壓力容器法蘭的密封原理

壓力容器法蘭的密封原理

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(yè)領(lǐng)域。對(duì)于容器而言，法蘭應(yīng)該是一個(gè)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(shí)保證連接部位不產(chǎn)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(xiàn)形式為泄漏。壓力容器內(nèi)部的介質(zhì)具有高溫、高壓的特點(diǎn)，同時(shí)具有易燃、易爆的特性或毒性，一旦產(chǎn)生泄漏，將發(fā)生嚴(yán)重的次生災(zāi)害，嚴(yán)重威脅壓力容器本體和周圍設(shè)備以及人員的安全。因此容器法蘭的設(shè)計(jì)和選用應(yīng)優(yōu)先考慮的因素是整體密封性能。

壓力容器法蘭的密封形式：

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

(2)自緊密封。利用容器內(nèi)介質(zhì)的壓力使密封面產(chǎn)生壓緊力來達(dá)到密封目的。它的密封力隨著介質(zhì)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(huán)密封、C形環(huán)密封、B形環(huán)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?dú)馐矫芊獾取?/span>

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

壓力容器法蘭工作原理為：

當(dāng)對(duì)法蘭螺栓施加預(yù)緊力時(shí)，螵栓力通過法蘭環(huán)把墊片壓緊，迫使法蘭墊片產(chǎn)生壓縮變形。當(dāng)螵栓力達(dá)到一定數(shù)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(zhì)泄漏創(chuàng)造了初始密封條件。此時(shí)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(dāng)設(shè)備或管道承受介質(zhì)壓力后，螺栓受到拉伸應(yīng)力而伸長，法蘭密封面沿著彼此分離的方向移動(dòng)，密封面與墊片之間的壓緊力下降，墊片的壓縮量減少，預(yù)緊密封比壓下降。如果這時(shí)密封墊片具有足夠的回彈能力，墊片的變形能補(bǔ)償螺栓和密封面的分離值，而使預(yù)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(tài)。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(xiàn)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(shí)受力，強(qiáng)度計(jì)算參照活套法蘭。

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(zhì)量可靠，能保證法蘭與容器同時(shí)受力，強(qiáng)度計(jì)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

兩者優(yōu)缺點(diǎn)：乙型法蘭帶有一個(gè)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(qiáng)度和剛度更高。

影響壓力容器法蘭密封的因素如下：

1、螺栓預(yù)緊力

適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力可保證墊片在工作時(shí)還可保留一定的密封比壓，預(yù)緊力過大則會(huì)把墊片壓壞或擠出，從而破壞密封。預(yù)緊力在墊片上的分布也影響密封性能，保證預(yù)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(gè)數(shù)。

2、墊片密封性能

墊片是構(gòu)成密封的重要元件。合適的墊片材料，要體現(xiàn)墊片在適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力作用下既能產(chǎn)生必須的彈性變形，又不致被壓壞或擠出。工作時(shí)法蘭密封面間的距離被拉大，墊片材料又應(yīng)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(xù)保持良好的密封性能。

3、法蘭密封面特征

法蘭密封面的型式和表面性能對(duì)密封效果的影響起到至關(guān)重要的作用。工況要求較嚴(yán)格的場合應(yīng)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(yīng)與墊片的要求相適應(yīng)，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(huì)使法蘭產(chǎn)生過大翹曲變形，導(dǎo)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(shí)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(zhì)的化學(xué)物理性能也影響到法蘭連接的可靠性。溫度增高，介質(zhì)黏度變小，泄漏的傾向性增大；高溫使介質(zhì)化學(xué)和物理活性加大，產(chǎn)生對(duì)墊片和法蘭的腐蝕和溶解；高溫還可使螵栓、法蘭和墊片發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛。
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