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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關鍵的環節，法蘭和螺栓都是圍繞保證墊片在zui適當的狀態下工作而設置的，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：
    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、氫氣系統、油品系統都可以普遍使用。實際上，國外對石棉橡膠板的使用有嚴格的限制，如美國杜邦公司規定易燃介質不得使用石棉橡膠板，因為一旦發生火災，采用石棉橡膠板的法蘭接頭很難保證不產生二次泄漏。日本 “石油工業用石棉橡膠板”標準規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同類產品要高。
    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或要求較高的場合。但在使用中，有將不帶內、外環的墊片用于平面法蘭的情況，由于內、外環有定位、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、外環，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，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、密封比壓、要求的泄漏率有關，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，國家質量技術監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，由于控制了適當的予緊力和均勻的螺栓力，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布置、熱膨脹、振動等現場條件，在實際選用時要綜合考慮。
    4  結論
    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、外環。
    ⑶為提高密封等級，螺栓強度等級應適當提高，關鍵設備、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。