一級(jí)造價(jià)工程師

三、法蘭

法蘭連接是由法蘭、墊片及螺栓螺母連接組成。是一種可拆連接，可用于管道與閥門、管道與管道、管道與設(shè)備的連接。采用法蘭連接既有安裝拆卸的靈活性，又有可靠的密封性、較高的強(qiáng)度，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可多次重復(fù)拆卸，應(yīng)用較廣。

(一)法蘭種類

1.接連接方式分類

法蘭按照連接方式可分為整體法蘭、平焊法蘭、對(duì)焊法蘭、松套法蘭和螺紋法蘭。

(1)整體法蘭。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)備制成一體，作為設(shè)備的一部分。

(2)平焊法蘭。又稱搭焊法蘭。平焊法蘭與管子固定時(shí)，是將管道端部插至法蘭承口底或法蘭內(nèi)口，且低于法蘭內(nèi)平面，焊接法蘭外口或里口和外口，使法蘭與管道連接。其優(yōu)點(diǎn)在于焊接裝配時(shí)較易對(duì)中，且價(jià)格便宜，因而得到了廣泛的應(yīng)用。平焊法蘭只適用于壓力等級(jí)比較低，壓力波動(dòng)、振動(dòng)及震蕩均不嚴(yán)重的管道系統(tǒng)中。

(3)對(duì)焊法蘭。又稱為高頸法蘭。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(duì)焊法蘭主要用于工況比較苛刻的場合(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)的場合以及壓力、溫度大幅度波動(dòng)的管道和高溫、高壓及零下低溫的管道。

(4)松套法蘭。俗稱活套法蘭，分為焊環(huán)活套法蘭、翻邊活套法蘭和對(duì)焊活套法蘭，多用于銅、鋁等有色金屬及不銹鋼管道上。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(duì)中螺栓孔，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(法蘭的材料多為Q235、Q255碳素鋼)。因此比較適合于輸送腐蝕性介質(zhì)的管道。但松套法蘭耐壓不高，一般僅適用于低壓管道的連接。

(5)螺紋法蘭。螺紋法蘭是將法蘭的內(nèi)孔加工成管螺紋，并和帶外螺紋的管子配合實(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。但在溫度高于260℃和低于45℃的條件下，建議不使用螺紋法蘭，以免發(fā)生泄漏。

2.按密封面形式分類

法蘭的密封面主要根據(jù)工藝條件、密封口徑以及墊片等進(jìn)行選擇。

(1)容器法蘭的密封面形式有平面、凹凸面、榫槽面等，其中以凹凸面、榫槽面最為常用。

(2)管法蘭密封面形式有全平面、突面、凹凸面、榫槽面、O型圈面和環(huán)連接面六種。

(二)墊片

墊片按材質(zhì)可分為非金屬墊片、半金屬墊片和金屬墊片三大類，用于管道之間的密封連接、機(jī)器設(shè)備的機(jī)件與機(jī)件之間的密封連接。

1.非金屬墊片

非金屬墊片質(zhì)地柔軟、耐腐蝕、價(jià)格便宜，但耐溫和耐壓性能差，多用于常溫和中溫的中低壓容器或管道的法蘭密封。非金屬墊片包括橡膠墊、石棉墊、石棉橡膠墊、柔性石墨墊和塑料墊片等。

(1)橡膠墊片。制作橡膠墊片的主要原料有天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠等。橡膠具有組織致密質(zhì)地柔軟，回彈性好，容易剪切成各種形狀且便宜、易購等特點(diǎn)。但它不耐高壓，容易在礦物油中溶解和膨脹且不耐腐蝕，在高溫下容易老化失去回彈性。常用于輸送低壓水、酸和堿等介質(zhì)的管道法蘭連接。

(2)石棉墊片。石棉耐熱、耐堿性好、抗拉強(qiáng)度高、耐酸性能較差，石棉墊片正常使用溫度在550°C以下。直徑較大的低壓容器可以使用石棉帶或石棉繩，酸、堿溶劑等介質(zhì)也可以使用此類墊片。

(3)石棉橡膠墊片。石棉橡膠墊片由石棉、橡膠和填料壓制而成。一般石棉纖維占60%?85%。根據(jù)其加工工藝、性能及用途不同，有高壓石棉橡膠板、中低壓石棉橡膠板和耐油石棉橡膠板。石棉橡膠板有適宜的強(qiáng)度、彈性、柔軟性等性質(zhì)，用它制作墊片既便宜又方便，在化工企業(yè)中得到推廣和應(yīng)用。

(4)柔性石墨墊片。柔性石墨是一種新穎的密封材料，良好的回彈性、柔軟性、耐溫性，在化工企業(yè)中得到迅速的推廣和應(yīng)用。

(5)塑料墊片。適用于輸送各種腐蝕性較強(qiáng)的管道的法蘭連接。常用的塑料墊片有聚氯乙烯墊片、聚四氟乙烯墊片和聚乙烯墊片等。聚四氟乙烯墊片包括純聚四氟乙烯、填充聚四氟乙烯或膨脹聚四氟乙烯等，聚四氟乙烯耐化學(xué)性、耐熱性、耐寒性、耐油性優(yōu)越于現(xiàn)在任何塑料而有“塑料之王”之稱。它不易老化、不燃燒、吸水性近乎為零。聚四氟乙烯墊片用于接觸面可以做到平整光滑，對(duì)金屬法蘭不粘接。除受熔融堿金屬以及含氟元素氣體侵蝕外，它能耐多種酸、堿、鹽、油脂類溶液介質(zhì)的腐蝕。其使用溫度一般小于 200°C，不能用于壓力較高的場合。

2.半金屬墊片

半金屬墊片又稱金屬復(fù)合墊片。非金屬材料具有很好的柔軟性、壓縮性和螺栓載荷能力低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在強(qiáng)度不高、回彈性差、不適合高壓高溫場合缺點(diǎn)。而金屬材料具有強(qiáng)度高、回彈性好，經(jīng)受得起髙溫的特點(diǎn)。將兩者組合形成的墊片，即為半金屬墊片。半金屬墊片主要有金屬包覆墊片、金屬纏繞墊片、金屬波紋復(fù)合墊片、金屬齒形復(fù)合墊片等。

(1)金屬復(fù)合墊片。該墊片以非金屬為材芯，外包厚度為0.25?0.5mm的金屬薄板。按包覆狀態(tài)可分為全包覆、半包覆、波形包覆和雙層包覆等。

金屬薄板根據(jù)材料的彈塑性、耐熱性、耐蝕性取材，主要有銅、鍍鋅鐵皮、不鎊鋼等。作為金屬包墊的芯材，耐熱性是主要考核指標(biāo)。一般采用石棉板或低橡膠石棉板、耐高溫性能好的碳纖維或瓷制纖維及柔性石墨板。

金屬包覆墊能制成各種型號(hào)的墊片，可以滿足各種熱交換器管箱和非圓形壓力容器密封的需要，而其他復(fù)合墊片卻不能。

(2)金屬纏繞墊片。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(duì)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(duì)中，因而拆卸便捷。能在高溫、低壓、高真空、沖擊振動(dòng)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。在石油化工工藝管道上被廣泛采用。

3.金屬墊片

在高溫、高壓以及載荷循環(huán)頻繁等苛刻操作條件下，各種金屬材料是密封墊片的首選材料。金屬墊片常用的材料有銅、鋁、低碳鋼、不鎊鋼、鉻鎳合金鋼等。為了減少螺栓載荷和保證結(jié)構(gòu)緊湊，除了金屬平墊盡量采用窄寬度外，各種具有線接觸特征的環(huán)墊結(jié)構(gòu)墊片是其優(yōu)選的形式。

(1)平形金屬墊片。平形金屬墊片分為寬墊片和窄墊片兩種。寬墊片因預(yù)緊力要求大易引起螺栓、法蘭變形，壓力超過1.96MPa時(shí)光滑面的法蘭上很少使用。窄墊片容易預(yù)緊可在壓力6. 27?9. 8MPa的管道上使用。

(2)波形金屬墊片。波形金屬墊片的金屬板厚度一般為0.25?0.8mm。墊片厚度一 般為波長的40%?50%。適宜于光滑密封面壓力3. 34MPa的管道上使用。

(3)齒形金屬墊。齒形墊片是利用同心圓的齒形密紋與法蘭密封面相接觸，構(gòu)成多道密封環(huán)，因此密封性能較好，使用周期長。常用于凹凸式密封面法蘭的連接。缺點(diǎn)是在每次更換墊片時(shí)，都要對(duì)兩法蘭密封面進(jìn)行加工，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。另外，墊片使用后容易在法蘭密封面上留下壓痕，故一般用于較少拆卸的部位。齒形墊的材質(zhì)有普通碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼等。其密封性能比平形密封墊好，壓緊力也比平形墊片小。

(4)環(huán)形金屬墊片。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。金屬環(huán)形墊片主要應(yīng)用于環(huán)連接面型法蘭連接，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。按制造材質(zhì)分為低碳鋼、不鎊鋼、紫銅、鋁和鉛等。依據(jù)材料的不同，最高使用溫度可達(dá) 800℃。

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