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在石油化工裝置中，法蘭是管道、管件、閥門、儀表和設(shè)備等進(jìn)行連接的最重要、最常見的形式之一。這種連接雖具有拆卸方便且不用動火等優(yōu)點(diǎn)，但因由法蘭、螺栓、墊片三者協(xié)同實(shí)現(xiàn)密封，其中任一元件出現(xiàn)問題就會造成泄漏，不僅造成浪費(fèi)，而且還會污染環(huán)境，甚至造成人員傷亡及財產(chǎn)損失。因此小七今天為大家詳細(xì)講解法蘭密封的相關(guān)知識。

一，法蘭密封原理及常見形式

法蘭連接確切地說應(yīng)該是螺栓、法蘭、墊片連接，其密封是靠三者的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)的，其中墊片是實(shí)現(xiàn)密封的核心部件。

1.1 法蘭密封的原理

通過螺栓的預(yù)緊力，使墊片和法蘭密封面之間產(chǎn)生足夠的壓力，以使墊片表面產(chǎn)生的變形足以填補(bǔ)法蘭密封面的微觀不平度，達(dá)到密封的目的。

為達(dá)到上述目的所作用到墊片上的最小單位壓緊力，稱為比壓力。當(dāng)與法蘭連接的管道達(dá)到操作壓力時，因內(nèi)壓的軸向力的作用導(dǎo)致兩片法蘭有分開的趨勢，而螺栓則有伸長的趨勢，作用在墊片上的壓緊力將減少。當(dāng)作用在墊片有效截面上的壓緊力降至某一臨界值時，仍能保持密封，這時墊片上的剩余壓緊力即為墊片的有效緊固力。當(dāng)墊片上壓緊力小于有效緊固力時法蘭就會發(fā)生泄漏，甚至將墊片吹跑，因此墊片的有效緊固力必須大于管道的操作壓力。兩片法蘭密封面之間的距離，在操作狀態(tài)要比初始狀態(tài)大，這時墊片與法蘭密封面的緊密性是靠墊片的回彈力來保證的。

可以這么說，在初始密封階段，墊片的表面塑性變形填補(bǔ)法蘭密封面的微觀不平度起決定性作用；而操作狀態(tài)下法蘭的密封，墊片內(nèi)部的彈性回復(fù)起主導(dǎo)作用。

1.2 法蘭密封的常見形式

定義：管法蘭及其墊片、緊固件統(tǒng)稱為法蘭接頭。法蘭接頭是工程設(shè)計中使用極為普遍、涉及面非常廣泛的一種零部件。它是配管設(shè)計、管件閥門必不可少的零件，而且也是設(shè)備、設(shè)備零部件(如人孔、視鏡液面計等)中必備的構(gòu)件。此外，其它專業(yè)如工業(yè)爐、熱工、給排水、采暖通風(fēng)、自控等，也經(jīng)常使用法蘭接頭。

材質(zhì)：鍛鋼、WCB碳鋼、不銹鋼、316L、316、304L、304、321、鉻鉬鋼、鉻鉬釩鋼、鉬二鈦、襯膠、襯氟材質(zhì)。

品種：平焊法蘭、帶頸法蘭、對焊法蘭、環(huán)連接法蘭、承插法蘭、及盲板等。

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)有GB系列(國家標(biāo)準(zhǔn))、JB系列(機(jī)械部)、HG系列(化工部)、ASME B16.5（美標(biāo)）、BS4504（英標(biāo)）、DIN（德標(biāo)）、JIS（日標(biāo)）。

法蘭密封有如下常見的形式：

平面法蘭

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。缺點(diǎn)：是接觸面積大，需要的預(yù)緊比壓大，螺栓承載大，故法蘭等零件要求高、笨重，墊片易擠出，密封性能較差。使用壓力P≤2.5Mpa，有毒、易燃、易爆介質(zhì)中不能使用。

凹凸面法蘭

優(yōu)點(diǎn)：便于對中，能防墊片擠出，較少受到介質(zhì)的沖刷和腐蝕。適用于壓力較高的場合。缺點(diǎn)：不便于墊片的更換。

榫槽面法蘭

優(yōu)點(diǎn)：由榫面、槽面配合構(gòu)成，墊片安放在槽內(nèi)日標(biāo)法蘭q341f.com/' target='_blank'>球閥結(jié)構(gòu)尺寸，不會被擠出壓緊面，較少受到介質(zhì)的沖刷和腐蝕。由于密封面較窄，所需螺栓力較小，適用于壓力更高、密封要求嚴(yán)格的場合，如易燃、易爆和高度或極度危害毒性介質(zhì)等重要場合。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，墊片易被擠壓在槽內(nèi)不易清除，更換墊片較難。另外還要注意的是，榫面法蘭在運(yùn)輸中要加以保護(hù)，避免碰撞變形。

環(huán)連接面法蘭

優(yōu)點(diǎn)：環(huán)連接面主要用在帶頸對焊法蘭和整體法蘭上，密封性能好，安裝要求一般，使用于高溫高壓工況中。缺點(diǎn)：密封面的加工精度極高。

1.3 影響法蘭密封的常見因素

法蘭密封的泄露主要是密封面間的泄露。由墊片毛細(xì)管作用而發(fā)生滲漏的可能性很小。墊片靠外力壓緊后，墊片本身產(chǎn)生的彈性變形和塑性變形，填滿密封面上微小的凹凸不平的間隙，使介質(zhì)通過密封面的阻力大于密封面兩側(cè)的壓差時，即達(dá)到密封。但是受到外界條件影響時，密封受到破壞，從而產(chǎn)生泄露。影響密封的因素主要有以下幾個方面：

（1）操作條件的影響。操作條件即是壓力，溫度，介質(zhì)的物化性質(zhì)。石油化工廠中，低壓法蘭較多，往往單純的壓力或者介質(zhì)因素對法蘭泄露的影響并不是主要的。只有和溫度聯(lián)合作用時，問題才顯得嚴(yán)重。當(dāng)溫度反復(fù)變化時，密封失效的可能性更大。

（2）設(shè)計參數(shù)中墊片系數(shù)和壓緊比的影響。我國目前選用兩者參數(shù)是通過查表《鋼制壓力容器》，但是墊片系數(shù)和壓緊比，即使是同一材料，兩者系數(shù)也還跟墊片寬度，預(yù)緊壓力，介質(zhì)性能，法蘭密封面寬度和粗糙度等因素有關(guān)，所以，兩系數(shù)究竟取多少，目前尚沒有權(quán)威性的規(guī)范可以選用。

（3）螺栓預(yù)緊力的影響。提高螺栓預(yù)緊力，可以增大墊片的密封性能，但過大的螺栓與精靈，會是墊片失去彈性，甚至把墊片壓壞或者基礎(chǔ)，不能保證其在工作狀態(tài)下有足夠的彈性。

（4）墊片性能的影響。墊片變形包括彈性變形和塑性變形。墊片材料是影響墊片性能的主要因素，因此墊片的好壞會影響到法蘭的密封。

（5）法蘭剛度的影響。法蘭剛度不足會產(chǎn)生過大的翹曲變形，往往是導(dǎo)致密封失效的原因之一。

（6）密封面的影響。法蘭密封面的形狀和粗糙度應(yīng)與墊片相配合。密封面的平直度和密封面與法蘭軸線的垂直度是保證墊片均勻壓緊的前提，因此在設(shè)計、安裝時必須考慮管線熱膨脹造成的推理或偏心力的影響。否則就會容易造成法蘭密封不嚴(yán)，引起泄露。

1.4 法蘭的泄漏

法蘭的泄漏一般有兩種途徑：第1種是墊片本身的滲透作用。第2種是墊片與法蘭密封面間隙的泄漏。

由于新型密封材料的不斷出現(xiàn)，第一種泄漏已基本能解決。日常發(fā)生的絕大多數(shù)都是第二種泄漏。在某一特定操作條件下，法蘭連接所能達(dá)到的泄漏率低于某一特定的指標(biāo)泄漏率;或在規(guī)定的泄漏條件下，法蘭連接能夠承受特定的操作條件，滿足這個指標(biāo)泄漏率或特定操作條件的法蘭連接即視為不泄漏，或緊密的，反之則視為會泄漏，或者說是不緊密的。

法蘭及螺栓的影響法蘭在實(shí)際工況中受力狀況很復(fù)雜，螺栓、墊片、內(nèi)壓都直接對法蘭產(chǎn)生作用力，這些力可能會導(dǎo)致法蘭的不規(guī)則變形。這些作用力從強(qiáng)度方面講是沒有問題的，但變形可能會導(dǎo)致法蘭泄漏。因此，在法蘭設(shè)計時不僅要滿足強(qiáng)度要求，還要滿足法蘭不泄漏所要求的最小變形，即按剛度理論進(jìn)行設(shè)計。

眾所周知，擰緊螺栓能提高密封效果，減少泄漏率，但因受法蘭和螺栓自身的強(qiáng)度和剛度限制，這種方法到達(dá)一定程度后無效。螺栓安裝程序不當(dāng)也會產(chǎn)生泄漏，正確的螺栓上緊順序(十字交叉等距對稱)對保證法蘭連接點(diǎn)的密封和縮短上緊操作時間是極為重要的。

二，法蘭密封墊片

法蘭墊片一般分為金屬墊片和非金屬墊片。

非金屬墊片用石棉、橡膠、合成樹脂等非金屬制成的墊片。

1，石墨墊片

由純石墨板或金屬（齒板、平板、網(wǎng)）增強(qiáng)石墨板切割或沖壓而成，具有眾多卓越的密封性能，如：熱穩(wěn)定、自潤滑、耐腐蝕、不老化、不發(fā)脆等，在苛刻的工況條件能長期穩(wěn)定的使用，極少需要維護(hù)。內(nèi)襯材料可選不同金屬薄板。型式可選無包邊，內(nèi)包邊，外包邊，內(nèi)外包邊。石墨切割墊片是從純石墨板打孔或切割而成的，它具有良好的防腐蝕性，耐高/低溫，良好的壓縮回彈性和高強(qiáng)度性，各種各樣的圓型的復(fù)雜的幾何墊片被廣泛用于管道、閥門、泵、壓力容器、熱交換器、冷凝器、發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)、排氣管、制冷機(jī)等。

2，金屬纏繞墊片

金屬纏繞墊片采用優(yōu)質(zhì)SUS304、SUS316（“V”形或“W”形) 金屬帶及其它合金材料與石墨、石棉、聚四氟乙烯、無石棉等軟性材料相互交替重迭螺旋纏繞而成，在開始及末端用點(diǎn)焊方式將金屬帶固定。金屬纏繞墊片為半金屬密合墊中回彈性最佳的墊片，金屬纏繞墊片結(jié)構(gòu)密度可依據(jù)不同的鎖緊力要求來制作，并利用內(nèi)外鋼環(huán)來控制其最大壓緊度，纏繞墊片接觸的法蘭密封面的表面精度要求不高。金屬纏繞墊片特別適用于負(fù)荷不均勻、接合力易松弛日標(biāo)法蘭球閥結(jié)構(gòu)尺寸，溫度與壓力周期性變化、有沖擊或震動的場合。纏繞墊片是閥門、泵、換熱器、塔、人孔、手孔等法蘭連接處理想的靜密封原件

纏繞墊片應(yīng)用范圍：石油、化工、冶金、電力、船舶、機(jī)械等行業(yè)的管道、閥門、壓力容器、冷凝器、換熱器、塔、人孔、手孔等法蘭連接處密封。

纏繞片墊片分四種形式：基本型纏繞墊片、帶內(nèi)環(huán)型纏繞墊片、帶外環(huán)型纏繞墊片、帶內(nèi)外環(huán)型纏繞墊片。

3，金屬包覆墊片

金屬包覆墊片系指內(nèi)部用非金屬材料(柔性石墨聚四氟乙烯、石棉橡膠板、陶瓷纖維）等，外部用特定的冷作工藝包覆金屬薄板的復(fù)合型墊片，按墊片截面通常分為平面型包覆及波紋型包覆兩種，是最傳統(tǒng)的一種密合墊片，適用于熱交換器、壓力容器、泵、閥及法蘭面密封。但回彈力有限，需要求法蘭表面平坦及緊固力很高才能達(dá)到良好效果。根據(jù)不同材料可以組合成304不銹鋼包石棉包覆墊片，不銹鋼包石墨包覆墊片等多種形式。

包覆墊片材質(zhì)：馬口鐵、不銹鋼304、316、銅、鋁等

包覆墊片填充料：石棉、柔性石墨、聚四氟乙烯、無石棉、陶瓷纖維等。

包覆墊片主要用途：適用于直徑較大的壓力容器(如換熱器、反應(yīng)器等)法蘭的密封。

各種介質(zhì)的機(jī)泵、管閥、管道及各類設(shè)備的法蘭等密封。適用于中、低壓工況。適用于中、低壓工況。

4，齒形組合墊片

齒形墊片是一種金屬軟墊片，密封效果優(yōu)于金屬平墊，一般用精密的車床在金屬不銹鋼平墊片的二面加工成同心的90度夾角波形的鋸齒狀溝槽，根據(jù)不同的介質(zhì)，可選擇柔性石墨、PTFE、無石棉板或其它一些軟金屬，粘貼在墊片的二面，利用軟性覆蓋層的密封性以及金屬的強(qiáng)度、彈性好的優(yōu)點(diǎn)，還兼有迷宮密封作用，故達(dá)到同樣的密封效果，墊片壓緊力較小。齒形組合墊片也可不帶覆蓋密封層直接使用，也能達(dá)到良好的密封效果，但在高壓場合中容易對法蘭的表面造成損失。齒形組合墊片主要應(yīng)用于中、高壓力和高溫的壓力容器和管道法蘭的密封。

5,波形復(fù)合墊片

波齒復(fù)合墊片通過模壓、滾壓或車削等工藝把金屬平環(huán)加工成同心的波形圈，表面粘貼膨脹石墨或四氟等非金屬，是針對那些對墊片回彈要求較高的地方，波形墊片具有極好的熱傳導(dǎo)性，能滿足高溫、高壓及易腐蝕的場合，尺寸任意，金屬材質(zhì)可選。波齒復(fù)合墊片基本屬于線接觸密封墊片，由波紋提供機(jī)械支撐，其回彈性能根據(jù)采用的形式、金屬厚度、波紋間距及波紋高度來決定一般在波齒墊片二面粘貼石墨層，可用于不太平整的密封面。此產(chǎn)品在一般應(yīng)用場合可再生使用，相當(dāng)經(jīng)濟(jì)有效?？芍苯哟胬p繞墊片及包覆型墊片使用。適用于高溫高壓場合如壓力容器、換熱器、閥門、管道等法蘭聯(lián)接的密封件。

6，四氟墊片

聚四氟乙烯墊片國外又叫PTFE墊片或Teflon（鐵氟龍）墊片由聚四氟乙烯棒、管、板經(jīng)機(jī)械車削或裁切而成的平墊片、V形墊片、活塞環(huán)、球閥墊圈等具有耐腐蝕、抗老化和不導(dǎo)電等良好特性。 聚四氟乙烯pH值0-14(熔融的堿金屬和高溫、高壓下的氟除外)。其在-100℃～100℃之間能 夠具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。壓力10Mpa。

注意：在溫度低于-185℃時。聚四氟乙烯墊片會變脆。純聚四氟乙烯墊片是一種潔凈的密封產(chǎn)品，不會對其所接觸的任何物質(zhì)形成污染，可以廣泛地用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)中。

7，石棉橡膠墊片

石棉橡膠墊片以石棉纖維、橡膠為主要原料再輔以橡膠配合劑和填充料，經(jīng)過混合攪拌、熱輥成型、硫化等工序制成。石棉橡膠墊片根據(jù)其配方、工藝性能及用途的不同，可分為普通石棉橡膠墊片和耐油石棉橡膠墊片。根據(jù)使用的溫度和壓力不同可以分為低壓石棉橡膠墊片，中壓石棉橡膠墊片和高壓石棉橡膠墊片。適用于水、水蒸氣、油類、溶劑、中等酸、堿的密封，石棉墊片主要應(yīng)用在中、低壓法蘭連接的密封中。

8，金屬橢圓墊及八角墊

金屬橢圓墊片及金屬八角墊由鍛造及熱處理和機(jī)械加工制成，是一種應(yīng)用于油及氣體的管法蘭，壓力容器，高速接合面，高溫高壓閥蓋等的金屬密封墊片，尤其壓力、溫度有波動的場合，仍能保持較好的密封性。

9，金屬平墊片

壓力

20MPa

溫度

-200～650℃

適用介質(zhì)

酸堿類、蒸汽類

PH值

0-14

10，彈簧蓄能密封圈

墊片的安裝

保證系統(tǒng)的密封除了要有好的密封材料外，還要按照以下正確的安裝方式：

1、墊片必須安放在法蘭的正中心，在突面法蘭上尤為重要；

2、保證密封面的平整度和加工精度；

3、必須均勻?qū)ΨQ的緊固連接螺栓；

4、必須使用彈簧墊圈以保證負(fù)荷均勻，緊固螺栓時使用扭力矩扳手；

5、在系統(tǒng)運(yùn)行一天后，檢查和重新校正連接螺栓的扭矩；

6、為保證墊片使用壽命，請不要使用液體或金屬基體的防粘劑或潤滑劑。

墊片選用參考

溫 度 壓 力

材 質(zhì)

密 封 形 式

密 封 特 性

備 注

溫度≤80℃

耐中低壓

中壓石棉板材

耐油石棉板材

芳綸無石棉板材

平 墊 片

管配法蘭接口，水，氣體，油，酸堿稀液

石棉材料已趨于淘汰，不建議使用

橡 膠

平墊片內(nèi)加骨架

受壓增加，鋼柔相濟(jì)

液壓傳動密封，耐壓耐摩損部位可用聚胺脂產(chǎn)品

平墊片外包

聚四氟乙烯

耐中低壓力條件下強(qiáng)腐蝕介質(zhì)

溫度≤120℃- 260℃

耐中高壓

丁 晴 橡 膠

內(nèi)外骨架油封，各種V、U、Y型O型圈，承受高壓力處夾布橡膠產(chǎn)品

液壓傳動密封，各種油類或管閥接口密封

尚有其他特殊膠種如:三元乙丙，氯丁，氯醇丁基，丁苯等供特殊工況條件選用

硅 橡 膠

液壓傳動密封，高溫氣體，食品醫(yī)療專用

氟 橡 膠

液壓傳動密封，苛刻的酸堿環(huán)境

石棉纖維，橡膠，銅絲

盤 根

泵閥密封

250℃ 60kgf/cm

550℃ 200kgf/cm

石 棉 纖 維

250℃ 60kgf/cm

450℃ 150kgf/cm

芳綸纖維(無石棉)

耐腐蝕，耐摩損

石棉纖維外浸F4及硅油盤根為芳綸F4盤根的經(jīng)濟(jì)替代型

聚四氟乙烯

盤 根

耐腐蝕，耐線速(GFO)

填充改性填料

各類動靜密封及機(jī)配件

平 墊 片

管配法蘭接口，絕緣，防老化，適用各種氣體強(qiáng)酸堿液體密封

鋼骨架外復(fù)石墨

平 墊 片

管配法蘭接口替代石棉平墊片升級換代產(chǎn)品

不銹鋼F4纏繞

基本型及帶內(nèi)外環(huán)

管配法蘭接口，適用強(qiáng)腐蝕介質(zhì)

高溫高壓

華爾卡板材(石棉，無石棉)

平墊片，3000以內(nèi)超大規(guī)格

耐腐蝕550℃ 60kgf/cm管配法蘭接口, 適用介質(zhì)廣泛

不銹鋼石墨纏繞

基本型及帶內(nèi)外環(huán)

適用各種介質(zhì)

柔 性 石 墨

填 料 環(huán)

泵，閥，桿，軸密封

石墨加鎳絲編織

盤 根

泵,閥,桿,軸密封：≤600℃ 150kgf/cm

碳纖維編織

盤 根

低碳 280℃ 150kgf/cm

高碳 600℃ 300kgf/cm

碳纖維樹脂

熱壓機(jī)制成型

柱塞閥密封≤600℃ 200~600kgf/cm

石 墨 樹 脂

熱壓機(jī)制成型

各類動靜密封及機(jī)配件

各種金屬

不 銹 鋼

平墊片,齒型墊片，（以及復(fù)合石墨），八角，橢圓，透鏡墊片

耐壓性能優(yōu)良

碳 鋼

紫 銅

純 鋁

純 鈦

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