管道法兰、密封垫片以及螺栓选用原则

百科   2024-09-02 08:01   北京  

导语:

在石油化工装置中,法兰是管道、管件、阀门、仪表和设备等进行连接的最重要、最常见的形式之一。这种连接虽具有拆卸方便且不用动火等优点,但因由法兰、螺栓、垫片三者协同实现密封,其中任一元件出现问题就会造成泄漏,不仅造成浪费,而且还会污染环境,甚至造成人员伤亡及财产损失。因此今天为大家详细讲解法兰密封的相关知识。

法兰常用材料

法兰材料一般采用锻件、板材、铸件以及管材进行制造加工。

法兰锻件

材料牌号

标准

材料牌号

标准

20

NB/T 47008

A105

GB/T 12228

16 Mn

NB/T 47008

16 MnD

NB/T 47009

20MnMo

NB/T 47008

09 MnNiD

NB/T 47009

15CrMo

NB/T 47008

20MnMoD

NB/T 47009

12Cr1MoV

NB/T 47008

08MnNiCrMoVD

NB/T 47009

12Cr2Mo1

NB/T 47008

06Cr17Ni12Mo2Ti

NB/T 47010

12Cr5Mo

NB/T 47008

022Cr19Ni10

NB/T 47010

10Cr9Mo1VNbN

NB/T 47008

06Cr19Ni10

NB/T 47010

-

-

06Cr18Ni11Ti

NB/T 47010

-

-

022Cr17Ni14Mo2

NB/T 47010

-

-

06Cr17Ni12Mo2

NB/T 47010

法兰板材

材料牌号

标准

材料牌号

标准

Q235A-B

GB/T 700

16MnDR

GB/T 3531

20

GB/T 711

09MnNiDR

GB/T 3531

A 级钢

GB/T 712

022Cr19Ni10

GB/T 4237

Q245R

GB/T 713

022Cr19Ni10N

GB/T 4237

Q345R

GB/T 713

06Cr19Ni10

GB/T 4237

Q370R

GB/T 713

06Cr18Ni11Ti

GB/T 4237

15CrMoR

GB/T 713

06Cr18Ni11Nb

GB/T 4237

12Cr1MoVR

GB/T 713

06Cr17Ni12Mo2Ti

GB/T 4237

12Cr2Mo1R

GB/T 713

022Cr22Ni5Mo3N

GB/T 4237

06Cr17Ni12Mo2

GB/T 4237

022Cr23Ni5Mo3N

GB/T 4237

06Cr19Ni13Mo3

GB/T 4237

022Cr17Ni12Mo2

GB/T 4237

022Cr17Ni12Mo2N

GB/T 4237

022Cr19Ni13Mo3

GB/T 4237

022Cr19Ni16Mo5N

GB/T 4237

015Cr21Ni26Mo5Cu2

GB/T 4237

06Cr17Ni12Mo2Nb

GB/T 4237

-

-

法兰铸件

材料牌号

标准

材料牌号

标准

WCA

GB/T 12229

ZG20CrMoV

JB/T 9625

WCB

GB/T 12229

LCB

JB/T 7248

WCC

GB/T 12229

LCA

JB/T 7248

WC6

JB/T 5263

LC2

JB/T 7248

WC1

JB/T 5263

LC3

JB/T 7248

WC9

JB/T 5263

LC4

JB/T 7248

C12A

JB/T 5263

LC9

JB/T 7248

ZG19MoG

GB/T 16253

CF3

GB/T 12230

ZG12Cr2MolG

GB/T 16253

CF8

GB/T 12230

ZG16Cr5MoG

GB/T 16253

ZG08Cr18Ni9Ti

GB/T 12230

ZG24Ni2MoD

GB/T 16253

CF8M

GB/T 12230

ZG15Cr1MoG

GB/T 16253

ZG08Cr18Ni12Mo2Ti

GB/T 12230

ZG14Cr9Mo1G

GB/T 16253

ZG08Cr19Ni11Mo2Nb

GB/T 12230

ZG03Cr19Ni11Mo2

GB/T 16253

CF3M

GB/T 12230

ZG03Cr19Ni11Mo3

GB/T 16253

-

-

ZG08Cr20Ni10Nb

GB/T 16253

-

-

ZG07Cr19Ni11Mo2

GB/T 16253

-

-

ZG07Cr19Ni11Mo3

GB/T 16253

-

-

法兰管材

材料牌号

标准

材料牌号

标准

0Cr17Ni12Mo2

GB/T 14976

00Cr19Ni10

GB/T 14976

0Cr19Ni13Mo3

GB/T 14976

00Cr18Ni10N

GB/T 14976

00Cr19Ni13Mo3

GB/T 14976

0Cr18Ni9

GB/T 14976

00Cr17Ni13Mo2N

GB/T 14976

0Cr18Ni10Ti

GB/T 14976

00Cr17Ni14Mo2

GB/T 14976

0Cr18Ni11Nb

GB/T 14976

0Cr18Ni12Mo2Ti

GB/T 14976

-

-


法兰密封垫片选择

密封垫片材料的选择应根据介质特性、工作使用工况(温度、压力)的要求进行。应符合以下要求:

1、具有较好的物理、机械性能;

2、耐介质腐蚀、不污染介质、不腐蚀法兰密封面

3、具有良好的压缩回弹性能

4、具有较小的应力松弛率

5、泄漏率低

密封垫片材料的使用介质环境要求:

—可燃材料(如橡胶)和柔性石墨材料制成的垫片不应用于输送强氧化性介质的管道。

—用于不锈钢或镍基合金法兰连接时,氯离子含量不应超过50g/g

—无石棉纤维制成的垫片不应用于极度或高度危害介质以及高真空工况。

—聚四氟乙烯包覆垫片不应使用于真空工况。

—聚四氟乙烯垫片、聚四氟乙烯包覆垫适用于耐腐蚀、防黏结和清洁度要求高的场合。

密封垫片材料的使用环境温度要求:

—无石棉纤维橡胶板类非金属或半金属垫片的工作温度宜不大于150℃。

—聚四氟乙烯类非金属或半金属垫片的最高工作温度应不大于260,长期使用温度宜不大于200 ℃。

—普通柔性石墨类增强非金属或半金属垫片的工作温度宜不大于450℃。

—层状硅酸盐类高温材料工作温度应不大于850℃。

—金属包覆垫的最高使用温度应低于金属材料和填充材料的最高使用温度的较低值。

常用密封垫片的选用要求如下表

垫片型式

垫片材料

法兰公称压力PN

法兰密封面型式

非金属平垫片

橡胶板

≤16

RF MF TG 、FF

无石棉纤维板、膨体聚四氟乙烯板、改性聚四氟乙烯板

40

聚四氟乙烯包覆垫

聚四氟乙烯+非石棉纤维橡胶板/橡胶板

6~40

RF

柔性石墨复合增强垫片

金属+柔性石墨

25

RF MF TGFF

金属包覆垫

金属+柔性石墨板/非石棉纤维橡胶板/聚四氟乙烯板/陶瓷纤维板

63

RF

缠绕垫

金属+柔性石墨/聚四氟乙烯/无石棉纤维/耐高温层状硅酸盐复合材料

10~250

RF 、MFTG

金属齿形组合垫

金属+柔性石墨/聚四氟乙烯

16~160

RF 、MFTG

金属波齿复合垫

金属+柔性石墨

10~250

RF 、MFTG

金属环垫

金属

63~400

RJ

密封垫选用原则:


(1)一般来说,对于常压/低压(P<1.6MPa)及温度不高(t≤200℃)的非强腐蚀系统,考虑采用非金属垫片;

(2)对中压(P<10MPa)、中温(t≤500℃)及腐蚀性、渗透性强的介质,采用金属包覆垫、金属缠绕垫;

(3)对高压系统则采用金属平垫、双锥密封、伍德密、卡扎里密封、八角垫和椭圆垫


密封垫片的材质分类


(1)非金属密封垫片


 橡胶垫片:


——常见材质:

丁腈橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙橡胶


——优势特点:

柔软性好,适用于低温和中等压力环境,部分材料具有一定的耐酸碱性和抗老化性。



 石棉垫片:


—— 产品特点:

耐高温、耐压性能优异,但由于石棉对健康有害,逐渐被限制使用。


—— 替代材料:

非石棉垫片,通常由合成纤维和橡胶制成,性能类似但无健康危害。



 柔性石墨垫片:


具有良好的导热性和耐腐蚀性,摩擦系数低,常用于高温高压场合。



 聚四氟乙烯(PTFE)垫片:


具有出色的耐腐蚀性能和绝缘性能,摩擦系数低且不易粘附,适用于强酸、强碱等腐蚀性介质。


(2)金属复合垫片


 金属【缠绕式】垫片


——结构与材质:

金属带非金属填充材料(如石墨、PTFE)螺旋缠绕而成,外层通常由金属环增强,以提升强度和稳定性。

——优势特点:

兼具金属和非金属材料的优点,具有良好的弹性和密封性,适用于高温、高压和振动的工况。



 金属【包覆】垫片:


——材质与结构:

非金属材料(如石墨、陶瓷纤维)为内芯外包一层金属薄片(如不锈钢、铝),从而结合了柔软性与强度。

——优势特点:

兼具非金属垫片的柔软性金属材料的强度、耐久性,适用于中高压环境,能够在较高温度和腐蚀性介质中提供可靠的密封性能。



 【金属充齿板】柔性石墨复合垫片


——结构与材质:

金属充齿板作为基材,与柔性石墨结合制成


——优势特点:

金属充齿板增加了垫片的强度和耐压性能,而柔性石墨提供了良好的密封性和耐高温性



 金属【波齿】复合垫片


——结构与材质:

表面有波纹或齿形的金属垫片柔性密封材料(如石墨)组合而成。


——优势特点:

金属波齿结构增加了垫片与法兰的接触面积,适应法兰表面的不平整,并能提供更好的密封效果。



 金属【齿形】复合垫片


——结构与材质:

齿形金属芯柔性填充材料(如石墨、PTFE)组合而成。


——优势特点:

金属齿形结构提供了高强度和良好的密封性,填充材料增强了垫片的柔软性和适应性。



(3)金属垫片


 金属【】垫片:


——结构与材质:

金属平垫片是由金属材料(如不锈钢、铜、铝、碳钢等)制成的平坦的环状垫片


——优势特点:

金属平垫片强度高、耐腐蚀,能承受极高的温度和压力,适用高温高压强腐蚀等苛刻工况。


 金属【环形】垫片:


——结构与材质:

金属环垫片通常是由金属材料(如304、316不锈钢、软铁、低碳钢、镍基合金等)制成的环形垫片,通常具有特定的截面形状,如椭圆形环垫片、八角形环垫片、RX型及BX型自紧密封环垫,以匹配对应的法兰槽。


——优势特点:

密封性能卓越,专用于高压法兰连接,常见于高压环境中的RTJ法兰槽内密封。




 金属【波形


——结构与材质:

具有波纹状的金属表面,通常使用不锈钢或耐高温金属材料。波纹设计增加了接触表面积,适应法兰表面的不平整。


——优势特点:

能够适应法兰表面的轻微不平整,提供良好的弹性和密封性能,用于高温高压的工况。



 金属【齿形】垫片


——结构与材质:

表面具有齿状金属设计,通常由不锈钢、碳钢或合金材料制成。齿形设计增强了抓地力和密封性。


——优势特点:

齿状表面可以有效地在法兰表面上提供良好的密封,对于不平整的法兰面也能提供良好的密封效果,适合用于需要高密封性能的应用。



 金属【透镜】垫片


——结构与材质:

形状类似透镜,中间厚,两边薄,使用不锈钢或耐高温金属材料。


——优势特点:

透镜形状提供均匀的密封压力分布,对于高压、高温环境有良好的密封性能。


法兰紧固件选用

紧固件选用时需要根据法兰的压力、温度、材料和所选择的垫片来选择紧固件材料,以保证法兰连接在预期操作条件下的密封性能。

材料的屈服强度值大于或等于640MPa的螺栓为高强度螺栓,高强度螺栓一般可用于任何力级的法兰连接。

屈服强度小于或等于206MPa的螺栓为低强度螺栓,低强度螺栓一般仅能用于公称压力不大于PN63的法兰连接,用低强度碳钢螺栓连接的法兰一般不用于200℃以上的温度或-29℃以下的温度

—六角头螺栓适用于公称压力小于或等于PN16,介质为非有毒、非可燃介质、非剧烈循环工况且配用非金属平垫片的工况。

—等长双头螺柱适用于公称压力小于或等于PN 40,介质为非有毒、非可燃介质,非剧烈循环工况。

—全螺纹螺柱适用于所有公称压力等级、介质、工况及垫片型式。

1型螺母适用于和六角头螺栓以及等长双头螺柱配合使用。

—与全螺纹螺柱配合使用的螺母应为管法兰专用2型螺母。

—紧固件应符合预紧及操作条件下法兰接头的密封要求,具体紧固顺序如下图:

法兰安装要求

—清理

使用工具或合适的溶剂清洁法兰密封面残留的各种标记、油漆、油脂、保护涂层、污垢等,防止污染物损害法兰密封面的表面粗糙度。不得使用碳钢刷清理不锈钢法兰密封面。

清除螺栓和螺母的螺纹处以及螺母或垫圈与法兰接触面的任何杂质,确保螺母和螺栓之间自由转动,螺栓安装前有必要涂抹润滑油

重复使用的螺栓应无变形以及毛刺、毛边、裂纹等损伤,使用合适的除锈剂浸泡,并对螺栓进行清洗。公称尺寸小于 M27的螺栓不宜重复使用

上紧螺栓前,所有的密封面应保持清洁、干燥。发现任何缺陷,应在装配前进行修复。

—检查

安装前核对法兰的类型(包括密封面)尺寸、压力等级。

法兰密封面应保持清洁。无缺口、沟槽和毛刺等影响密封的缺陷。

法兰与螺母或垫圈的接触表面应平整,无目视可见不均匀磨损、严重凹陷、刮痕等现象

螺栓和螺母的螺纹应无变形以及毛刺、毛边、裂纹等损伤。如发现应进行修理或替换。

使用垫圈时,应采用整体硬化垫圈。

设计文件要求核对密封垫片的尺寸和材质。密封垫片应有标示,不得随意切割或改造密封垫片。

安装密封垫片前,应确认其无任何诸如弯曲、折痕、缠绕圈松弛、表面划痕、毛刺等影响密封的缺陷。损坏的密封垫片应更换。

非金属平垫片和金属缠绕垫不应重复使用

—安装

法兰螺栓孔应与壳体主轴线或铅垂线跨中布置(见下图)。螺栓孔位这样布置的优点是密封垫出现渗漏时,不会腐蚀螺栓。

法兰密封面应正确对中(轴向和径向),法兰密封面的平行度和对中的允差应符合下列要求

法兰接头中心线错口≤1.5 mm

法兰接头密封面的不平行度<0.8 mm;

法兰螺栓孔应对准,孔与孔之间的偏移不大于3mm

上紧螺栓前,法兰密封面的间隙应不大于垫片厚度的2,不得借助外加辅助工具将其就位,也不得用强紧螺栓的方法来调整法兰的间距或消除法兰接头的偏转。

管道与动设备连接时(如泵等回转设备的进出口),法兰接头的安装允许偏差按 GB/T 20801.4的规定,且不得附加安装载荷

螺栓应垂直于法兰自由穿过螺栓孔,螺母平整贴合法兰背面

法兰接头的超标安装偏差应在垫片装人前进行修正。

安放密封垫片于法兰密封面中央,与法兰内径同心。

安装密封垫片过程中应采用适当的方法进行定位。

将法兰闭合,确保垫片不被压坏。

关于举办“TÜV-化工过程安全管理(PSM)内审员培训班”的通知

各有关单位:

化工过程安全管理(PSM)是通过对化工工艺危害和风险的识别、‌分析、‌评价和处理,‌从而避免与化工工艺相关的伤害和事故的管理方法,‌‌是一种被国际上广泛采用的行之有效的流程工业先进的事故预防和控制方法。应急管理部批准的行业标准《化工过程安全管理导则》(AQ/T 30342022),已于202341日起正式施行。为贯彻落实化工过程安全管理导则标准,推进以化工过程安全要素管理为基础安全生产标准化建设,提升企业化工过程安全管理水平,绍兴市上虞区危险化学品安全技术协会和北京中科安化工业技术中心决定联合举办“TÜV-化工过程安全管理(PSM)内审员培训班,现将有关事项通知如下:

一、培训目标

通过培训,使学员熟悉化工过程安全管理的概念和具体要求;熟悉最新颁布的标准AQ/T-3034-2022的相关要求;掌握过程安全管理的实践经验;掌握过程安全管理各要素的审核要点及要求;能在实际工作中正确运用相关知识。

二、培训内容

1、化工过程安全的基本概念;

2、化工过程安全管理系统的发展沿革;

3、不同组织颁布的PSM体系介绍;

4重点内容:化工过程安全管理要素及实践(参考AQ/T 30342022);

5、如何在工厂建立、落实化工过程安全管理系统;

6、答疑讨论。

每一个管理要素,都包括相关的案例分析、法规要求、分组讨论、常见的问题、实践经验讲解与交流以及审核要点等等。

讲师简介详见附件1

、培训时间地点

培训时间:2024年910-13日,其中10日全天报到,11-13日三天培训;

培训地点绍兴市上虞区(开班前一周培训具体地址直接通知报名者)。

四、参加培训对象

企业负责人、EHS总监、EHS经理、安全主管、安全工程师EHS体系审核员、技术经理、工艺工程师、工程经理、项目经理、班组长、维修工程师、项目工程师以及其他与PSM体系合规性和有效实施PSM的相关人员

五、培训教育方式

本次培训由国内具有较高知名度和丰富实战经验的化工过程安全管理(PSM)专家主讲。培训方式采用案例分析、交流讨论及问题反馈等方式启发思维,既让学员们感受到轻松、愉快的课堂气氛,又使学员们真正学到所需的知识和技能。

六、考核发证要求

本期培训班经德国TÜV特灵顿(上海)授权,由绍兴市上虞区危险化学品安全技术协会和北京中科安化工业技术中心联合举办。培训人员经考试测评合格将发给“TÜV THÜRINGEN PSM lnternal Auditor(TÜV-化工过程安全管理内审员)证书,此证可作为化工企业开展化工过程安全管理(PSM)有关工作的资格条件,也可以作为工程技术人员继续教育学时证明。证书可在TÜV THÜRINGEN证书查询网站上查询。

七、培训收费标准

收费标准:5000/,同一单位3人(含)以上团队收费标准另行商定。费用包含培训费、资料费、考试费、TÜV证书费、午餐费,不包括住宿费。

、报名联系方式

1、请参加培训的人员提前安排好工作,于8月31日前填写好报名回执后,发至相关邮箱:hgxh_2012@163.com邮件名:单位+PSM培训,并于95日将培训费汇到指定账号。本期培训班限定人数50人,以缴费到账为准。

2、会务联系人:

联系人:祁慧杰  手机:18518206941(微信同号)

联系人:姜岩言  手机:13260460335(微信同号)

电子邮箱:hgxh_2012@163.com   

附件1:讲师简介

苏德亮:现任杭州海樊科技有限公司总经理。业内知名过程安全专家,拥有近20年化工过程安全和管理体系从业经验。对过程安全管理体系有着深入的了解,在PSM体系搭建、过程危害分析、机械完整性、审计和培训等多个领域都有丰富的经验。主持过多个国内外跨国企业的HSE体系的框架设计和执行落地;主持超过500小时的HAZOP/LOPA分析;提供过超过200HAZOP/LOPA主持人培训。

翟庆伟:现任北京安必达安全技术服务有限公司副总经理。现任中国化学品安全协会安全专家。拥有化学工程、化学工艺和管理的综合背景,并且在化工安全领域有16年多的工作经验,2012年开始从事过程危害分析(PHA)分析、安全完整性等级(SIL)的定级和验证、风险评估、安设专篇、EHS体系建设和工艺安全管理(PSM),也是一名CFSE认证的注册功能安全工程师。服务过超过500多家企业的安全诊断工作,完成上千套工艺的风险评估。

 彬:现任北京安必达安全技术服务有限公司执行董事、技术总监,现任中国化学品安全协会安全专家。拥有近30年的石化,化工,安全咨询工作经验。擅长EHS体系建设、专长于工艺安全管理(PSM),尤其是工艺危害分析(PHA),危险与可操作性分析(HAZOP),保护层分析(LOPA),安全仪表功能的SIL等级确定(SIL)与验证,量化风险分析(QRA)。累计亲自主持的HAZOP/SIL分析项目超过1000多套,包括石化、精细合成、多晶硅、氟化工、煤化工、太阳能光伏、半导体、空分系统、炸药、新能源电池等项目。

备注:上课时间:上午8:30-12:00;下午13:30-17:30

午餐时间:中午12:00-13:30

913日课程结束后进行考试,考试合格后一周内发TÜV THÜRINGEN PSM lnternal Auditor证书。


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