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法蘭接頭包括法蘭片及其墊片、緊固件，是石油化工生產(chǎn)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(zhì)壓力的合成力矩作用下，由于剛度不足而產(chǎn)生變形(轉(zhuǎn)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(jīng)驗和法蘭應力計算來間接反映，國外規(guī)范已列入了法蘭剛度計算方法，而我國容器標準和法規(guī)(GB150和容規(guī)

)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。

法蘭接頭密封機理：在螺栓上緊后，使墊片與兩個法蘭密封面之間產(chǎn)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(chǎn)生一定的變形，從而保證接觸面的密封。墊片的材質(zhì)不同，預緊比壓的要求也

不同。當介質(zhì)壓力升起后，由于內(nèi)壓的作用使墊片的壓緊力比預緊狀態(tài)有所降低。為了保證在工作狀態(tài)下的密封性

能，要求此時墊片的比壓不小于m×p(p為內(nèi)壓，m是與墊片材質(zhì)及要求達到的密封程度有關的數(shù)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(nèi)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(shù)。

美國PVRC(ASME研究機構)新規(guī)則將泄漏率進行了分級。見表1PVRC對法蘭密封泄漏率的等級劃分：

泄漏等級	泄漏率/mg（s*mm）-1	備注
水、空氣級T1	2*10-1	公用工程最低要求
標準級T2	2*10	相當于DN100法蘭一天泄漏40L氮氣
緊密級T3	2*10	用于易燃有毒介質(zhì)
高緊密級T4	2*10	由于高真空、劇毒介質(zhì)、核裝置等
特殊緊密級T5	2*10

法蘭接頭的性能和幾個錯誤認識：

1、墊片是影響接頭密封性能最關鍵的環(huán)節(jié)，法蘭和螺栓都是圍繞保證墊片在最適當?shù)臓顟B(tài)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(qū)：

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(nèi)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”，標準中的幾張表

格給使用者造成極大誤解，見表2GB3985-1995石棉橡膠板

牌號	使用條件	型式實驗條件（蒸汽密封）
XB450	溫度450℃壓力6MPa	440-450℃.11-12MPa保壓30分無擊穿予緊力23MPa
XB350	溫度350℃壓力4MPa	340-350℃.7-8MPa保壓30分無擊穿予緊力23MPa
XB200	溫度200℃壓力1.5MPa	200-220℃.2-3MPa保壓30分無擊穿予緊力15MPa

由于標準中列入了這種條款，長期以來我們誤認為石棉橡膠板可以用至450℃，6MPa(XB450)，無論蒸汽系統(tǒng)、氫

氣系統(tǒng)、油品系統(tǒng)都可以普遍使用。實際上，國外對石棉橡膠板的使用有嚴格的限制，如美國杜邦公司規(guī)定易燃介

質(zhì)不得使用石棉橡膠板，因為一旦發(fā)生火災，采用石棉橡膠板的法蘭接頭很難保證不產(chǎn)生二次泄漏。國外標準對石

棉橡膠板的性能指標要求比國內(nèi)同類產(chǎn)品要高。

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(nèi)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(xiàn)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(cè)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(tǒng)或要求較高的場合。但在使用中，有將不帶內(nèi)、外環(huán)的墊片用于平面法蘭的

情況，由于內(nèi)、外環(huán)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(nèi)、外環(huán)，極易使墊片壓潰，使密封失效。

2、法蘭：

⑴壓力等級：一般壓力等級越高，密封性能越好。但法蘭的選用涉及管道元件，如閥門、管件、機械設備等的配套問

題，因而其壓力等級不可隨意提高。

⑵法蘭型式：法蘭型式有許多種，如對焊、平焊、活套法蘭。其密封面型式有凸面、凹凸面、榫槽、梯型槽等。法蘭

型式、密封面型式和密封面光潔度對密封性能影響較大。

過去，進行強度計算時，都知道同樣厚度的帶頸對焊法蘭強度比板式平焊法蘭好，且可作定量計算，但各種法蘭對密

封有何影響，卻沒有定量概念，在GB150中也沒有法蘭剛度的計算公式。美國ASME規(guī)范1995年起納入了對法蘭剛度

進行校核的概念，提出了法蘭剛度計算方法：WN帶頸對焊法蘭、整體法蘭PL平板法蘭

當J≤1.0時，可以認為法蘭有較好的剛度。

取J=1.0可得到許用彎矩[M]的計算式。

下面為有關資料介紹的兩種型式的標準法蘭，使用石棉橡膠板和纏繞墊時的操作彎矩或予

表3 兩種型式的標準法蘭使用情況對比　

法蘭	（M）	密封計算彎矩
		石棉橡膠板		纏繞墊
		計算彎矩	操作彎矩	計算彎矩	操作彎矩
PN1.6 DN100	2.8 （PL） 12.7（WN）	1.8（PL） 1.8（WN）	3.5 3.5	3.5 3.5	6.3 6.3
PN1.6 DN600	14.7（PL） 81.7（WN）	40 40	64 64	54.7 54.74	155.5 155.5
PN4.0 DN100	27（WN）	2.5	6.7	4.2	11.8

緊彎矩M和保證法蘭剛度的許用彎矩[M]的比較。

從表3可以看出：a.許用彎矩[M]與法蘭剛度呈線性比例關系, 法蘭剛度越大, 法蘭在予緊和使用時變形小，密封性能

越好。b.當施加彎矩M≤[M]時，說明法蘭變形控制在安全范圍內(nèi)，墊片泄漏率能獲得保證，反之，則法蘭剛度不足，

墊片泄漏可能失控。c.帶頸對焊法蘭剛度比同規(guī)格平板法蘭高3~10倍，易于保證密封性能。國外工程公司一般僅在

公用工程中使用平焊法蘭，如水、空氣、低壓蒸汽等場合。

⑶密封面表面粗糙度密封面表面粗糙度與墊片材質(zhì)、密封比壓、要求的泄漏率有關，不宜太高，也不宜太低。國外

在選用、采購、驗收時對密封面表面粗糙度都有規(guī)定并作為檢查項目，我國尚未引起足夠的重視，且存在一些錯誤

做法，如在密封面上車兩道1mm的三角形槽，不管用什么墊片，法蘭面均車水線。表4為幾種常見墊片的粗糙度要

求。表4 常見墊片的粗糙度要求：

操作	HB/kg.mm2	Rz（max）	Ra（max）
鋁	20	25	6.3
軟鐵	90	3.2	0.8
不銹鋼	160	1.6	0.4
膨脹石墨		50	12.5
橡膠		50	12.5

注：通常規(guī)律：金屬墊HB ×Rz≈300~400

3、 緊固件：緊固件在法蘭連接中作用比較簡單, 即施加緊固力, 一般密封等級高，要求的螺栓力較大。為了達到T3

級密封，無論什么墊片，一般要求螺栓予緊力要達到200MPa左右，因此，以采用合金高強度螺栓為宜，采用低碳鋼

或中碳鋼的概念與要求較高的密封等級是不相適應的。實際上，國家質(zhì)量技術監(jiān)督局的文件中已明確液化氣球罐上法

蘭必須用高強度合金螺栓。螺栓力的控制是保證法蘭密封性的主要因素之一，尤其是螺栓力要均勻，否則，易使法蘭

面變形不均勻，或使密封面和墊片壓潰，造成密封失效。國內(nèi)通常采用套筒沖擊扳手，螺栓潤滑也不講究，因此實際

螺栓力與要求相差甚遠，最大與最小可達4倍，往往不能保證良好的密封。

法蘭密封性能的影響因素還有管道系統(tǒng)布置、熱膨脹、振動等現(xiàn)場條件，在實際選用時要綜合考慮。

因此為使法蘭密封性能可以達到良好的密封效果要注意一下幾點：

⑴墊片是影響法蘭密封的主要因素，目前在易燃易爆介質(zhì)或重要場合應主要選用半金屬和金屬墊片，如液化氣、蒸

汽、油品等以選用金屬纏繞墊為好，高溫、高壓部位則應根據(jù)實際條件選用相應的金屬。

⑵重要部位法蘭應采用整體法蘭或高頸法蘭，并注意法蘭粗糙度和墊片的匹配，采用纏繞墊，法蘭為凸面時，墊片應

帶內(nèi)、外環(huán)。

⑶為提高密封等級，螺栓強度等級應適當提高，關鍵設備、重要設備的法蘭在安裝時要控制好螺栓予緊力，同時要保

證均勻的螺栓力。

⑷外加載荷較大時，管道設計時要采取措施予以減小，或適當提高法蘭等級。