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    法蘭密封性的分析

    2016-11-26 16:50:23

    法蘭密封性的分析

    1 前言
      法蘭及其墊片、緊固件統稱為法蘭接頭。法蘭接頭是石油化工生產中使用極為普遍,涉及面非常廣泛的一種零部件。它是配管設計、管件閥門中必不可少的零件,也是設備、設備零部件(如人孔、手孔、液面計等) 中必備的構件。
      法蘭接頭在壓力容器、壓力管道中的主要功能是連接與密封,法蘭的失效不是因為強度問題,而是在螺栓載荷、墊片反力和介質壓力的合成力矩作用下,由于剛度不足而產生變形(轉角),使其對墊片的壓緊力不均勻,從而導致法蘭接頭泄漏。因此,控制法蘭剛度和變形是法蘭接頭的關鍵。由于法蘭接頭的載荷和變形涉及的因素比較復雜,長期以來只能用經驗和法蘭應力計算來間接反映,國外規范已列入了法蘭剛度計算方法,而我國容器標準和法規(GB150和容規)是以保證壓力容器安全運行為目標而制定的,壓力容器安全成為防止強度失效或脆性斷裂的代名詞。
      
    2 法蘭接頭的密封機理
      在螺栓上緊后,使墊片與兩個法蘭密封面之間產生一定的密封力,此時墊片單位面積上的密封力稱為預緊比壓,預緊比壓使墊片產生一定的變形,從而保證接觸面的密封。墊片的材質不同,預緊比壓的要求也不同。當介質壓力升起后,由于內壓的作用使墊片的壓緊力比預緊狀態有所降低。為了保證在工作狀態下的密封性能,要求此時墊片的比壓不小于m×p(p為內壓,m是與墊片材質及要求達到的密封程度有關的數值)。
       法蘭的泄漏情況用泄漏率來表示。通常氣體的泄漏率要遠大于液體的泄漏率,墊片的密封性能一般用一定壓力下氮氣的泄漏率來評價。對某種墊片而言,其泄漏率L與內壓P和預緊比壓y1的關系是y1=a+b ln(P/L)。式中a、b為墊片材料特征常數。
      
    3  法蘭接頭的性能和幾個錯誤認識
      3.1 墊片
      墊片是影響接頭密封性能*關鍵的環節,法蘭和螺栓都是圍繞保證墊片在*適當的狀態下工作而設置的,因此,提高法蘭接頭的密封性能應首先考慮墊片問題。
      長期以來,我國未把密封—泄漏率定量地作為影響壓力容器和管道安全的主要因素,對墊片材料的選用未引起重視。一些裝置在選用墊片時也同樣存在諸多誤區:
      ⑴把石棉橡膠板作為一個萬能的墊片,不考慮使用條件而廣泛采用。實際上,石棉橡膠板是將石棉纖維和不同橡膠及其它粘合劑混煉后壓制而成,是一多孔的非金屬材料,而且隨著組成的品種和配比不同,其性能變化是很大的。
      國內的石棉橡膠板標準有兩個,即GB3985-1995“石棉橡膠板”和GB539-1995“耐油石棉橡膠板”。
         
        ⑵厚墊片比薄墊片好。事實上,石棉橡膠板是一多孔的材料,墊片越厚,其滲透率越高,為了保證較高的密封性,必須施加比薄墊片更大的壓緊力,才能將其芯部泄漏率降低,因此厚墊片比薄墊片需要的壓緊力要大。對于水這樣的大分子液體來講,通過墊片芯部的泄漏率很小,厚度影響不大。通常厚墊片僅僅是法蘭直徑較大,考慮密封面波浪度或瓢曲時使用。一般其厚度依次采用0.81,0.6,3.2mm。
      墊片寬度也不是越寬越好,相反,適當窄一點能提高其密封比壓。但非金屬墊片保證一定的寬度是有必要的,一是可以控制內部泄漏,二是不致使壓緊力過大,把墊片壓潰。
      ⑶金屬纏繞墊是現在常是用的一種半金屬墊。它一般由0.2mm左右的V形金屬帶與非金屬帶(如四氟、石墨等)纏繞而成,非金屬帶一般要露頭零點幾毫米,以在兩側表面形成非金屬密封層。金屬纏繞墊的特點是強度高、彈性好、防滲漏、耐高溫。因此纏繞墊適用于中壓系統或要求較高的場合。但在使用中,有將不帶內、外環的墊片用于平面法蘭的情況,由于內、外環有定位、加固(壓緊力的作用下不致垮散)、控制壓緊力的作用,當法蘭密封面為平面時,如使用的纏繞墊不帶內、外環,極易使墊片壓潰,使密封失效。


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