三、法兰
法兰连接是由法兰、垫片及螺栓螺母连接组成。是一种可拆连接，可用于管道与阀门、管道与管道、管道与设备的连接。采用法兰连接既有安装拆卸的灵活性，又有可靠的密封性、较高的强度，且结构简单，成本低廉，可多次重复拆卸，应用较广。
(一)法兰种类
1.接连接方式分类
法兰按照连接方式可分为整体法兰、平焊法兰、对焊法兰、松套法兰和螺纹法兰。
(1)整体法兰。整体法兰系指泵、阀、机等机械设备与管道连接的进出口法兰，通常和这些管道设备制成一体，作为设备的一部分。
(2)平焊法兰。又称搭焊法兰。平焊法兰与管子固定时，是将管道端部插至法兰承口底或法兰内口，且低于法兰内平面，焊接法兰外口或里口和外口，使法兰与管道连接。其优点在于焊接装配时较易对中，且价格便宜，因而得到了广泛的应用。平焊法兰只适用于压力等级比较低，压力波动、振动及震荡均不严重的管道系统中。
(3)对焊法兰。又称为高颈法兰。它与其他法兰不同之处在于从法兰与管子焊接处到法兰盘有一段长而倾斜的高颈，此段高颈的壁厚沿高度方向逐渐过渡到管壁厚度，改善了应力的不连续性，因而增加了法兰强度。对焊法兰主要用于工况比较苛刻的场合(如管道热膨胀或其他载荷而使法兰处受的应力较大)或应力变化反复的场合以及压力、温度大幅度波动的管道和高温、高压及零下低温的管道。
(4)松套法兰。俗称活套法兰，分为焊环活套法兰、翻边活套法兰和对焊活套法兰，多用于铜、铝等有色金属及不锈钢管道上。松套法兰的连接实际也是通过焊接实现的，只是这种法兰是松套在已与管子焊接在一起的附属元件上，然后通过连接螺栓将附属元件和垫片压紧以实现密封，法兰(即松套)本身不接触介质。这种法兰连接的优点是法兰可以旋转，易于对中螺栓孔，在大口径管道上易于安装，也适用于管道需要频繁拆卸以供清洗和检查的地方。其法兰附属元件材料与管子材料一致，而法兰材料可与管子材料不同(法兰的材料多为Q235、Q255碳素钢)。因此比较适合于输送腐蚀性介质的管道。但松套法兰耐压不高，一般仅适用于低压管道的连接。
(5)螺纹法兰。螺纹法兰是将法兰的内孔加工成管螺纹，并和带外螺纹的管子配合实现连接，是一种非焊接法兰。与焊接法兰相比，它具有安装、维修方便的特点，可在一些现场不允许焊接的场合使用。但在温度高于260℃和低于45℃的条件下，建议不使用螺纹法兰，以免发生泄漏。
2.按密封面形式分类
法兰的密封面主要根据工艺条件、密封口径以及垫片等进行选择。
(1)容器法兰的密封面形式有平面、凹凸面、榫槽面等，其中以凹凸面、榫槽面最为常用。
(2)管法兰密封面形式有全平面、突面、凹凸面、榫槽面、O型圈面和环连接面六种。
(二)垫片
垫片按材质可分为非金属垫片、半金属垫片和金属垫片三大类，用于管道之间的密封连接、机器设备的机件与机件之间的密封连接。
1.非金属垫片
非金属垫片质地柔软、耐腐蚀、价格便宜，但耐温和耐压性能差，多用于常温和中温的中低压容器或管道的法兰密封。非金属垫片包括橡胶垫、石棉垫、石棉橡胶垫、柔性石墨垫和塑料垫片等。
(1)橡胶垫片。制作橡胶垫片的主要原料有天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶等。橡胶具有组织致密质地柔软，回弹性好，容易剪切成各种形状且便宜、易购等特点。但它不耐高压，容易在矿物油中溶解和膨胀且不耐腐蚀，在高温下容易老化失去回弹性。常用于输送低压水、酸和碱等介质的管道法兰连接。
(2)石棉垫片。石棉耐热、耐碱性好、抗拉强度高、耐酸性能较差，石棉垫片正常使用温度在550°C以下。直径较大的低压容器可以使用石棉带或石棉绳，酸、碱溶剂等介质也可以使用此类垫片。
(3)石棉橡胶垫片。石棉橡胶垫片由石棉、橡胶和填料压制而成。一般石棉纤维占60%?85%。根据其加工工艺、性能及用途不同，有高压石棉橡胶板、中低压石棉橡胶板和耐油石棉橡胶板。石棉橡胶板有适宜的强度、弹性、柔软性等性质，用它制作垫片既便宜又方便，在化工企业中得到推广和应用。
(4)柔性石墨垫片。柔性石墨是一种新颖的密封材料，良好的回弹性、柔软性、耐温性，在化工企业中得到迅速的推广和应用。
(5)塑料垫片。适用于输送各种腐蚀性较强的管道的法兰连接。常用的塑料垫片有聚氯乙烯垫片、聚四氟乙烯垫片和聚乙烯垫片等。聚四氟乙烯垫片包括纯聚四氟乙烯、填充聚四氟乙烯或膨胀聚四氟乙烯等，聚四氟乙烯耐化学性、耐热性、耐寒性、耐油性优越于现在任何塑料而有“塑料之王”之称。它不易老化、不燃烧、吸水性近乎为零。聚四氟乙烯垫片用于接触面可以做到平整光滑，对金属法兰不粘接。除受熔融碱金属以及含氟元素气体侵蚀外，它能耐多种酸、碱、盐、油脂类溶液介质的腐蚀。其使用温度一般小于 200°C，不能用于压力较高的场合。
2.半金属垫片
半金属垫片又称金属复合垫片。非金属材料具有很好的柔软性、压缩性和螺栓载荷能力低等优点，但也存在强度不高、回弹性差、不适合高压高温场合缺点。而金属材料具有强度高、回弹性好，经受得起髙温的特点。将两者组合形成的垫片，即为半金属垫片。半金属垫片主要有金属包覆垫片、金属缠绕垫片、金属波纹复合垫片、金属齿形复合垫片等。
(1)金属复合垫片。该垫片以非金属为材芯，外包厚度为0.25?0.5mm的金属薄板。按包覆状态可分为全包覆、半包覆、波形包覆和双层包覆等。
金属薄板根据材料的弹塑性、耐热性、耐蚀性取材，主要有铜、镀锌铁皮、不镑钢等。作为金属包垫的芯材，耐热性是主要考核指标。一般采用石棉板或低橡胶石棉板、耐高温性能好的碳纤维或瓷制纤维及柔性石墨板。
金属包覆垫能制成各种型号的垫片，可以满足各种热交换器管箱和非圆形压力容器密封的需要，而其他复合垫片却不能。
(2)金属缠绕垫片。金属缠绕式垫片是由金属带和非金属带螺旋复合绕制而成的一种 半金属平垫片。其特性是压缩、回弹性能好，具有多道密封和一定的自紧功能，对于法兰压紧面的表面缺陷不太敏感，不粘接法兰密封面，容易对中，因而拆卸便捷。能在高温、低压、高真空、冲击振动等循环交变的各种苛刻条件下，保持其优良的密封性能。在石油化工工艺管道上被广泛采用。
3.金属垫片
在高温、高压以及载荷循环频繁等苛刻操作条件下，各种金属材料是密封垫片的首选材料。金属垫片常用的材料有铜、铝、低碳钢、不镑钢、铬镍合金钢等。为了减少螺栓载荷和保证结构紧凑，除了金属平垫尽量采用窄宽度外，各种具有线接触特征的环垫结构垫片是其优选的形式。
(1)平形金属垫片。平形金属垫片分为宽垫片和窄垫片两种。宽垫片因预紧力要求大易引起螺栓、法兰变形，压力超过1.96MPa时光滑面的法兰上很少使用。窄垫片容易预紧可在压力6. 27?9. 8MPa的管道上使用。
(2)波形金属垫片。波形金属垫片的金属板厚度一般为0.25?0.8mm。垫片厚度一 般为波长的40%?50%。适宜于光滑密封面压力3. 34MPa的管道上使用。
(3)齿形金属垫。齿形垫片是利用同心圆的齿形密纹与法兰密封面相接触，构成多道密封环，因此密封性能较好，使用周期长。常用于凹凸式密封面法兰的连接。缺点是在每次更换垫片时，都要对两法兰密封面进行加工，费时费力。另外，垫片使用后容易在法兰密封面上留下压痕，故一般用于较少拆卸的部位。齿形垫的材质有普通碳素钢、低合金钢和不锈钢等。其密封性能比平形密封垫好，压紧力也比平形垫片小。
(4)环形金属垫片。金属环形垫片是用金属材料加工成截面为八角形或椭圆形的实体金属垫片，具有径向自紧密封作用。金属环形垫片主要应用于环连接面型法兰连接，金属环形垫片是靠与法兰梯槽的内外侧面(主要是外侧面)接触，并通过压紧而形成密封的。按制造材质分为低碳钢、不镑钢、紫铜、铝和铅等。依据材料的不同，最高使用温度可达 800℃。
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