蘭用0Cr18Ni9覆蓋聚四氟乙烯墊片，其標(biāo)記為：l HG 20611 齒形墊 FMF 200-16.0 304F4l7、金屬環(huán)形墊片l標(biāo)準(zhǔn)：HG20612公制（歐洲體系）系列、HG20633英制（美洲體系）系列。l適用范圍：HG20612，PN=6.325.0MPa；HG20633，PN=2.0（Class 150）42.0MPa(Class 2500)。l金屬環(huán)形墊片是用金屬材料加工成截面為八角形或橢圓形的實(shí)體金屬墊片，具有徑向自緊密封作用。故金屬環(huán)形墊片是靠與法蘭梯槽的內(nèi)外側(cè)面（主要是外側(cè)面）接觸，并通過壓緊而形成密封的。l八角形環(huán)形墊與法蘭槽相配