1、2023-7-25化工机械设备基础第九章法兰连接化工机械设备基础化工机械设备基础-第九第九章法兰连接章法兰连接化工机械设备基础第九章法兰连接 一、概述一、概述 为了安全，可拆连接必须满足下列基本要求：为了安全，可拆连接必须满足下列基本要求：(1)足够的刚度足够的刚度。连接件之间具有必须的密封压连接件之间具有必须的密封压紧力，以保证在操作过程中介质不会泄漏；紧力，以保证在操作过程中介质不会泄漏；(2)足够的强度足够的强度。不削弱整个结构的强度；不削弱整个结构的强度；(3)耐腐蚀耐腐蚀，在一定的温度范围内能正常工作，在一定的温度范围内能正常工作，能迅速并多次地拆开和装配；能迅速并多次地拆开和装配；
2、(4)成本低廉成本低廉，适合于大批量地制造。，适合于大批量地制造。化工机械设备基础第九章法兰连接法兰剖面图法兰剖面图 密封面密封面化工机械设备基础第九章法兰连接法兰盘法兰盘 据统计据统计,一座年产一座年产250万吨的炼油厂万吨的炼油厂,法兰连接的数量达法兰连接的数量达20万万个以上个以上化工机械设备基础第九章法兰连接压力容器法兰压力容器法兰筒体与封头、筒体与筒体或封头与管板筒体与封头、筒体与筒体或封头与管板之间连接的法兰之间连接的法兰管法兰管法兰管道与管道之间连接的法兰管道与管道之间连接的法兰二、法兰连接结构与密封原理二、法兰连接结构与密封原理1法兰；法兰；2垫片垫片3 螺栓、螺母螺栓、螺母化
3、工机械设备基础第九章法兰连接平面型平面型凸凹面型凸凹面型榫槽型榫槽型法兰连接型式法兰连接型式化工机械设备基础第九章法兰连接法兰受力法兰受力螺栓作用给法兰的预紧力螺栓作用给法兰的预紧力垫圈作用力垫圈作用力轴向介质作用力轴向介质作用力化工机械设备基础第九章法兰连接高颈法兰中的应力高颈法兰中的应力径向弯曲应力径向弯曲应力环向弯曲应力环向弯曲应力轴向弯曲应力轴向弯曲应力化工机械设备基础第九章法兰连接渗透泄漏渗透泄漏流体通过垫流体通过垫片材料本体毛细管的泄漏。片材料本体毛细管的泄漏。主要与垫片的结构和材质主要与垫片的结构和材质有关；有关；界面泄漏界面泄漏流体沿着垫流体沿着垫片与法兰接触面之间的泄片与法兰
4、接触面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关。面间隙尺寸有关。法法 兰兰 管管 板板 化工机械设备基础第九章法兰连接 1密封垫片是整个法兰联接的基础。密封垫片是整个法兰联接的基础。2增加与法兰盘联接处容器厚度，不但会减小法兰加给器增加与法兰盘联接处容器厚度，不但会减小法兰加给器壁的弯曲应力，面且增厚的器壁会增大法兰的刚度。壁的弯曲应力，面且增厚的器壁会增大法兰的刚度。3对法兰颈部主要作用的应力是弯曲应力，而弯曲应力的对法兰颈部主要作用的应力是弯曲应力，而弯曲应力的大小是与受弯构件的厚度平方成反比，所以决定法兰强度大大小是与受弯构件的厚度平方成反比，所以决定法兰强度大
5、小的关健尺寸是法兰盘的厚度。小的关健尺寸是法兰盘的厚度。4法兰受力矩的大小与法兰栓孔中心圆和垫片中径之间的法兰受力矩的大小与法兰栓孔中心圆和垫片中径之间的距离有关，此距离越小，法兰力矩越小。适当确定螺栓直径距离有关，此距离越小，法兰力矩越小。适当确定螺栓直径大小与数目大小与数目力学分析结论力学分析结论化工机械设备基础第九章法兰连接三、法兰的结构与分类三、法兰的结构与分类法兰分类有多种方式：法兰分类有多种方式：按加工方式分、按产品材料材质分、按生产标准分、按连按加工方式分、按产品材料材质分、按生产标准分、按连接方式分、按产品规格分类等。具体情况具体分类。接方式分、按产品规格分类等。具体情况具体分
6、类。法兰材质有：法兰材质有：20#、A105、Q235A、12Cr1MoV、16MnR、15CrMo、18-8、321、304、304L、316、316L等。等。法法 兰兰 盘盘 化工机械设备基础第九章法兰连接(1)窄面法兰窄面法兰1、按接触面、按接触面(2)宽面法兰宽面法兰化工机械设备基础第九章法兰连接2、按其整体性程度、按其整体性程度(1)松式法兰松式法兰（2）整体法兰）整体法兰(3)任意式法兰任意式法兰锻、铸、全焊透锻、铸、全焊透的平焊法兰的平焊法兰活套法兰、螺纹活套法兰、螺纹法兰、搭接法兰法兰、搭接法兰化工机械设备基础第九章法兰连接3按法兰的形状按法兰的形状KF快卸法兰快卸法兰板式平焊
7、法兰板式平焊法兰(PL)带颈平焊法兰带颈平焊法兰(SO)化工机械设备基础第九章法兰连接四、影响法兰密封的因素四、影响法兰密封的因素1螺栓预紧力螺栓预紧力 主要有：螺栓预紧力；密封面型式；垫片性能；法兰刚主要有：螺栓预紧力；密封面型式；垫片性能；法兰刚度；操作条件。度；操作条件。预紧力不能过大，否则将会使垫片被压坏或挤出。预紧力不能过大，否则将会使垫片被压坏或挤出。必须使预紧力均匀地作用于垫片。因此，当密封所需要必须使预紧力均匀地作用于垫片。因此，当密封所需要的预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径的办法的预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径的办法对密封是有利的。对密封是有利的。化
8、工机械设备基础第九章法兰连接2压紧面压紧面(密封面密封面)化工机械设备基础第九章法兰连接 全平面密封面全平面密封面：常与平焊型式配合以适用于操作条件比较缓和的：常与平焊型式配合以适用于操作条件比较缓和的(PNg1.0)工况下；常用于铸铁法兰或与铸铁连接的钢法兰；工况下；常用于铸铁法兰或与铸铁连接的钢法兰；凸台面密封面凸台面密封面：是应用最广的一种型式，它常与对焊和承插焊型式：是应用最广的一种型式，它常与对焊和承插焊型式配合使用，在配合使用，在美式法兰美式法兰中，常用在中，常用在PN2.0、PN5.0和部分和部分PN10.0MPa压压力等级中；在力等级中；在欧式法兰欧式法兰中则常用在中则常用在P
9、N1.6、PN2.5MPa压力等级；压力等级；凹凸面密封面凹凸面密封面：常与对焊和承插型式配合使用，在：常与对焊和承插型式配合使用，在美式法兰中不常美式法兰中不常采用，在采用，在欧式法兰欧式法兰中常用在中常用在PN4.0、PN6.4MPa等级中。但它不便于垫等级中。但它不便于垫片的更换；片的更换；榫槽面密封面榫槽面密封面：使用情况同凹凸面法兰；：使用情况同凹凸面法兰；环槽面密封面环槽面密封面：常与对焊连接型式配合：常与对焊连接型式配合(不与承插焊配合不与承插焊配合)使用，主要使用，主要用在高温、高压或二者均较高的工况。在用在高温、高压或二者均较高的工况。在美式法兰美式法兰中，常用在中，常用在P
10、N10.0(部分部分)、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPa压力等级中。在压力等级中。在欧式法欧式法兰兰中常用在中常用在PNl0.0、PN16.0、PN25.0、PN32.0、PN4200。化工机械设备基础第九章法兰连接化工机械设备基础第九章法兰连接3、垫片、垫片 垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变形和回弹垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变形和回弹能力是形成密封的必要条件。能力是形成密封的必要条件。最常用的垫片可分为非金属、金属、非金属与金属混合最常用的垫片可分为非金属、金属、非金属与金属混合制的垫片。制的垫片。化工机械设备基础第九章法兰连接垫片材料的选用垫片材料的选用 化工
11、机械设备基础第九章法兰连接法兰、垫片、螺栓、螺母匹配表（部分）法兰、垫片、螺栓、螺母匹配表（部分）化工机械设备基础第九章法兰连接4法兰刚度法兰刚度提高法兰的刚度途径：提高法兰的刚度途径：增加厚度、减小力臂、增大法兰盘外径增加厚度、减小力臂、增大法兰盘外径法兰变形法兰变形化工机械设备基础第九章法兰连接国标国标GB/T9115-2000机械部标准机械部标准JB82-94化工部标准化工部标准HGJ5053-91 HG20595-97HG20617-97 电力部标准电力部标准GD05080509美国标准美国标准ASME/ANSI B16.5日标日标JIS/KS（5K,10K,16K,20K）德标德标D
12、IN。五、法兰标准及选用五、法兰标准及选用压力容器法兰标准压力容器法兰标准管法兰标准管法兰标准化工机械设备基础第九章法兰连接化工部标准化工部标准化工机械设备基础第九章法兰连接化工机械设备基础第九章法兰连接化工机械设备基础第九章法兰连接化工机械设备基础第九章法兰连接化工机械设备基础第九章法兰连接1、法兰的公称直径、法兰的公称直径化工机械设备基础第九章法兰连接化工机械设备基础第九章法兰连接2、法兰的公称压力、法兰的公称压力 0.25-6.4MPa，7种种3、压力容器法兰的最大允许工作压力、压力容器法兰的最大允许工作压力 实际生产中使用的法兰都是实际生产中使用的法兰都是16MnR制造的，操作温度制造
13、的，操作温度200；允许最大工作压力等于该法兰的设计压力允许最大工作压力等于该法兰的设计压力(公称压力公称压力)。化工机械设备基础第九章法兰连接化工机械设备基础第九章法兰连接 4容器法兰尺寸的确定容器法兰尺寸的确定按以下步骤进行：按以下步骤进行：(1)容器的公称直径容器的公称直径(即其内径即其内径)DN和设计压力参照表和设计压力参照表10-l初步确定法兰结构类型；初步确定法兰结构类型；(2)据容器的设计压力、设计温度及准备采用的法兰材据容器的设计压力、设计温度及准备采用的法兰材料，按表料，按表10-9或表或表10-10确定所选法兰的公称压力确定所选法兰的公称压力PN；(3)据确定的法兰的据确定
14、的法兰的PN和和DN返回查看表返回查看表10-1，验证原，验证原来据设计压力所初步确定的法兰类型是否包含有巳确定来据设计压力所初步确定的法兰类型是否包含有巳确定PN与与DN。(4)据根所确定的据根所确定的PN和和DN，从表，从表10-2至表至表10-8中选出中选出相应的尺寸表，即可确定所选法兰尺寸。相应的尺寸表，即可确定所选法兰尺寸。化工机械设备基础第九章法兰连接 例例9-1：为一台精馏塔配一对联接塔身与封头的法兰。塔的：为一台精馏塔配一对联接塔身与封头的法兰。塔的内径是内径是1000mm，操作温度为，操作温度为280，设计压力为，设计压力为0.2MPa。材。材质分别为质分别为20R、16Mn
15、R。请分别确定。请分别确定 法兰类型、尺寸。法兰类型、尺寸。化工机械设备基础第九章法兰连接 例例9-2：为一台操作温度为：为一台操作温度为300，设计压力为，设计压力为0.6MPa的容器选配法兰。的容器选配法兰。查表可见：如果法兰材料用查表可见：如果法兰材料用15MnVR，可按公称压力，可按公称压力0.6MPa查取法兰尺寸。如果法兰材料用查取法兰尺寸。如果法兰材料用20R，则必须按公，则必须按公称压力为称压力为1.0MPa的查取法兰尺寸。的查取法兰尺寸。化工机械设备基础第九章法兰连接法兰的标记法兰的标记化工机械设备基础第九章法兰连接管管 法法 兰兰板式平焊板式平焊带颈平焊带颈平焊带颈对焊带颈对
16、焊承插焊承插焊化工机械设备基础第九章法兰连接 管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。管法兰标准的查选方法、步骤与压力容器法兰相同。管法兰标准的查选方法、步骤与压力容器法兰相同。管法兰标准除管法兰标准除GB9119.7-88外，常用标准还有：化工部外，常用标准还有：化工部标准标准HG20592HG20602-97；中石化标准；中石化标准SH3406-96等。等。其中化工部标准中分为欧洲体系、美洲体系等，我国常用的其中化工部标准中分为欧洲体系、美洲体系等，我国常用的为欧洲体系。为欧洲体系。化工机械设备基础第九章法兰连接化工机械设备基础第九章法兰连接密封面型式密封面型式2023-7-25化工机械设备基础第九章法兰连接
