什么是法兰?
法兰,或称法兰盘,译自英语Flange,也有译作轮缘或凸缘,意指连接管道、容器或固定轴类机械部件所用的对称盘状结构,通常有螺栓、螺纹结构以资固定。法兰是一种盘状零件,在管道工程中最为常见,法兰都是成对使用的。
在管道工程中,法兰主要用于管道的连接。在需要连接的管道,各种安装一片法兰盘,低压管道可以使用丝接法兰,4公斤以上压力的使用焊接法兰。
两片法兰盘之间加上密封点,然后用螺栓紧固。不同压力的法兰有不同的厚度和使用不同的螺栓。水泵和阀门,在和管道连接时,这些器材设备的局部,也制成相对应的法兰形状,也称为法兰连接。
凡是在两个平面在周边使用螺栓连接同时封闭的连接零件,一般都称为“法兰”,如通风管道的连接,这一类零件可以称为“法兰类零件”。

但是这种连接只是一个设备的局部,如法兰和水泵的连接,就不好把水泵叫“法兰类零件”。比较小型的如阀门等,可以叫“法兰类零件”。

什么是法兰连接?
法兰连接就是把两个管道、管件或器材,先各自固定在一个法兰盘上,两个法兰盘之间,加上法兰垫,用螺栓紧固在一起,完成了连接。有的管件和器材已经自带法兰盘,也是属于法兰连接。
法兰分螺纹连接(丝接)法兰和焊接法兰。低压小直径有丝接法兰,高压和低压大直径都是使用焊接法兰,不同压力的法兰盘的厚度和连接螺栓直径和数量是不同的。
根据压力的不同等级,法兰垫也有不同材料,从低压石棉垫、高压石棉垫到金属垫都有。
法兰连接使用方便,能够承受较大的压力。
在工业管道中,法兰连接的使用十分广泛。在家庭内,管道直径小,而且是低压,看不见法兰连接。如果在一个锅炉房或者生产现场,到处都是法兰连接的管道和器材。法兰连接就是把两个管道、管件或器材,先各自固定在一个法兰盘上,两个法兰盘之间,加上法兰垫,用螺栓紧固在一起,完成了连接。有的管件和器材已经自带法兰盘,也是属于法兰连接。
注意连接的时候尤其是螺栓紧固的时候要做到所有的螺栓紧的一样。

法兰连接是由一对法兰、密封垫片和螺栓、螺母、垫圈等零件组成的一种可拆零件。标准法兰的主要参数是公称直径、公称压力和密封面型式。

法兰的执行标准:有GB系列(国家标准)、JB系列(机械部)、HG系列(化工部)、ASME B16.5(美标)、BS4504(英标)、DIN(德标)、JIS(日标)。
法兰的国际管法兰标准体系:国际上管法兰标准主要有两个体系,即以德国DIN(包括原苏联)为代表的欧洲管法兰体系和以美国ANSI管法兰为代表的美洲管法兰体系。

除此之外,还有日本JIS管法兰,但在石油化工装置中一般仅用于公用工程,而且在国际上影响较小。

法兰的分类:平焊法兰、带颈法兰、对焊法兰、环连接法兰、承插法兰、及盲板等。

法兰的类型

(1) 压力容器法兰按总体结构分为一般法兰和反向法兰。

法兰的种类和法兰连接

(2) 按垫片布置的情况,分为窄面法兰和宽面法兰两大类。

a) 窄面法兰是指垫片接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周范围内的法兰,是应用最广的法兰。

b) 宽面法兰是指垫片接触面分布于法兰螺栓中心圆内外两侧的法兰。一般仅用于压力很低的场合。

(3) 按法兰各部分的整体性,分为松式法兰、整体法兰和任意式法兰三种形式。其特点是:

a) 松式法兰:指法兰未能有效地与容器或接管连接成一个整体的法兰。计算中认为圆筒不与法兰环共同承受法兰力矩的作用,法兰力矩完全由法兰环自身承受。

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b) 整体法兰:指法兰环、颈部以及筒体三者能有效地连接成一个整体的法兰。三部分共同承受法兰力矩的作用。

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整体法兰是一种法兰的连接方式。也是属于带颈对焊钢制管法兰的一种。材质有碳钢、不锈钢、合金钢等。在国内各个标准之中,用IF来表示整体法兰。多用于压力较高的管道之中。生产工艺一般为铸造。在法兰类型中就是用一个“IF”来表示整体法兰的类型。一般为突面(RF),如果在易燃、易爆、高度和极度危害的使用工况之中,则可以选用除了RF面之外的凸凹面(MFM)及榫槽面(TG)的密封面的形式。

c) 任意式法兰:指整体程度介于上述两者之间的法兰。圆筒与法兰环虽然未能形成一整体结构,但能作为一结构元件,共同承受法兰力矩的作用。平焊法兰即属于此类法兰。

法兰的种类和法兰连接

(4) 按法兰与筒体连接的情况,分为活套法兰螺纹连接法兰承插焊法兰、平焊法兰和对焊法兰等。

法兰的种类和法兰连接

对焊环松套法兰是可以活动的法兰片,一般是配套在给排水配件上,厂家出厂时伸缩节两端就各有一片法兰,直接与工程中的管道、设备用螺栓连接。

作用:

使用对焊环松套法兰的目的一般是为了节省材料,其结构分成两部分,管子部分一头和管道接,一头做成对焊环。法兰盘采用低等级的材料,而管子部分使用和管道一样的材料,达到节省材料的目的。

优点:

节约成本。当管材材质特殊,价格昂贵时,焊接同样材质的法兰成本高。

不便于焊接或不便于加工或需要的强度大。如塑料管、玻璃钢管之类。

便于施工。如连接时法兰螺栓孔对应不便于找正或者防止日后更换设备法兰螺栓孔有变等。

缺点:

承受压力低。

焊环处强度低(特别是厚度3mm以下时)

法兰的种类和法兰连接

平焊环松套法兰盘是可以活动的法兰片。直接与工程中的管道、设备用螺栓连接。
使用平焊环松套法兰盘的目的一般是为了节省资料,其结构分成两部分,管子局部一头和管道接,一头做成翻边,法兰盘部分套在翻边上。
法兰盘采用低等级的资料,而管子局部使用和管道一样的资料,达到节省资料的目的。
优点:
方便于焊接或方便于加工或需要的强度大,如塑料管、玻璃钢管之类。
便于施工,如连接时法兰螺栓孔对应方便于找正或者防止日后更换设备法兰螺栓孔有变等。
价格高贵时,节约本钱。当管材材质特殊,焊接同样材质的法兰成本高。
缺点:
接受压力低。
焊环处强度低(特别是厚度3mm以下时)

法兰的种类和法兰连接

螺纹法兰是将法兰的内孔加工成管螺纹,并和带螺纹的管子配套实现连接,是一种非焊接法兰。
优点:
它和平焊法兰或对焊法兰相比,螺纹法兰具有安装、维修方便的特点,可在一些现场不允许焊接的管线上使用。合金钢法兰有足够的强度,但不易焊接,或焊接性能不好,亦可选择螺纹法兰。
缺点:
在管道温度变化急剧或温度高于260℃低于-45℃的条件下,建议不使用螺纹法兰,以免发生泄漏。

什么情况下可以采用螺纹连接方式?

当设计压力小于或等于1.6MPa且设计温度不大于200℃时,在《低压流体输送用焊接钢管》GB / T 3091上可以采用螺纹连接方式。

法兰的种类和法兰连接

承插焊法兰是一端与钢管焊接另一端用螺栓连接的的法兰。
密封面形式:
突面(RF)、凹凸面(MFM)、榫槽面(TG)、环连接面(RJ)
应用范围:
锅炉压力容器、石油、化工、造船、制药、冶金、机械、冲压弯头食品等行业。
常用于PN≤10、0MPa,DN≤40的管道中。

法兰的种类和法兰连接

带颈平焊法兰属于国标法兰标准体系。是国标法兰(又称GB法兰)的其中一种表现形式,是设备或管道上常用的法兰之一。
优点:
现场安装较方便,可省略焊缝拍揉伤的工序
缺点:
带颈平焊法兰颈部高度较低,对法兰的刚度、承载能力有所提高。与对焊法兰相比,焊接工作量大,焊条耗量高,经不起高温高压及反复弯曲和温度波动。

法兰的种类和法兰连接

带颈对焊法兰的密封面形式有:
突面(RF)、凹面(FM),凸面(M)、榫面(T),槽面(G),全平面(FF)。
优点:
连接不易变形,密封效果好,应用广泛,适用于温度或压力大幅度波动的管道或高温、高压及低温的管道,也用于输送价格昂贵介质、易燃易爆介质、有毒气体的管道上
缺点:
带颈对焊法兰的体积庞大,重量笨重,价格昂贵,安装定位很困难。因此在运输途中更容易磕碰。

板式平焊法兰

法兰的种类和法兰连接

板式平焊法兰(化工标准HG20592、国家标准GB/T9119、机械JB/T81)。

优点:取材方便,制造简单,成本低,使用广泛

缺点:刚性较差,因此不得用于有供需、易燃、易爆和较高真空度要求的化工工艺配管系统和高度、极度危害的场合。

密封面型式有平面和突面。

对焊法兰和平焊法兰有什么区别?
对焊法兰是接口端的管径和壁厚与所要焊接的管子一样,就合两个管子一样焊接。
平焊法兰是接口处加工了比管子外径略大一点的一个凹台,管子插在里面焊的。
对焊的焊接性能比较好,腐蚀比较小。
平焊和对焊是法兰和管道连接时的焊接方式,平焊法兰焊接时只需单面焊接不需要焊接管道和法兰连接的内口,对焊法兰的焊接安装需要法兰双面焊。
所以平焊法兰一般用于低、中压管道,对焊法兰用于中、高压管道的连接,对焊的法兰一般是至少PN2.5MPa,采用对焊是为了减少应力集中,一般的对焊法兰多为带颈法兰也叫奶嘴法兰。所以对焊法兰的安装费,人工费和辅材费要高点,因为多一道工序。
对焊法兰也不是所有的都需要内外双面焊的,没有特殊要求一般也只是外面焊一道,没见过1/2″的对焊法兰么:),平焊的是比较好焊接的啦,因为管子和法兰好对垂直,管子不会斜。

选择法兰的主要原则是什么?

对于设计温度300℃及以下且公称压力小于或等于2.5MPa的管道,应选用平焊法兰:对于设计温度大于300℃或公称压力大于或等于4.0MPa的管道,应选用对焊法兰。

承插焊法兰

法兰的种类和法兰连接

承插焊法兰是一端与钢管焊接另一端用螺栓连接的的法兰。
密封面形式:
突面(RF)、凹凸面(MFM)、榫槽面(TG)、环连接面(RJ)
应用范围:
锅炉压力容器、石油、化工、造船、制药、冶金、机械、冲压弯头食品等行业。
常用于PN≤10、0MPa,DN≤40的管道中。

对焊环松套法兰

法兰的种类和法兰连接

对焊环松套法兰是可以活动的法兰片,一般是配套在给排水配件上,厂家出厂时伸缩节两端就各有一片法兰,直接与工程中的管道、设备用螺栓连接。

法兰的种类和法兰连接

作用:使用对焊环松套法兰的目的一般是为了节省材料,其结构分成两部分,管子部分一头和管道接,一头做成对焊环。法兰盘采用低等级的材料,而管子部分使用和管道一样的材料,达到节省材料的目的。

优点:节约成本,便于施工。

缺点:承受压力低。焊环处强度低(特别是厚度3mm以下时)

平焊环松套法兰

平焊环松套法兰盘是可以活动的法兰片,一般是配套在给排水配件上(伸缩节上最常见),厂家出厂时伸缩节两端就各有一片法兰,直接与工程中的管道、设备用螺栓连接。使用平焊环松套法兰盘的目的一般是为了节省材料,其结构分成两部分,管子部分一头和管道接,一头做成翻边,法兰盘部分套在翻边上。法兰盘采用低等级的材料,而管子部分使用和管道一样的材料,达到节省材料的目的。

法兰的种类和法兰连接

法兰盖

法兰盖也称盲板法兰、盲板。是中间不带孔的法兰,供封住管道堵头用。作用与焊接封头及丝扣管帽是一样的,只不过盲板法兰和丝扣管帽可以随时卸下来,而焊接封头则不行。

法兰的种类和法兰连接

法兰盖密封面:平面(FF)、突面(RF)、凹凸面(MFM)、榫槽面(TG)、环连接面(RJ)

衬里法兰盖

衬里法兰盖是一种盲板法兰,接近介质的一边堆焊不锈钢,为1个整体。衬里法兰盖用在有腐蚀性介质的管道上作盲板用。与普通法兰盖的区别是与介质接触面增加了防腐衬层。

法兰的种类和法兰连接

美标带颈平焊法兰

带颈平焊法兰连接于管端。主要是使管子与管子相互连接的零件。带颈平焊法兰上有孔眼,可穿螺栓,使两法兰紧连,法兰间用衬垫密封。

带颈平焊法兰联接指由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成。

垫片放在两法兰密封面之间,拧紧螺母后,垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形,并填满密封面上凹凸不平处,使联接严密不漏。法兰联接是一种可拆联接。按所联接的部件可分为容器法兰及管法兰。带颈平焊法兰适用于公称压力不超过2.5MPa的钢管道连接。

带颈平焊法兰用于法兰与管子的对口焊接,其结构合理,强度与刚度较大,经得起高温高压及反复弯曲和温度波动,密封性可靠。公称压力为0.25~2.5MPa的带颈平焊法兰采用凹凸式密封面。

法兰的种类和法兰连接

美标带劲对焊法兰

美标法兰是使管子与管子相互连接的零件,连接于管端。美标对焊法兰由锻造而成和浇铸而成两种方法。

美标对焊法兰根据带颈情况可以分为带颈美标对焊法兰和不带颈的美标对焊法兰。

美标对焊法兰由两个法兰盘加上法兰垫,用螺栓紧固在一起,完成了连接。美标法兰上有孔眼,螺栓使两法兰紧连。

法兰的种类和法兰连接

材质

WCB(碳钢)、LCB(低温碳钢)、LC3(3.5%镍钢)、WC5(1.25%铬0.5%钼钢)、WC9(2.25%铬)、C5(5%铬0.5%钼)、C12(9%铬1%钼)、CA6NM(4(12%铬钢)、CA15(4)(12%铬)、CF8M(316不锈钢)、CF8C(347不锈钢)、CF8(304不锈钢)、CF3(304L不锈钢)、CF3M(316L不锈钢)、CN7M(合金钢)、M35-1(蒙乃尔)、N7M(哈斯特镍合金B)、CW6M(哈斯塔镍合金C)、CY40(因科镍合金)等。

(5) 压力容器法兰标准中将法兰分为甲型平焊法兰、乙型平焊法兰和长颈对焊法兰三种。

法兰的种类和法兰连接

法兰连接设计

法兰设计是指法兰连接的设计,包括三部分:垫片设计、螺栓(螺柱)设计和法兰本体设计。法兰设计最主要的方法是著名的Waters 法, GB 150 即采用此法。其设计要点为:

(1)垫片设计

这是法兰连接设计的基础,应根据设计条件和使用介质,选定适当的垫片种类、材质,确定垫片的尺寸(内径、外径、厚度) ,然后计算出垫片在预紧状态和操作状态下的压紧力。

(2) 螺栓/螺柱设计

根据设计条件选用适当材料的螺栓,计算出满足垫片预紧状态和操作状态压紧力所需的螺栓面积。实际配置的螺栓面积应不小于该计算面积。

螺栓设计的原则是确定出较小的螺栓中心圆直径。可通过选用合适的螺栓规格和数量来达到要求。

(3) 法兰本体设计

法兰设计分为按内压和外压两种情况。承受外压的法兰可按承受内压的法兰计算方法进行设计,只是计算法兰的操作力矩略有不同。

窄面法兰的计算方法分为两种,即按松式法兰计算和按整体法兰计算。任意式法兰通常按整体法兰计算,在满足某些条件下可简化为按松式法兰计算。

松式法兰计算较为简单,法兰的厚度可一次性算出。而整体法兰的设计需采用假设各部分结构尺寸进行反复试算的方法来完成。

对整体法兰,首先根据设备结构条件假设法兰锥颈和法兰环的各尺寸。然后计算出法兰承受的力矩及产生的各项应力。当各应力与相应的许用应力相差较大时,应调整原先设定的法兰尺寸,重复以上计算,直至各项应力都小于各自的许用应力且相差不大时为合理设计。

宽面法兰的计算不分形式,均按”简支梁”的简化模型进行计算。

法兰间用衬垫密封:

法兰的种类和法兰连接

法兰泄漏的原因有哪些?

法兰泄漏,较常见的有以下7种原因。

偏口

偏口,指管道与法兰不垂直、不同心,法兰面不平行。当内部介质压力超过垫片的载荷压力时,就会发生法兰泄漏。这种情况主要是在安装施工或检修过程中造成的,较易被发现。只要在工程完工时以真检查,就可以避免此种事故的发生。

错口

错口,指管道和法兰垂直,但两法兰不同心。法兰不同心,造成周围的螺栓均不能自由地穿入螺栓孔。在没有其他办法的情况下,只有扩孔或用小一号的螺栓穿入螺栓孔,而该方法会降低两法兰的拉紧力。并且,密封面的密封面线也有偏差,这样非常容易发生泄漏。

张口

张口,指法兰间隙过大。法兰的间隙过大而造成外载荷时,如轴向或弯曲载荷,垫片就会受到冲击或震动,失去压紧力,从而逐渐失去密封动能而导致失效。

错孔

错孔,指管道与法兰同心,但两个法兰相对的螺栓孔之间的距离偏差较大。错孔会使螺栓产生应力,该力不消除,将对螺栓造成剪切力,时间长了会把螺栓切断,造成密封失效。

应力影响

在法兰安装时,两法兰对接都比较规范,但在系统生产中,管道进入介质后,造成管道温度变化,使管道发生膨胀或变形,从而使法兰受到弯曲载荷或剪切力,容易造成垫片失效。

腐蚀影响

由于腐蚀介质对垫片长时间的侵蚀,使垫片发生化学变化。腐蚀介质渗透到垫片中,垫片开始变软,失去压紧力,造成法兰泄漏。

热胀冷缩

由于流体介质的热胀冷缩作用,造成螺栓膨胀或收缩,这样垫片就会产生间隙,介质通过压力泄漏。

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