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    3法蘭接頭的性能和幾個錯誤認識
    3.1  墊片
    墊片是影響接頭密封性能zui關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，法蘭和螺栓都是圍繞保證墊片在zui適當?shù)臓顟B(tài)下工作而設置的，因此，提高法蘭接頭的密封性能應首先考慮墊片問題。
長期以來，我國未把密封—泄漏率定量地作為影響壓力容器和管道安全的主要因素，對墊片材料的選用未引起重視。而我公司一些裝置在選用墊片時也同樣存在諸多誤區(qū)：
    ⑴把石棉橡膠板作為一個的墊片，不考慮使用條件而廣泛采用。實際上，石棉橡膠板是將石棉纖維和不同橡膠及其它粘合劑混煉后壓制而成，是一多孔的非金屬材料，而且隨著組成的品種和配比不同，其性能變化是很大的。
國內(nèi)的石棉橡膠板標準有兩個，即GB3985-1995“石棉橡膠板”和GB539-1995“耐油石棉橡膠板”，標準中的幾張表格給使用者造成極大誤解，見表2。
    表2  GB3985－1995石棉橡膠板
 

 

    由于標準中列入了這種條款，長期以來我們誤認為石棉橡膠板可以用至450℃，6MPa（XB450），無論蒸汽系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、油品系統(tǒng)都可以普遍使用。實際上，國外對石棉橡膠板的使用有嚴格的限制，如美國杜邦公司規(guī)定易燃介質(zhì)不得使用石棉橡膠板，因為一旦發(fā)生火災，采用石棉橡膠板的法蘭接頭很難保證不產(chǎn)生二次泄漏。日本 “石油工業(yè)用石棉橡膠板”標準規(guī)定易燃有毒氣體使用石棉橡膠板的條件為0~260℃，≤1.0MPa，水、空氣、水蒸汽為-50~260℃，≤3.0MPa。而且，國外標準對石棉橡膠板的性能指標要求比國內(nèi)同類產(chǎn)品要高。
    ⑵厚墊片比薄墊片好。事實上，石棉橡膠板是一多孔的材料，墊片越厚，其滲透率越高，為了保證較高的密封性，必須施加比薄墊片更大的壓緊力，才能將其芯部泄漏率降低，因此厚墊片比薄墊片需要的壓緊力要大。對于水這樣的大分子液體來講，通過墊片芯部的泄漏率很小，厚度影響不大。通常厚墊片僅僅是法蘭直徑較大，考慮密封面波浪度或瓢曲時使用。一般其厚度依次采用0.81，0.6，3.2mm。
    墊片寬度也不是越寬越好，相反，適當窄一點能提高其密封比壓。但非金屬墊片保證一定的寬度是有必要的，一是可以控制內(nèi)部泄漏，二是不致使壓緊力過大，把墊片壓潰。
    ⑶金屬纏繞墊是近年來我公司逐漸推廣使用的一種半金屬墊。它一般由0.2mm左右的V形金屬帶與非金屬帶（如四氟、石墨等）纏繞而成，非金屬帶一般要露頭零點幾毫米，以在兩側(cè)表面形成非金屬密封層。金屬纏繞墊的特點是強度高、彈性好、防滲漏、耐高溫。因此纏繞墊適用于中壓系統(tǒng)或要求較高的場合。但在使用中，有將不帶內(nèi)、外環(huán)的墊片用于平面法蘭的情況，由于內(nèi)、外環(huán)有定位、加固（壓緊力的作用下不致垮散）、控制壓緊力的作用，當法蘭密封面為平面時，如使用的纏繞墊不帶內(nèi)、外環(huán)，極易使墊片壓潰，使密封失效。
    3.2  法蘭 
    ⑴壓力等級
    一般壓力等級越高，密封性能越好。但法蘭的選用涉及管道元件，如閥門、管件、機械設備等的配套問題，因而其壓力等級不可隨意提高。
    ⑵法蘭型式
    法蘭型式有許多種，如對焊、平焊、活套法蘭。其密封面型式有凸面、凹凸面、榫槽、梯型槽等。法蘭型式、密封面型式和密封面光潔度對密封性能影響較大。
    過去，進行強度計算時，都知道同樣厚度的帶頸對焊法蘭強度比板式平焊法蘭好，且可作定量計算，但各種法蘭對密封有何影響，卻沒有定量概念，在GB150中也沒有法蘭剛度的計算公式。
    美國ASME規(guī)范1995年起納入了對法蘭剛度進行校核的概念，提出了法蘭剛度計算方法：
    WN帶頸對焊法蘭、整體法蘭
    PL平板法蘭
    當J≤1.0時，可以認為法蘭有較好的剛度。
    取J=1.0可得到許用彎矩[M]的計算式。
    表3為有關(guān)資料介紹的兩種型式的標準法蘭，使用石棉橡膠板和纏繞墊時的操作彎矩或予
    表3  兩種型式的標準法蘭使用情況對比

    緊彎矩M和保證法蘭剛度的許用彎矩[M]的比較。
    從表3可以看出：
    a.許用彎矩[M]與法蘭剛度呈線性比例關(guān)系, 法蘭剛度越大, 法蘭在予緊和使用時變形小，密封性能越好。
    b.當施加彎矩M≤[M]時，說明法蘭變形控制在安全范圍內(nèi)，墊片泄漏率能獲得保證，反之，則法蘭剛度不足，墊片泄漏可能失控。
    c.帶頸對焊法蘭剛度比同規(guī)格平板法蘭高3~10倍，易于保證密封性能。國外工程公司一般僅在公用工程中使用平焊法蘭，如水、空氣、低壓蒸汽等場合。
    ⑶密封面表面粗糙度
    密封面表面粗糙度與墊片材質(zhì)、密封比壓、要求的泄漏率有關(guān)，不宜太高，也不宜太低。國外在選用、采購、驗收時對密封面表面粗糙度都有規(guī)定并作為檢查項目，我國尚未引起足夠的重視，且存在一些錯誤做法，如在密封面上車兩道1mm的三角形槽，不管用什么墊片，法蘭面均車水線。表4為幾種常見墊片的粗糙度要求。
    表4  常見墊片的粗糙度要求
 

    注：通常規(guī)律：金屬墊HB ×Rz≈300~400
    3.3  緊固件
    緊固件在法蘭連接中作用比較簡單, 即施加緊固力, 一般密封等級高，要求的螺栓力較大。為了達到T3級密封，無論什么墊片，一般要求螺栓予緊力要達到200MPa左右，因此，以采用合金高強度螺栓為宜，采用低碳鋼或中碳鋼的概念與要求較高的密封等級是不相適應的。實際上，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的文件中已明確液化氣球罐上法蘭必須用高強度合金螺栓。
    螺栓力的控制是保證法蘭密封性的主要因素之一，尤其是螺栓力要均勻，否則，易使法蘭面變形不均勻，或使密封面和墊片壓潰，造成密封失效。國內(nèi)通常采用套筒沖擊扳手，螺栓潤滑也不講究，因此實際螺栓力與要求相差甚遠，zui大與zui小可達4倍，往往不能保證良好的密封。如我公司加氫制氫車間的10臺意大利進口換熱器，原檢修時采用手工扳手，由于螺栓力過高，且法蘭受力不均勻，使法蘭梯形槽壓壞，出現(xiàn)裂紋，造成嚴重的安全隱患。1997年，我們采用液壓力矩扳手后，由于控制了適當?shù)挠杈o力和均勻的螺栓力，不僅保證了密封面完好，且保證了良好的密封性能。
    法蘭密封性能的影響因素還有管道系統(tǒng)布置、熱膨脹、振動等現(xiàn)場條件，在實際選用時要綜合考慮。
    4  結(jié)論
    ⑴墊片是影響法蘭密封的主要因素，目前在易燃易爆介質(zhì)或重要場合應主要選用半金屬和金屬墊片，如液化氣、蒸汽、油品等以選用金屬纏繞墊為好，高溫、高壓部位則應根據(jù)實際條件選用相應的金屬。
    ⑵重要部位法蘭應采用整體法蘭或高頸法蘭，并注意法蘭粗糙度和墊片的匹配，采用纏繞墊，法蘭為凸面時，墊片應帶內(nèi)、外環(huán)。
    ⑶為提高密封等級，螺栓強度等級應適當提高，關(guān)鍵設備、重要設備的法蘭在安裝時要控制好螺栓予緊力，同時要保證均勻的螺栓力。
    ⑷外加載荷較大時，管道設計時要采取措施予以減小，或適當提高法蘭等級。