不銹鋼壓力管道用法蘭密封接頭是由不銹鋼法蘭、密封墊片及緊固螺栓三個元件組成的一個密封組件,起著連接管子、泵、閥門、壓力容器及各種承壓設備的重要作用,它是機械、石油、化工、石化、水利、電力、輕工、紡織、船舶、制藥及核工業(yè)等部門管道系統(tǒng)和裝置中應用最廣泛的一種管道連接件。據統(tǒng)計,在石油化工領域,僅一個大型煉油廠所使用的法蘭密封接頭總數就達到20萬個以上。
法蘭密封接頭的密封失效主要表現為泄漏。在各行業(yè)的管道系統(tǒng)和裝置中,因法蘭密封接頭密封失效,輕則造成能源、原材料的浪費,重則導致設備報廢、停工停產、人員傷亡和嚴重的環(huán)境污染。因此,現代石油、化工等工業(yè)對管道裝置的密封提出了非常嚴格的要求。
法蘭密封接頭中的主要零件為法蘭及墊片,它們通常以一個獨立的標準件出現。目前,法蘭及墊片都已標準化。
一、法蘭
法蘭術語見表2-1。
表2-1 法蘭術語 | ||
序號 | 術 語 | 定 義 |
1 | 法蘭 | 墊片連接總成的基礎部件,帶有堅固的向心伸出凸緣,目的是把兩件或多件過程裝置連接起來 |
2 | 平面法蘭 | 整個耦合面為平面或全平面的法蘭 |
3 | 凸面法蘭 | 法蘭的接合面凸出了一部分,該法蘭是以它的邊緣連接部分發(fā)生接觸,而它的表面不在螺栓圓周處與其他部件接觸。正規(guī)情況下,墊片的遮蓋部分伸出到螺栓的內側。 |
4 | 凹凸面法蘭 | 又稱插口法蘭(也即所謂的陰陽面法蘭),它夾持半封閉的墊片。陰法蘭的深度等于或略大于陽法蘭的高度,以避免墊片被壓縮 時兩片法蘭發(fā)生直接接觸的可能性。 |
5 | 榫槽面法蘭 | 法蘭密封面采用榫槽配合,可將墊片封閉起來。槽面深度等于或略大于榫面高度。通常密封墊片與法蘭凸榫同寬。這種法蘭結構 對墊片施加的密封壓力很高。 |
6 | 環(huán)連接面法蘭 | 該類型為環(huán)形接頭法蘭(也稱為AP1環(huán))。兩片法蘭上都加工有溝槽,它所裝的密封墊片一般用硬金屬制造。 |
二、墊片
墊片術語見表2-2。
表 2-2 墊片術語 | ||
序號 | 術 語 | 定 義 |
1 | 墊片 | 置于配合面間幾何形狀符合要求的薄斷面密封件 |
a. 非金屬墊片 | 由非金屬材料制成的墊片 | |
b. 金屬墊片 | 由金屬材料制成的墊片 | |
2 | 復合墊片 | 兩種以上材料按需要復合而成的墊片 |
a. 石棉橡膠墊片 | 由石棉橡膠板制成的墊片 | |
b. 金屬包覆墊片 | 由金屬薄板包覆非金屬材料而成的墊片 | |
c. 聚四氟乙烯包覆墊片 | 表面有聚四氟乙烯包覆層的墊片 | |
d. 柔性石墨包覆墊片 | 金屬包覆墊外面再包覆柔性石墨的墊片 | |
e. 纏繞墊片 | 成型的金屬帶與非金屬同軸線同平面交替螺旋纏繞而成的墊片 | |
f. 纏繞-金屬包覆組合墊片 | 以有筋條的金屬包覆墊為基體,在外圓周上再纏繞成纏繞墊的組合墊片,用于多層換熱器 | |
g. 骨架式柔性石墨墊片 | 柔性石墨和骨架按特定工藝復合而成的墊片 | |
h. 包覆金屬環(huán)的橡膠墊片 | 內周邊包覆金屬環(huán)的石棉橡膠墊片 | |
i. 金屬增強墊片 | 金屬起增強作用的墊片 | |
j. 編織墊片 | 密封材料編織而成的墊片 |
三、密封結構術語
1. 法蘭連接密封
法蘭連接密封件置于兩法蘭的配合面間,靠擰緊螺栓壓緊密封件的密封結構。
2. 突面或平面法蘭密封
法蘭配合面為突面或平面的密封結構,如圖2-1所示。
3. 凹凸面法蘭密封
法蘭配合面為凹凸面的密封結構,如圖2-2所示。
4. 榫槽面法蘭密封
法蘭配合面為榫槽面的密封結構,如圖2-3所示。
5. 八角環(huán)密封
螺栓法蘭連接,八角環(huán)靠螺栓的力預緊,并受介質壓力的作用而自緊的密封結構,如圖2-4所示。
6. 橢圓環(huán)密封
螺栓法蘭連接,橢圓環(huán)靠螺栓的力預緊,并受介質壓力的作用而自緊的密封結構,如圖2-5所示。
7. 透鏡環(huán)密封
高壓(適用壓力為32MPa)管道連接處用透鏡墊做密封件的密封結構,如圖2-6所示。
四、墊片(靜密封)設計術語
墊片(靜密封)設計術語見表2-3。
表2-3 墊片 (靜密封)設計術語 | ||
序號 | 術 語 | 定 義 |
1 | 預緊密封比壓(y) | 安裝時,預緊螺栓達到密封狀態(tài)墊片所承受的壓應力 |
2 | 操作密封比壓 | 操作時,介質壓力抵消了螺栓載荷作用于墊片上的部分應力后,還能保持密封的墊片上的壓應力。它是墊片系數與介質壓力的乘積 |
3 | 墊片系數(m) | 操作密封比壓與被密封介質壓力之比 |
4 | 螺栓操作載荷 | 操作時,保持密封使螺栓受的載荷。它是介質壓力載荷與保持密封所需墊片壓緊力之和。 |
5 | 螺栓預緊載荷 | 安裝時,螺栓為壓緊墊片使之密封而承受的載荷。此時墊片上的壓應力必須達到墊片的預緊密封比壓 |
6 | 自緊載荷 | 介質壓力產生的自緊力 |
7 | 回彈力 | 密封作為抵抗外力作用而產生的恢復原形的力 |
8 | 墊片幾何寬度 | 墊片外直徑與內直徑之差的一半 |
9 | 墊片接觸寬度 | 與法蘭配合面可能接觸的寬度,它隨配合面的形狀不同而不同 |
10 | 墊片基本密封寬度 | 根據墊片接觸寬度計算的用于確定墊片有效密封寬度的墊片寬度 |
11 | 墊片有效密封寬度 | 考慮到法蘭偏轉的影響,設計時根據墊片基本密封寬度按均方根計算的墊片寬度 |
五、墊片材料性能術語
墊片材料性能術語見表2-4。
表2-4 墊片材料性能術語 | ||
序號 | 術 語 | 定 義 |
1 | 壓縮率 | 加載時,材料的厚度壓縮量與初始厚度之比 |
2 | 彈性 | 固體物質在應力作用下產生應變,應力消失后即恢復原狀的性能 |
3 | 回彈率 | 固體物質卸載時的回彈量與加載時的壓縮量之比 |
4 | 應力松弛 | 應變不變而應力衰減的一種過渡應力-應變狀態(tài) |
5 | 應力松弛率 | 應力松弛狀態(tài)下應力衰減的百分數 |