管法兰及其垫片、紧固件统称为法兰接头。法兰接头是工程设计中使用极为普遍、涉及面非常广泛的一种零部件。它是配管设计、管件阀门必不可少的零件,而且也是设备、设备零部件(如人孔、视镜液面计等)中必备的构件。此外,其它***如工业炉、热工、给排水、采暖通风、自控等,也经常使用法兰接头。
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。
法兰连接确切地说应该是螺栓、法兰、垫片连接,其密封是靠三者的协同作用实现的,其中垫片是实现密封的核心部件。
通过螺栓的预紧力,使垫片和法兰密封面之间产生足够的压力,以使垫片表面产生的变形足以填补法兰密封面的微观不平度,达到密封的目的。
为达到上述目的所作用到垫片上的蕞小单位压紧力,称为比压力。当与法兰连接的管道达到操作压力时,因内压的轴向力的作用导致两片法兰有分开的趋势,而螺栓则有伸长的趋势,作用在垫片上的压紧力将减少。当作用在垫片有效截面上的压紧力降至某一临界值时,仍能保持密封,这时垫片上的剩余压紧力即为垫片的有效紧固力。当垫片上压紧力小于有效紧固力时法兰就会发生泄漏,甚至将垫片吹跑,因此垫片的有效紧固力必须大于管道的操作压力。两片法兰密封面之间的距离,在操作状态要比初始状态大,这时垫片与法兰密封面的紧密性是靠垫片的回弹力来保证的。
可以这么说,在初始密封阶段,垫片的表面塑性变形填补法兰密封面的微观不平度起决定性作用;而操作状态下法兰的密封,垫片内部的弹性回复起主导作用。
法兰的泄漏一般有两种途径: 1种是垫片本身的渗透作用。第2种是垫片与法兰密封面间隙的泄漏。
由于新型密封材料的不断出现,第壹种泄漏已基本能解决。日常发生的绝大多数都是第二种泄漏。在某一特定操作条件下,法兰连接所能达到的泄漏率低于某一特定的指标泄漏率;或在规定的泄漏条件下,法兰连接能够承受特定的操作条件,满足这个指标泄漏率或特定操作条件的法兰连接即视为不泄漏,或紧密的,反之则视为会泄漏,或者说是不紧密的。
法兰及螺栓的影响法兰在实际工况中受力状况很复杂,螺栓、垫片、内压都直接对法兰产生作用力,这些力可能会导致法兰的不规则变形。这些作用力从强度方面讲是没有问题的,但变形可能会导致法兰泄漏。因此,在法兰设计时不仅要满足强度要求,还要满足法兰不泄漏所要求的蕞小变形,即按刚度理论进行设计。