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壓力容器法蘭的密封要素與原理,好文!

更新時間:2019-08-10 14:27:30 星期六
摘要:

壓力容器法蘭是壓力容器的常用部件,是連接各種壓力容器部件的基本元件,廣泛地用于石油化工、電力、原子能、輕工等工 […]

壓力容器法蘭是壓力容器的常用部件,是連接各種壓力容器部件的基本元件,廣泛地用于石油化工、電力、原子能、輕工等工業領域。

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對于容器而言,法蘭應該是一個組件,包括法蘭、墊片和連接螺栓或螺柱以及螺母,其作用是使不同的受壓元件組合在一起,同時保證連接部位不產生泄漏。

 

法蘭連接的主要失效形式為接頭的剛度失效,其外部表現形式為泄漏。壓力容器內部的介質具有高溫、高壓的特點,同時具有易燃、易爆的特性或毒性,一旦產生泄漏,將發生嚴重的次生災害,嚴重威脅壓力容器本體和周圍設備以及人員的安全。因此容器法蘭的設計和選用應優先考慮的因素是整體密封性能。

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壓力容器法蘭的密封形式:

(1)強制密封。通過緊固端蓋與筒體法蘭的連接螺栓等強制方式將密封面壓緊,從而達到密封的目的,如平墊密封、卡扎里密封等。

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(2)自緊密封。利用容器內介質的壓力使密封面產生壓緊力來達到密封目的。它的密封力隨著介質壓力的增大而增大。因而在較高的壓力下也能保持可靠的密封性能,如組合式密封、O形環密封、C形環密封、B形環密封、楔形密封、八角墊和橢圓墊密封、平墊自緊密封、伍德密封、氮氣式密封等。

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(3)半自緊密封。既利用容器內介質的壓力,又利用緊固件的連接使密封面產生壓緊力來達到密封的目的,如雙錐密封。

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壓力容器法蘭工作原理為:

當對法蘭螺栓施加預緊力時,螵栓力通過法蘭環把墊片壓緊,迫使法蘭墊片產生壓縮變形。當螵栓力達到一定數值后,迫使法蘭密封面和墊片上的四凸不平面借助墊片變形而填滿,這就為阻止流體介質泄漏創造了初始密封條件。

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此時墊片單位有效密封面積上的壓緊力稱為墊片的初始密封比壓。當設備或管道承受介質壓力后,螺栓受到拉伸應力而伸長,法蘭密封面沿著彼此分離的方向移動,密封面與墊片之間的壓緊力下降,墊片的壓縮量減少,預緊密封比壓下降。

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如果這時密封墊片具有足夠的回彈能力,墊片的變形能補償螺栓和密封面的分離值,而使預緊密封比壓只下降到不小于工作密封比壓,則法蘭依然保持良好的密封狀態。

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反之,如墊片的回彈能力不足,密封比壓下降到工作密封比壓以下,甚至密封口重新出現縫隙,則密封失效。

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壓力容器法蘭的分類

壓力容器上使用的平焊法蘭分為甲型平焊法蘭和乙型平焊法蘭

①甲型平焊法蘭直接與容器焊接,其解焊縫尺寸較小或不開坡口焊接,不能保證法蘭與容器同時受力,強度計算參照活套法蘭。

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②乙型平焊法蘭一般附有一段較厚的短筒體,法蘭與短筒體的焊接質量可靠,能保證法蘭與容器同時受力,強度計算可按整體法蘭考慮。乙型平焊法蘭廣泛用于中、低壓容器和管道的連接

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兩者優缺點:乙型法蘭帶有一個短筒體,因此剛性較甲型法蘭好,可用于壓力較高,直徑較大的場合;甲型為V型坡口,乙型為U型坡口,因此乙型更易焊透,故其強度和剛度更高。

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影響壓力容器法蘭密封的因素如下:

1、螺栓預緊力

適當的預緊力可保證墊片在工作時還可保留一定的密封比壓,預緊力過大則會把墊片壓壞或擠出,從而破壞密封。

預緊力在墊片上的分布也影響密封性能,保證預緊力分布均勻的方法是在滿足緊固和拆卸螺栓所需空間的情況下,增加螺栓個數。

2、墊片密封性能

墊片是構成密封的重要元件。合適的墊片材料,要體現墊片在適當的預緊力作用下既能產生必須的彈性變形,又不致被壓壞或擠出。

工作時法蘭密封面間的距離被拉大,墊片材料又應具有足夠的回彈能力,使墊片表面與法蘭面緊密接觸,以繼續保持良好的密封性能。

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3、法蘭密封面特征

法蘭密封面的型式和表面性能對密封效果的影響起到至關重要的作用。工況要求較嚴格的場合應采用凹凸面和榫槽面。

法蘭密封面的平面度、密封面與法蘭中心線和垂直度直接影響到墊片的受力均勻程度和墊片與法蘭的良好接觸。

法蘭密封面的表面粗糙度應與墊片的要求相適應,表面不允許有徑向刀痕或劃痕,更不允許存在表面裂紋。

4、法蘭剛度

剛度不足會使法蘭產生過大翹曲變形,導致密封失效。影響法蘭剛度的因素很多,其中增加法蘭厚度,增大法蘭外徑等方法都可提高法蘭剛度,減小變形,使螺栓力均勻傳遞給墊片,獲得均勻和足夠的密封比壓,同時可提高密封性。減小螺栓力作用的力臂,能減少法蘭承受的彎矩,有利于密封。

5、操作條件

操作溫度、壓力和介質的化學物理性能也影響到法蘭連接的可靠性。溫度增高,介質黏度變小,泄漏的傾向性增大;高溫使介質化學和物理活性加大,產生對墊片和法蘭的腐蝕和溶解;高溫還可使螵栓、法蘭和墊片發生蠕變和應力松弛。

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