压力容器用管法兰垫片紧固件的设计要求

压力容器用管法兰、垫片、紧固件的设计要求主讲人：徐徳昆沈阳锅炉制造有限责任公司[e-mail]压力容器用管法兰、垫片、紧固件的设计要求：•（摘自TSGR0004-20093.17）•（1）钢制压力容器管法兰、垫片、紧固件的设计应当参照行业标准HG/T20592～HG/T20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》系列标准的规定；•（2）盛装液化石油气、毒性为极度和高度危害以及强渗透性中度危害介质的压力容器，其管法兰应当按照行业标准HG/T20592~HG/T20635系列标准的规定，至少应用高颈对焊法兰，带加强环的金属缠绕垫片和专用级高强度螺栓组合。强渗透性介质•（摘自TSGR0004-2009问答9-12）•介质的渗透性指流体介质对于密封材料和密封结构的穿透能力。•对于介质渗透性的“强、中、弱”只是相对的定性描述，还没有一个定量的界限区分标准。•一般地讲，小分子气体、低黏度、低表面张力、挥发性强的液体对于非金属垫片来说都是具有较强渗透性的介质。•例如：氢气、氦气、氨气、卤素气体、低分子的烷、烯烃等气体(或液化气体)以及汽油、甲醇、苯等轻质石油化工产品。垫片的选用•（摘自HG/T20614-20093.0.2垫片）•1垫片的型式和适用范围按HG/T20606~HG/T20612的规定。•2垫片的型式和材料应根据流体、使用工况（压力、温度）以及法兰接头的密封要求选用。法兰密封面型式和表面粗糙度应与垫片的型式和材料相适应。•3垫片的密封载荷应与法兰额定值、密封面型式、使用温度以及接头的密封要求相适应。紧固件材料、强度以及上紧要求应与垫片的型式、材料以及法兰接头的密封要求相适应。垫片的选用•4聚四氟乙烯包覆垫片不应用于真空或其嵌入层材料易被介质腐蚀的场合。一般采用PMF型，PMS型对减少管内液体滞留有利，PFT型用于公称尺寸大于或等于DN350的场合。•5石棉或柔性石墨垫片用于不锈钢和镍基合金法兰时，垫片材料中的氯离子含量不得超过50×10-6。垫片的选用•6柔性石墨材料用于氧化介质时，最高使用温度不应超过450℃。•7石棉或非石棉垫片不应用于极度或高度危害介质和高真空密封场合。•8具有冷流倾向的聚四氟乙烯平垫片，其密封面型式宜采用全平面、凹面/凸面或榫面/槽面。•9公称压力小于或等PN16的法兰，采用缠绕式垫片、金属包覆垫片等半金属垫或金属环垫时，应选用带颈对焊法兰等刚性较大的法兰结构型式。垫片的选用•10HG/T20606和HG/T20610所列非金属平垫片内径和缠绕垫内环内径可能大于相应法兰的内径，如使用上要求垫片（或内环）内径与法兰内径齐平时，用户应提出下列要求：•1）采用整体法兰、对焊法兰或承插焊法兰；•2）向垫片制造厂提供相应的法兰内径，作为垫片内经。HG/T20635-2009表3.1.1Class系列各种类型法兰的密封面型式及其常用范围法兰类型密封面型式公称尺寸公称压力使用场合带颈平焊法兰（SO）突面（RF）DN15～DN6000Class150Class300公用工程及非易燃易爆介质；密封要求不高；工作温度-45℃～+200℃螺纹法兰（Th）突面（RF）DN15～DN150Class150≤DN150，公用工程仪表等习惯使用锥管螺纹连接的场合；使用压力较高时，推荐采用NPY螺纹对焊环松套法兰（LF/SE）突面（RF）DN15～DN6000Class150Class300不锈钢、镍基合金、钛等配管的法兰连接承插焊法兰（SW）突面（RF）DN15～DN50Class150～Class900≤DN150，非剧烈循环场合（温度、压力交变载荷）经常使用带颈对焊法兰（WN）整体法兰（IF）突面（RF）DN15～DN1500（＞600A、B）Class150～Class900经常使用环连接面（RJ）DN15～DN1500（＞600A、B）Class600～Class2500高温或高压，≥Class600各种法兰类型全平面（FF）DN15～DN600Class150与铸铁法兰、管件、阀门（Class125）配合使用的场合各种法兰类型凹面/凸面榫面/槽面DN15～DN600≥Class300使用于法兰盖与阀体连接等构件内部连接的场合，极少数用于与外部配管、阀门的连接•1.板式平焊法兰（PL）–PN≤2.5MPa，低压场合常用。–只存在于欧洲体系，美洲体系无。–全平面（FF）和突面（RF）两种。–PN≥1.6MPa时，背面开角焊坡口。法兰的结构形式•2.带颈平焊法兰（SO）•中压场合常用。DN≤600。–欧洲体系PN≤4.0MPa；美洲体系PN≤26MPa。–全平面（FF）、突面（RF）、凹凸面（MFM）和榫槽面（TG）四种。–PN≥1.6MPa时，背面开角焊坡口。法兰的结构形式•3.带颈对焊法兰（WN）–中高压场合常用。–欧洲体系PN≤25MPa,DN≤2000。–美洲体系PN≤42MPa，DN≤600。–A1对应接管外径，欧洲体系分A、B系列，S≥接管厚度。法兰的结构形式•4.承插焊管法兰（SW）–不常用，大接管不适用。–欧系DN10～DN50,PN1.0～10MPa。–美系DN15～DN80,PN2.0～26MPa。–欧系突面（RF）、凹凸面（MFM）和榫槽面（TG）三种密封面。美系多出一种环连接面（RJ）。–内部管头处不焊接，并留2mm间隙。–背面不开坡口。焊脚高≥1.4S。法兰的结构形式•5.螺纹连接管法兰（Th）–以螺纹代替焊接，不常用。–欧系DN10～DN150,PN0.6～4.0MPa。–美系DN15～DN150,PN2.0～5.0MPa。–只有全平面（FF）和突面（RF）两种密封面。–螺纹采用550圆锥内螺纹（Rc）。或600圆锥管螺纹（NPT）–螺纹拧紧后接管端部接近但不超出法兰密封面。法兰的结构形式•6.对焊环松套管法兰（PJ/SE,美LF/SE）–此种带短管焊环又称翻边，与接管对焊连接。实际应用中常与接管做成一体。–常用于有色金属制法兰，如钛法兰。–欧系DN10～DN600,PN1.0MPa～4.0MPa。–美系DN15～DN600,PN2.0MPa～11MPa。–只有突面（RF）一种密封面。–欧系法兰为PL法兰，美系为SO法兰。–翻边厚度不小于0.875倍接管壁厚。–注意反面圆角处圆滑过渡，对应法兰处有倒角。法兰的结构形式•7.平焊环松套管法兰（PJ/RJ）–常用于低压场合的有色金属制法兰，如钛法兰。–欧系DN10～DN600,PN0.6MPa～1.6MPa。–美系无。–有突面（RF）、凹凸面（MFM）和榫槽面（TG）三种密封面。–焊环厚度远大于对焊环的翻边。–PN=1.6MPa时，焊环背面开角焊坡口。法兰的结构形式•8.管法兰盖（BL）(又称盲板）–常用于设备上预留的备用管口及人孔等。–和各种法兰对应，有全系列的公称压力和公称直径，以及各种密封面形式。法兰的结构形式•9.不锈钢衬里法兰盖（BL(S)）–常用于不锈钢设备，目的为节省不锈钢材料。–仅欧系列入，DN40～DN600,PN0.6MPa～4.0MPa。–有突面（RF）、凹凸面（MFM）和榫槽面（TG）三种密封面。–法兰盖上应开设一个M6的通气和检漏孔。通气压力不大于0.1MPa。–法兰盖和衬垫上还应按标准规定的位置和数量开设一些塞焊孔。–对超低碳不锈钢衬垫的塞焊孔，还应在碳钢法兰对应位置上开直径更大的底孔。–分过渡和盖面两次塞焊，并应选用不同的焊条。法兰的结构形式–密封面–全平面（FF）、突面（RF）、凹凸面（MFM）、榫槽面（TG）和环连接面（RJ）五种。法兰的结构形式•密封面：1.全平面（FF）：PN≤1.6MPa,常压和铸铁法兰场合。2.突面（RF）：适用于各种工况，PN≤4.0MPa时，采用非金属平垫片，当采用聚四氟乙烯包覆垫和柔性石墨复合垫时，可车制密纹水线，标记RF(A)。法兰的结构形式3.凹凸面（MFM）：PN≤16MPa,DN≤600。适用于各种工况。为容易放置垫片，方便安装，左右配对时，设备上为凹面；上下配对时，朝上的为凹面。MFM法兰的结构形式4.环连接面（RJ）：PN≥6.3MPa,DN≤400,用于高压场合。法兰的结构形式5.榫槽面（TG）：PN≤16MPa,DN≤600适用于各种工况。为容易放置垫片，方便安装，左右配对时，设备上为槽面；上下配对时，朝上的为槽面。法兰的结构形式HG/T20635-2009表3.2.11垫片型式选用垫片型式公称压力Class公称尺寸DN最高使用温度（℃）密封面型式密封面的表面粗糙度Ra(μm)法兰型式非金属h橡胶垫片150150～1500200a突面凹面/凸面榫面/槽面全平面3.2～12.5各种型式石棉橡胶板150300各种型式非石棉纤维橡胶板150～300290b各种型式聚四氟乙烯板150100各种型式膨胀或填充改性聚四氟乙烯板或带150～300200各种型式增强柔性石墨板150～600650（450）c突面凹面/凸面榫面/槽面3.2～6.3各种型式高温云母复合板150～600900突面凹面/凸面榫面/槽面各种型式聚四氟乙烯包覆垫150～300150～600150突面各种型式HG/T20635-2009表3.2.11垫片型式选用垫片型式公称压力Class公称尺寸DN最高使用温度（℃）密封面型式密封面的表面粗糙度Ra(μm)法兰型式半金属缠绕垫150～250015～1500(A、B)d突面凹面/凸面榫面/槽面3.2～6.3带颈平焊法兰带颈对焊法兰长高颈法兰整体法兰承插焊法兰对焊环松套法兰法兰盖齿形组合垫150～250015～1500(A、B)c突面凹面/凸面榫面/槽面3.2～6.3带颈平焊法兰带颈对焊法兰长高颈法兰整体法兰承插焊法兰法兰盖金属包覆垫300～90015～1500(A、B)f突面1.6～3.2（碳钢、有色金属）0.8～1.6（不锈钢、镍基合金）带颈对焊法兰长高颈法兰整体法兰法兰盖表3.2.11垫片型式选用HG/T20635-2009表3.2.11垫片型式选用垫片型式公称压力Class公称尺寸DN最高使用温度（℃）密封面型式g密封面的表面粗糙度Ra(μm)法兰型式金属金属环垫150～250015～1500(A、B)700环连接面0.8～1.6（碳钢、铬钢）0.4～0.8（不锈钢）带颈对焊法兰长高颈法兰整体法兰法兰盖a各种天然橡胶及合成橡胶使用温度范围不同，详见本标准附录A和HG/T20627。b非石棉纤维橡胶板的主要原材料组成不同，使用温度范围不同，详见本标准附录A并可向生产厂咨询。c增强柔性石棉板用于氧化性介质时，最高使用温度为450℃。d缠绕垫根据金属带和填充材料的不同组合，使用温度范围不同，详见HG/T20631。e齿形组合垫根据金属齿形环和覆盖层材料的不同组合，使用温度范围不同，详见HG/T20632。f金属包覆垫根据金属和填充材料的不同组合，使用温度不同，详见HG/T20630。g各种类型法兰的密封面型式及其常用公称尺寸DN范围见表3.1.1所示。H非金属材料店片的使用温度和压力的乘积（p×T）最大值不应超过HG/T20627的规定或按本标准附录A确认得厂商牌号，向有关垫片生产厂咨询。表3.2.11垫片型式选用HG/T20635-2009表3.3.1螺栓和螺母选配螺栓/螺母紧固件强度公称压力等级使用温度（℃）使用限制型式标准规格材料或性能等级六角头螺栓I型六角螺母（粗牙）GB/T5782GB/T6170M14～M335.6/6低≤Class150（PN20）＞-20～+300非有毒、非可燃介质以及非剧烈循环场合；配用非金属平垫片8.8/8高A2-50A4-50低-196～+400A2-70A4-70中HG/T20635-2009表3.3.1螺栓和螺母选配螺栓/螺母紧固件强度公称压力等级使用温度（℃）使用限制型式标准规格材料或性能等级全螺纹螺柱专用重型六角螺母（粗牙、细牙）HG/T20634M14～M33M36×3～M90×335CrMo/30CrMo高≤Class2500（PN420）-100～+525—25C