常用法兰、垫片及钢管选用标准新版

尿素厂设备科2017年9月10日专业技术维修人员培训常用工业法兰、垫片及钢管选用标准11现场常见问题概述内容提要234垫片密封及适用范围常用管道标准及选用原则工业管道法兰、管件标准2序言法兰规格型号和压力等级、材质选型不当现场常见问题概述管道法兰之间或与阀门标准不匹配垫片选用不当，造成不必要泄漏管道检修更换的管件与管子直径壁厚不匹配34管道连接法兰一侧为长颈对焊法兰，另一侧为平焊法兰，标准不一致，存在安全隐患和质量缺陷；案例一5案例二管道弯头与直管段壁厚和直径规格不匹配，焊缝搭接，造成质量缺陷和安全隐患。6案例三垫片选型不合适，造成密封失效，出现泄漏，给安全生产带来隐患。7案例四管道管件之间的不规范连接，应使用三通管件。8案例五管道法兰选型不当，应为长颈对焊法兰，避免造成内部冲蚀。9案例七平盖法兰与设备法兰标准不一致，已出现鼓包疲劳变形，存在安全隐患。存在问题根源管理意识不到位安装质量把关不严不熟悉相关标准及质量验收规范没有核对图纸与现场10工业管道法兰、管件标准一、法兰的分类及选用二、法兰结构形式、参数三、法兰密封原理三、法兰使用范围及代号说明四、压力容器法兰第一部分11一、法兰分类及选用在石油化工装置中，法兰是管道、管件、阀门、仪表和设备等进行连接的最重要、最常见的形式之一。这种连接虽具有拆卸方便且不用动火等优点，但因由法兰、螺栓、垫片三者协同实现密封，其中任一元件出现问题就会造成泄漏，不仅造成浪费，而且还会污染环境，甚至造成人员伤亡及财产损失。12一、法兰分类及选用我国现行的法兰标准分为两个体系，分别是PN系列（欧洲体系）和Class系列（美洲体系）。PN系列公称压力等级采用PN表示，包括以下九个等级：PN2.5、PN6、PN10、PN16、PN25、PN40、PN6.4、PN100、PN160。Class系列公称压力等级采用Class表示，包括以下六个等级：Class系列150、Class系列300、Class600、Class900、Class1500、Class2500。一、法兰分类及选用•LB与PN是压力等级，不是简单的压力单位，就是LB可与Mpa相互换算，但是LB与PN是不能简单的换算的；•因为压力等级本身就应该是无次的，只是不同的等级标准，互换时除了要考虑LB与Mpa的换算关系，大概是Mpa=0.007*LB。•HG/T20592-2009与HG/T20592-1997，法兰标准中公称压力的区别。•压力换算公式：1巴（bar）=100000帕（Pa）=10牛顿/平方厘米=0.1Mpa是国际标准组织定义的单位。•在HG/T20592-2009法兰标准中压力为PN16，与HG/T20592-1997法兰标准中压力为PN1.6的压力是相同的，因为HG/T20592-2009版公称压力是按bar为单位，而HG/T20592-1997是按Mpa为单位的，16bar=1.6Mpa。二、法兰结构型式、参数15二、法兰结构型式、参数16二、法兰结构型式、参数17二、法兰结构型式、参数板式平焊法兰（PL）优点：结构简单，加工方便。缺点：是接触面积大，需要的预紧比压大，螺栓承载大，故法兰等零件要求高、笨重，垫片易挤出，密封性能较差。使用压力P≤2.5Mpa，有毒、易燃、易爆介质中不能使用二、法兰结构型式、参数•凹凸面法兰优点：便于对中，能防垫片挤出，较少受到介质的冲刷和腐蚀。适用于压力较高的场合。缺点：不便于垫片的更换。三、法兰密封原理及形式20•法兰连接确切地说应该是螺栓、法兰、垫片连接，其密封是靠三者的协同作用实现的，其中垫片是实现密封的核心部件。•.法兰的密封原理：通过螺栓的预紧力，使垫片和法兰密封面之间产生足够的压力，以使垫片表面产生的变形足以填补法兰密封面的微观不平度，达到密封的目的。为达到上述目的所作用到垫片上的最小单位压紧力，称为比压力。当与法兰连接的管道达到操作压力时，因内压的轴向力的作用导致两片法兰有分开的趋势，而螺栓则有伸长的趋势，作用在垫片上的压紧力将减少。当作用在垫片有效截面上的压紧力降至某一临界值时，仍能保持密封，这时垫片上的剩余压紧力即为垫片的有效紧固力。三、法兰密封原理及形式•当垫片上压紧力小于有效紧固力时法兰就会发生泄漏，甚至将垫片吹跑，因此垫片的有效紧固力必须大于管道的操作压力。两片法兰密封面之间的距离，在操作状态要比初始状态大，这时垫片与法兰密封面的紧密性是靠垫片的回弹力来保证的。可以这么说，在初始密封阶段，垫片的表面塑性变形填补法兰密封面的微观不平度起决定性作用；而操作状态下法兰的密封，垫片内部的弹性回复起主导作用。三、法兰密封原理及形式三、法兰密封原理及形式•法兰密封的泄露主要是密封面间的泄露。由垫片毛细管作用而发生渗漏的可能性很小。垫片靠外力压紧后，垫片本身产生的弹性变形和塑性变形，填满密封面上微小的凹凸不平的间隙，使介质通过密封面的阻力大于密封面两侧的压差时，即达到密封。但是受到外界条件影响时，密封受到破坏，从而产生泄露。影响密封的因素主要有以下几个方面：三、法兰密封原理及形式•（1）操作条件的影响。操作条件即是压力，温度，介质的物化性质。石油化工厂中，低压法兰较多，往往单纯的压力或者介质因素对法兰泄露的影响并不是主要的。只有和温度联合作用时，问题才显得严重。当温度反复变化时，密封失效的可能性更大。•（2）设计参数中垫片系数和压紧比的影响。我国目前选用两者参数是通过查表《钢制压力容器》，但是垫片系数和压紧比，即使是同一材料，两者系数也还跟垫片宽度，预紧压力，介质性能，法兰密封面宽度和粗糙度等因素有关，所以，两系数究竟取多少，目前尚没有权威性的规范可以选用三、法兰密封原理及形式三、法兰密封原理及形式•（3）螺栓预紧力的影响。提高螺栓预紧力，可以增大垫片的密封性能，但过大的螺栓与精灵，会是垫片失去弹性，甚至把垫片压坏或者基础，不能保证其在工作状态下有足够的弹性。三、法兰密封原理及形式•（4）垫片性能的影响。垫片变形包括弹性变形和塑性变形。垫片材料是影响垫片性能的主要因素，因此垫片的好坏会影响到法兰的密封。•（5）法兰刚度的影响。法兰刚度不足会产生过大的翘曲变形，往往是导致密封失效的原因之一。三、法兰密封原理及形式•（6）密封面的影响。法兰密封面的形状和粗糙度应与垫片相配合。密封面的平直度和密封面与法兰轴线的垂直度是保证垫片均匀压紧的前提，因此在设计、安装时必须考虑管线热膨胀造成的推理或偏心力的影响。否则就会容易造成法兰密封不严，引起泄露。三、法兰密封原理及形式法兰密封面型式和代号（GB/T9112-2000）密封面型式代号平面FF突面RF凹凸面凸面MFM凹面F榫槽面榫面TGT槽面G环连接面RJ29三、法兰密封原理及形式30四、法兰使用范围及代号说明31四、法兰使用范围及代号说明四、法兰使用范围及代号说明四、法兰使用范围及代号说明四、法兰使用范围及代号说明35四、法兰使用范围及代号说明36五、压力容器法兰1、法兰分类及法兰类型代号类型平焊法兰对焊法兰甲型乙型长颈标准号JB/T4701JB/T4702JB/T4703法兰类型名称及代号一般法兰法兰衬环法兰法兰C密封面型式代号平面密封面平密封面RF凹凸面密封面凹密封面FM凸密封面M榫槽面榫密封面T槽密封面G37五、压力容器法兰2、法兰标记法兰标记由7部分组成。标准编号法兰总高度，mm法兰厚度，mm公称压力，MPa公称直径，mm密封面型式代号法兰名称及代号38五、压力容器法兰2、法兰标记公称压力2.5MPa、公称直径1000mm的平面密封长颈对焊法兰，厚度78mm，总高度155mm的标记为：法兰-RF1000-2.5/78-155JB/T4703－2000039垫片机构及选型一、垫片的密封机理二、垫片的选型及代号说明三、垫片的安装注意事项第二部分40一、法兰垫片密封机理•介质流动通过内外空间的交界面时发生的泄漏即是密封面发生泄漏。造成泄漏的根本原因是由于接触面上存在间隙，而接触面两侧的压力差、浓度差则是泄漏的推动力。•要减少泄漏，就必须使接触面最大程度地嵌合，即减小泄漏通道的截面积、增加泄漏阻力，并使之大于泄漏推动力。对密封面施加压紧载荷，以产生压紧拉力，可提高密封面的接触程度，当应力增大到足以引起表面产生明显的塑性变形时，就可填补密封面的间隙，堵塞泄漏通道。•法兰垫片静密封的密封机理可分为以下2种情况：41一、法兰垫片密封机理1、初始密封：在装配法兰垫片时就可完成初始密封，紧固螺栓压紧垫片,产生初始密封的基本条件是应使密封面间产生足够的压力，即垫片预紧应力使垫片材料受压缩后发生弹性压缩变形或弹塑性压缩变形，能够填塞法兰密封面的粗糙不平，堵塞界面泄漏通道以达初始密封要求。•垫片的预紧应力取决于垫片材料压紧性能，所有的密封压紧力均来自螺栓的初始紧固力，同时法兰应具有足够的强度和防偏转或翘曲变形的足够刚度。•2、工作密封：预紧后的法兰垫片螺栓三构件系统，当受到工作介质压力作用之后，一对法兰的2个密封面将被迫发生相对分离，此时垫片应有足够的回弹变形以补偿这一分离。不仅如此，垫片还要求有这样的能力，即保持密封界面上仍有足够以维持密封的残留垫片应力(压应力)，以保证将流体介质密封住一、垫片的结构型式和种类金属垫片金属复合垫片非金属软垫片法兰用密封垫片非金属软垫片聚四氟乙烯垫片聚四氟乙烯包覆垫片橡胶垫片石棉橡胶垫片非石棉纤维橡胶垫片金属缠绕式垫片金属冲齿板柔性石墨复合垫片金属波齿复合垫片金属齿型复合垫片金属包履垫片金属平垫片金属波纹形垫片金属齿形垫片金属环形垫片金属透镜垫片八角形环垫椭圆形环垫RX型及BX型自紧密封环垫43一、垫片的结构型式和种类1、国产石棉橡胶板使用范围和性能名称牌号表面颜色横向抗拉强度/MPa适用条件标准压力p/MPa温度t/℃石棉橡胶板XB450紫色≥19.0≤6.0≤450GB/T3985-1995XB350红色≥12.0≤4.0≤350XB200灰色≥6.0≤1.5≤200耐油石棉橡胶板NY200石墨色≥26.0≤4.0≤400GB/T539-1995NY250浅蓝色≥9.0≤2.5≤250NY150灰白色≥8.0≤1.5≤15044一、垫片的结构型式和种类一、垫片的种类及选用1、聚四氟乙烯包履垫片聚四氟乙烯包履垫片是一种非金属复合型软垫片，一般由包封皮及嵌入物两部分组成。包封皮主要起抗腐蚀作用，通常由聚四氟乙烯材料制成，嵌入物（填料）为带或不带金属加强筋的非金属材料，通常由石棉橡胶板制成。聚四氟乙烯包履垫片主要适用于全平面型及突面型钢制管法兰连接，适用公称压力PN为0.6～5.0MPa、工作温度为0～150℃的腐蚀介质或对清洁度有较高要求的介质。管法兰用聚四氟乙烯包履垫片按制造方式可分为三种型式：剖切型（S型）、机加工型（M型）、折包型（F型）。剖切型是采用聚四氟乙烯筒料车削成0.8～1mm厚的环状薄片，从外侧厚度的中心切开，在切口中放入芯材。切口开至距内孔处约1.5～2mm。对于机加工型包履垫片，其包封层内径可与法兰内径一致，以防止流体在法兰处产生涡流。对于折包型包履垫片，它是由厚度为0.4～0.8mm的带状聚四氟乙烯薄膜，用热密封方法将两端热合后包在环状的芯材外面呈U形状，制造简便，适用于尺寸较大的法兰密封。47一、垫片的种类及选用２、聚四氟乙烯包履垫片标记示例公称通径50mm、公称压力1.0MPa的剖切型聚四氟乙烯垫片：S-50-1.0GB/T１３０４－１９９２公称通径50mm、公称压力1.0MPa的机加工型聚四氟乙烯垫片：M-50-1.0GB/T１３０４－１９９２公称通径50mm、公称压力1.0MPa的折包型聚四氟乙烯垫片：F-50-1.0GB/T１３０４－１９９２包履层（聚四氟乙烯）夹镶层（石棉橡胶板或其它复合材料）48一、垫片的种类及选用一、垫片的种类及选用１、金属缠绕式垫片金属缠绕式垫片是由金属带和非金属带螺旋复合绕制而成的一种半金属平垫片。其特性是：压缩、回弹性能好；具有多道密封和一定的自紧功能；对于法兰压紧面的表面缺陷不太敏感，不粘接法兰密封面，容易对中，因而拆卸便捷；可部分消除压力、