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法兰连接在管道连接中普遍采用 ,广泛应用在沙钢集团输气、输油、给排水等管道上 。由于法兰密封泄漏可造成输送物料、气体的泄漏损失、污染 ,甚至造成重大火灾或人身伤亡事故 ,因此必须重视法兰密封 。本文分析了造成法兰泄漏的因素及提出了预防解决的办法 。
一、 法兰
1、 法兰密封面存在的几种形式
(1)平面型密封面 密封表面是一个光滑平面 ,通常在平面上有2-3条同心沟槽 ,拧紧螺栓时 ,垫片材料容易向内外两边挤 ,不易压紧 ,只适用于压力不高、介质无毒、非易燃易爆的场合 。
(2)凹凸型密封面 由一个凹面和一个凸面组成 ,这种密封面垫片便于对中 ,压紧时垫片不会挤出来 ,可用于压力稍高的场合 。
(3)榫槽型密封面 由一个榫面和一个槽面组成 ,垫片置于槽中 ,不会被挤压而移动 ,因垫片较窄 ,垫片压紧力相应较小 ,其缺点是结构与制造复杂 ,更换垫片也比较费事 。一般用于易燃、易爆、 有毒介质以及压力较高的场合 。
2、 对法兰密封面的要求
对法兰密封面的要求主要是表面粗糙度 。使用金属垫片的密封面 ,要求法兰表面粗糙度值要小一些;而使用软质垫片的密封面 ,表面粗糙度值过小反而不好 ,因为此时发生界面泄漏的阻力变小了 ,容易发生泄漏 。法兰表面上车削出几圈密封线(或称水线) ,也是为了防止泄漏 。
3.法兰的刚度
法兰应达到一定的刚度 ,法兰刚度不足时 ,会引起翘曲变形或波浪变形 ,导致密封失效 。
二、 垫片
1、 垫片的性能
垫片是法兰密封的重要组成部分 ,垫片的好坏直接影响密封性能 。垫片材料应当致密 ,不易浸渍介质 ,同时可耐受温度及压力波动和介质腐蚀 。要有适宜的变形回弹能力和较小的变形 ,一般回弹能力大的垫片 ,不易渗透泄漏或被腐蚀老化 。
2、 法兰与垫片的硬度差
法兰密封主要是通过垫片产生弹性或塑性变形 ,从而填满法兰面的微小凹凸不平 ,阻止界面泄漏 。所以垫片的硬度应低于法兰 ,在允许范围内 ,二者之间相差越大 ,实现密封就越容易 。
三、 螺栓预紧力
法兰密封时是通过坚固螺栓压紧垫片实现密封的 ,预紧螺栓时 ,通过法兰压紧垫片 ,使垫片产生弹性或塑性变形 ,从而填满法兰面的微小凹凸不平了实现密封 。操作时还可使垫片残留较大的密封比压 ,保持良好的密封状态 。螺栓预紧力必须均匀对称地作用于垫片上 ,预紧力过小 ,垫片没有压紧就不能止漏 ,但预紧力过大往往又会使垫片产生过大的压缩变形 ,使垫片失去回弹能力甚至破坏 。
四、 使用条件
使用条件主要是指系统的压力、温度及介质的物理和化学性质 。单纯的压力或介质因素对密封的影响并不是主要的 ,只有在与温度联合作用下 ,尤其是在波动的高温下 ,将会严重影响密封的性能 。在高温下 ,介质对垫片的溶解和腐蚀作用加剧 ,增加了泄漏的可能性 ,法兰、螺栓、垫片可能产生蠕变和应力松驰 ,使密封比压下降 ,如果温度和压力均有波动时垫片将会疲劳 ,使密封失效 。在低温下使用的密封 ,由于法兰和螺栓的冷却速度不一样 ,垫片预紧力会不均匀地降低 ,加上垫片在低温下的收缩和弹性降低 ,都会加速泄漏的产生 。这就要求使用条件要平稳 ,尽量避免压力和温度产生剧烈波动 ,在使用一段时间后再紧一次螺栓 ,这对高温和有冷热循环的使用场合尤为重要 。当然 ,影响法兰密封性能的因素还有很多 ,比如法兰表面的机械损伤或径向刻痕 ,安装时两法兰面不平行 ,管道的柔性不够及应力等 。
五、 安装
法兰表面要保持洁净 ,不允许有机械损伤和腐蚀损坏以及残留的旧垫片 。检查法兰表面粗糙度是否合适 ,法兰面的凸台是否能对准 ,两法兰面间的间隙不能太大 ,两密封平面的平行度必须满足使用垫片形式的要求 ,螺栓荷载只能用于压紧垫片 ,而不能用于拉拢法兰 。检查垫片的形式、材料、尺寸和螺栓是否符合规定的要求 。将垫片放入正确的位置 ,均匀地拧紧螺栓 ,并检查组装是否正确良好 。螺栓须对称逐渐拧紧 ,如需一定的螺栓应力 ,则应使用指针式扭力扳手 ,以获得正确的螺栓预紧力 ,在大法兰上也可用液压螺栓张力器测量螺栓的伸长量 。
垫片需要一定的压紧度的场合 ,须用塞尺检查垫片是否压紧到合适程度 。按使用情况 ,对高温和有冷热循环的使用场合 ,垫片在使用一段时间后需再紧一次 。非金属垫片必须储存于干燥凉爽的地方 ,不要直接暴露于阳光或有臭氧的地方 ,应该平放而不能挂在钩上 ,储存期超过2年须检查是否已经变质 ,储存垫片的箱盒必须标明垫片的材料、形式、尺寸、法兰的温度、压力等级等技术数据 ,以免用错 。
一、 法兰
1、 法兰密封面存在的几种形式
(1)平面型密封面 密封表面是一个光滑平面 ,通常在平面上有2-3条同心沟槽 ,拧紧螺栓时 ,垫片材料容易向内外两边挤 ,不易压紧 ,只适用于压力不高、介质无毒、非易燃易爆的场合 。
(2)凹凸型密封面 由一个凹面和一个凸面组成 ,这种密封面垫片便于对中 ,压紧时垫片不会挤出来 ,可用于压力稍高的场合 。
(3)榫槽型密封面 由一个榫面和一个槽面组成 ,垫片置于槽中 ,不会被挤压而移动 ,因垫片较窄 ,垫片压紧力相应较小 ,其缺点是结构与制造复杂 ,更换垫片也比较费事 。一般用于易燃、易爆、 有毒介质以及压力较高的场合 。
2、 对法兰密封面的要求
对法兰密封面的要求主要是表面粗糙度 。使用金属垫片的密封面 ,要求法兰表面粗糙度值要小一些;而使用软质垫片的密封面 ,表面粗糙度值过小反而不好 ,因为此时发生界面泄漏的阻力变小了 ,容易发生泄漏 。法兰表面上车削出几圈密封线(或称水线) ,也是为了防止泄漏 。
3.法兰的刚度
法兰应达到一定的刚度 ,法兰刚度不足时 ,会引起翘曲变形或波浪变形 ,导致密封失效 。
二、 垫片
1、 垫片的性能
垫片是法兰密封的重要组成部分 ,垫片的好坏直接影响密封性能 。垫片材料应当致密 ,不易浸渍介质 ,同时可耐受温度及压力波动和介质腐蚀 。要有适宜的变形回弹能力和较小的变形 ,一般回弹能力大的垫片 ,不易渗透泄漏或被腐蚀老化 。
2、 法兰与垫片的硬度差
法兰密封主要是通过垫片产生弹性或塑性变形 ,从而填满法兰面的微小凹凸不平 ,阻止界面泄漏 。所以垫片的硬度应低于法兰 ,在允许范围内 ,二者之间相差越大 ,实现密封就越容易 。
三、 螺栓预紧力
法兰密封时是通过坚固螺栓压紧垫片实现密封的 ,预紧螺栓时 ,通过法兰压紧垫片 ,使垫片产生弹性或塑性变形 ,从而填满法兰面的微小凹凸不平了实现密封 。操作时还可使垫片残留较大的密封比压 ,保持良好的密封状态 。螺栓预紧力必须均匀对称地作用于垫片上 ,预紧力过小 ,垫片没有压紧就不能止漏 ,但预紧力过大往往又会使垫片产生过大的压缩变形 ,使垫片失去回弹能力甚至破坏 。
四、 使用条件
使用条件主要是指系统的压力、温度及介质的物理和化学性质 。单纯的压力或介质因素对密封的影响并不是主要的 ,只有在与温度联合作用下 ,尤其是在波动的高温下 ,将会严重影响密封的性能 。在高温下 ,介质对垫片的溶解和腐蚀作用加剧 ,增加了泄漏的可能性 ,法兰、螺栓、垫片可能产生蠕变和应力松驰 ,使密封比压下降 ,如果温度和压力均有波动时垫片将会疲劳 ,使密封失效 。在低温下使用的密封 ,由于法兰和螺栓的冷却速度不一样 ,垫片预紧力会不均匀地降低 ,加上垫片在低温下的收缩和弹性降低 ,都会加速泄漏的产生 。这就要求使用条件要平稳 ,尽量避免压力和温度产生剧烈波动 ,在使用一段时间后再紧一次螺栓 ,这对高温和有冷热循环的使用场合尤为重要 。当然 ,影响法兰密封性能的因素还有很多 ,比如法兰表面的机械损伤或径向刻痕 ,安装时两法兰面不平行 ,管道的柔性不够及应力等 。
五、 安装
法兰表面要保持洁净 ,不允许有机械损伤和腐蚀损坏以及残留的旧垫片 。检查法兰表面粗糙度是否合适 ,法兰面的凸台是否能对准 ,两法兰面间的间隙不能太大 ,两密封平面的平行度必须满足使用垫片形式的要求 ,螺栓荷载只能用于压紧垫片 ,而不能用于拉拢法兰 。检查垫片的形式、材料、尺寸和螺栓是否符合规定的要求 。将垫片放入正确的位置 ,均匀地拧紧螺栓 ,并检查组装是否正确良好 。螺栓须对称逐渐拧紧 ,如需一定的螺栓应力 ,则应使用指针式扭力扳手 ,以获得正确的螺栓预紧力 ,在大法兰上也可用液压螺栓张力器测量螺栓的伸长量 。
垫片需要一定的压紧度的场合 ,须用塞尺检查垫片是否压紧到合适程度 。按使用情况 ,对高温和有冷热循环的使用场合 ,垫片在使用一段时间后需再紧一次 。非金属垫片必须储存于干燥凉爽的地方 ,不要直接暴露于阳光或有臭氧的地方 ,应该平放而不能挂在钩上 ,储存期超过2年须检查是否已经变质 ,储存垫片的箱盒必须标明垫片的材料、形式、尺寸、法兰的温度、压力等级等技术数据 ,以免用错 。
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