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中压法兰密封方法
更新时间 2021-04-17 17:50 阅读
随着现代化工工业的迅猛发展及装置大型化的 发展趋势，化工单元装置的非标准静设备规格也随 之大幅增加。设计压力在 ６．０ ＭＰａ ～１０．０ ＭＰａ 的非 标准静设备在合成氨、甲醇合成、煤气化等工业生 产中的应用越来越广泛。对于直径较大的压力容 器，设备法兰是其重要的组成部分，密封结构的设 计不仅要可靠，还要便于加工、装卸和检验，以有 效地节约成本，缩短设备制造周期，保证设备长 期、安全、稳定地运行。 本文讨论的设备压力范畴为 ６．０ ＭＰａ ～１０．０ ＭＰａ，属于中压压力容器，通过法兰密封面结构设 计和理论计算，该类设备法兰可以实现很好的密 封。但在工程实际中，直径较大 （１０００ ｍｍ≤ＤＮ ≤２５００ ｍｍ）的设备法兰经常发生密封面泄漏现 象。为什么会出现这种问题？有没有相应的解决办 法？下面将进行详细阐述.
密封的目的是将两种不同介质或压力、温度等 参数不同的腔室相互隔离和防止物料外泄。根据密 封的结构及机理，密封可分为静密封与动密封两大 类。静密封是由相互压紧的密封面而取得。密封面 尽管经过加工，但其微观几何形状经放大后，可以 看出它的表面是凹凸不平的，存在微小峰谷。 由于密封面间存在微小的峰谷，密封面间就有 间隙，使介质由高压侧漏向低压侧。间隙被压得越 小，泄漏就越少，直至压紧到停止泄漏。微小的间 隙可由精加工密封面获得，但这种方法费用高， 密封面微观几何形状放大图 对机械损伤敏感，因此在相互的密封面间可以加一 层能用较小压力就可变形的密封垫片以达到 “填 补”间隙的效果。本文分析的是中压、较大直径 的容器，其设备法兰采用由外部螺栓力来压紧密封 垫片的强制式密封结构即可。 ２ 密封垫的宽度和选材分析 从规范可知，密封垫片所需的压紧力随其 垫片基本密封宽度 ｂ 的增加而变大。为了减少总螺 栓力，应将垫片的密封宽度选得尽量窄一些。 良好的密封只有在密封垫片塑性变形后才能获 取，所以该类设备的法兰密封垫片可以选择金属软 密封垫。另外，不安装在隼槽面中的垫片还会受到 径向压力，使它从密封面上挤压出来，从而造成垫 片失效。所以，往往需要选择凹凸面的设备法兰和 带内环的金属软密封 （缠绕式）垫片；根据工程 经验，垫片的密封宽度 ｂ 值大约为 ２５ｍｍ。 现行的常用缠绕垫是以钢带 （镀锌 ０８ 钢、镀 锌 １５ 钢、ＳＳ３０４ 等）与石墨或石棉橡胶板相间缠 绕而成，钢带以点焊和内环定位圈加以固定。这种 垫片弹性好，能起到多道密封作用，可用于较高温 度和压力的场合，且在温度和压力波动情况下垫片 仍能稳定工作。
但是，带内加强环的缠绕垫由于垫片外部未加 外环固定，在设备法兰、缠绕垫和螺栓的组装过程 中，经常出现缠绕垫最外层钢带松散的现象，从而 造成法兰密封失效。以与垫片供货商多次交流的经 验，笔者认为：为了防止最外层钢带松散所造成的 法兰密封渗漏，缠绕垫最好设计为带内、外加强环 的型式；此外，带内、外加强环的缠绕垫在运输过 程中也不易被损坏，垫片质量容易保证。
正常情况下，螺栓在预紧状态下需要的最小螺 栓载荷等于预紧状态下的最小垫片压紧力，
将其演 变为公式［２］ ： Ｗａ ＝Ｆａ ＝３．１４ＤＧｂｙ
（１） 螺栓在操作状态下需要的最小载荷公式［２］ ： Ｗｐ ＝Ｆ ＋Ｆｐ ＝０．７８５Ｄ２ Ｇｐｃ ＋６．２８ＤＧｂｍｐｃ
（２） 式中，Ｗａ 为预紧状态下需要的最小螺栓载 荷，Ｎ；Ｗｐ 为操作状态下需要的最小螺栓载荷， Ｎ；Ｆａ为预紧状态下需要的最小垫片压紧力，Ｎ； Ｆｐ 为操作状态下需要的最小垫片压紧力，Ｎ；Ｆ 为 内压引起的轴向力，Ｎ。 但在实际的设计过程中，由于设计人员对设备 法兰的密封面未提出相应的形位公差要求，导致法 兰密封面的形位公差值只能依赖机床和工人的能力 来决定，可能会造成法兰密封面的变形过大.
（１）与灰水处理装置中常用的真空带式过滤 机相比，板框隔膜式过滤机的滤饼的干度要远好于 真空带式过滤机，真空带式过滤机理想最大压差为 ０．１ ＭＰａ。而板框隔膜式过滤机不仅可以通过过滤 机给料泵进料压滤，还可以通过隔膜滤板对滤饼进 一步压缩，以实现滤饼含水量可观性地降低。另 外，由于环评日益严格、后期滤饼处理困难等影 响，越来越多的化工厂逐渐考虑采用板框隔膜式过 滤机来处理灰水。因此，板框隔膜式过滤机在灰水 处理装置中具有广阔的市场前景。
（２）在板框隔膜式过滤机过滤面积的计算中， 可以明确地发现，影响板框隔膜式过滤机过滤面积 的两大因素分别为干基量和循环时间。因此在工艺 上缩短循环时间，能够有效的降低压滤机过滤面积。
（３）在灰水处理装置中，选用板框隔膜式压 滤机最主要的优点是能够显著降低滤饼的含水量， 满足日益严格的环保要求。同时板框隔膜式过滤机 存在缺点：第一对滤饼的粘度有一定的要求，在灰 水处理装置中，滤饼的粘度不大，滤饼较易分离； 对于粘度较大的滤饼，极易沾到滤布上，导致无法 自动分离，需要人工处理；第二，相对于真空带式 过滤机来说，板框隔膜式过滤机的成本会偏高一 些；第三板框隔膜式过滤机在灰水处理装置中实例 运用较少，实践经验不多。因此灰水处理装置在选 取过滤机上，要综合考虑成本、物料特性、技术要 求等多个方面，选取一个最佳的方案。
密封的目的是将两种不同介质或压力、温度等 参数不同的腔室相互隔离和防止物料外泄。根据密 封的结构及机理，密封可分为静密封与动密封两大 类。静密封是由相互压紧的密封面而取得。密封面 尽管经过加工，但其微观几何形状经放大后，可以 看出它的表面是凹凸不平的，存在微小峰谷。 由于密封面间存在微小的峰谷，密封面间就有 间隙，使介质由高压侧漏向低压侧。间隙被压得越 小，泄漏就越少，直至压紧到停止泄漏。微小的间 隙可由精加工密封面获得，但这种方法费用高， 密封面微观几何形状放大图 对机械损伤敏感，因此在相互的密封面间可以加一 层能用较小压力就可变形的密封垫片以达到 “填 补”间隙的效果。本文分析的是中压、较大直径 的容器，其设备法兰采用由外部螺栓力来压紧密封 垫片的强制式密封结构即可。 ２ 密封垫的宽度和选材分析 从规范可知，密封垫片所需的压紧力随其 垫片基本密封宽度 ｂ 的增加而变大。为了减少总螺 栓力，应将垫片的密封宽度选得尽量窄一些。 良好的密封只有在密封垫片塑性变形后才能获 取，所以该类设备的法兰密封垫片可以选择金属软 密封垫。另外，不安装在隼槽面中的垫片还会受到 径向压力，使它从密封面上挤压出来，从而造成垫 片失效。所以，往往需要选择凹凸面的设备法兰和 带内环的金属软密封 （缠绕式）垫片；根据工程 经验，垫片的密封宽度 ｂ 值大约为 ２５ｍｍ。 现行的常用缠绕垫是以钢带 （镀锌 ０８ 钢、镀 锌 １５ 钢、ＳＳ３０４ 等）与石墨或石棉橡胶板相间缠 绕而成，钢带以点焊和内环定位圈加以固定。这种 垫片弹性好，能起到多道密封作用，可用于较高温 度和压力的场合，且在温度和压力波动情况下垫片 仍能稳定工作。
但是，带内加强环的缠绕垫由于垫片外部未加 外环固定，在设备法兰、缠绕垫和螺栓的组装过程 中，经常出现缠绕垫最外层钢带松散的现象，从而 造成法兰密封失效。以与垫片供货商多次交流的经 验，笔者认为：为了防止最外层钢带松散所造成的 法兰密封渗漏，缠绕垫最好设计为带内、外加强环 的型式；此外，带内、外加强环的缠绕垫在运输过 程中也不易被损坏，垫片质量容易保证。
正常情况下，螺栓在预紧状态下需要的最小螺 栓载荷等于预紧状态下的最小垫片压紧力，
将其演 变为公式［２］ ： Ｗａ ＝Ｆａ ＝３．１４ＤＧｂｙ
（１） 螺栓在操作状态下需要的最小载荷公式［２］ ： Ｗｐ ＝Ｆ ＋Ｆｐ ＝０．７８５Ｄ２ Ｇｐｃ ＋６．２８ＤＧｂｍｐｃ
（２） 式中，Ｗａ 为预紧状态下需要的最小螺栓载 荷，Ｎ；Ｗｐ 为操作状态下需要的最小螺栓载荷， Ｎ；Ｆａ为预紧状态下需要的最小垫片压紧力，Ｎ； Ｆｐ 为操作状态下需要的最小垫片压紧力，Ｎ；Ｆ 为 内压引起的轴向力，Ｎ。 但在实际的设计过程中，由于设计人员对设备 法兰的密封面未提出相应的形位公差要求，导致法 兰密封面的形位公差值只能依赖机床和工人的能力 来决定，可能会造成法兰密封面的变形过大.
（１）与灰水处理装置中常用的真空带式过滤 机相比，板框隔膜式过滤机的滤饼的干度要远好于 真空带式过滤机，真空带式过滤机理想最大压差为 ０．１ ＭＰａ。而板框隔膜式过滤机不仅可以通过过滤 机给料泵进料压滤，还可以通过隔膜滤板对滤饼进 一步压缩，以实现滤饼含水量可观性地降低。另 外，由于环评日益严格、后期滤饼处理困难等影 响，越来越多的化工厂逐渐考虑采用板框隔膜式过 滤机来处理灰水。因此，板框隔膜式过滤机在灰水 处理装置中具有广阔的市场前景。
（２）在板框隔膜式过滤机过滤面积的计算中， 可以明确地发现，影响板框隔膜式过滤机过滤面积 的两大因素分别为干基量和循环时间。因此在工艺 上缩短循环时间，能够有效的降低压滤机过滤面积。
（３）在灰水处理装置中，选用板框隔膜式压 滤机最主要的优点是能够显著降低滤饼的含水量， 满足日益严格的环保要求。同时板框隔膜式过滤机 存在缺点：第一对滤饼的粘度有一定的要求，在灰 水处理装置中，滤饼的粘度不大，滤饼较易分离； 对于粘度较大的滤饼，极易沾到滤布上，导致无法 自动分离，需要人工处理；第二，相对于真空带式 过滤机来说，板框隔膜式过滤机的成本会偏高一 些；第三板框隔膜式过滤机在灰水处理装置中实例 运用较少，实践经验不多。因此灰水处理装置在选 取过滤机上，要综合考虑成本、物料特性、技术要 求等多个方面，选取一个最佳的方案。
