我国压力容器法兰标准自成体系——容器法兰的设计和选用

压力容器法兰是压力容器的常用部件，是连结各类压力容器部件的基本器件，广泛地适于石油焦化、电力、原子能、轻工等工业领域。对于容器而言，法兰应当是一个组件，包括法兰、垫片和连结螺丝或螺柱以及垫片法兰减压阀，其作用是使不同的受压器件组合在一起，同时保证连结部位不形成泄露。法兰连结的主要失效方式为接头的挠度失效，其外部表现方式为爆燃。压力容器内部的介质具备低温、高压的特性，同时具备可燃、易爆的特征或毒性，即便形成泄露，将发生严重的次生水灾，严重恐吓压力容器本体和周围设备以及人员的安全。因而容器法兰的设计和采用应优先考虑的诱因是整体密封功耗。

我国压力容器法兰标准自成机制。最早的压力容器法兰标准可以溯源到20世纪70年代，那时使用的是由一机部、石油部、化工部三部共同公布的压力容器法兰行业标准〜1164—1973。经过常年的试用及不断的修订，现今最新的标准为JB/T4700〜4707—2000《压力容器法兰》。

就法兰的结构型式和工作原理而言，压力容器法兰和管法兰没有多大差别。比较显著的差别是，压力容器法兰尺寸较大，与各种压力容器连结使用；而管法兰时不时与管子直接连结或与泵、阀、机等管线设备的进出口管子连结使用。

压力容器法兰工作原理为：当对法兰螺母施加预紧力时，螵栓力通过法兰环把螺帽压紧，致使法兰螺母形成压缩变型。当螵栓力达到一定数值后，致使法兰密封面和螺帽上的四凸不平面利用螺母变型而塞满，这就为阻挡流体介质泄露造就了初始密封条件。此刻螺母单位有效密封面积上的压紧力称为螺母的初始密封比压。当设备或管线承受介质压力后，螺丝遭到拉伸蠕变而伸长，法兰密封面顺着互相分离的方向联通，密封面与螺母之间的压紧力衰退，螺母的压缩量降低，预密切封比压升高。假如这时密封胶圈具备足够的回弹能力，螺母的变型能补偿螺丝和密封面的分离值，而使预密切封比压只增长到不大于工作密封比压，则法兰仍然保持良好的密封状态。反之，如螺母的回弹能力不足，密封比压升高到工作密封比压以下，并且密封口再次出现空隙，则密封失效。

影响压力容器法兰密封的诱因如下：

1、螺栓预紧力

适当的预紧力可保证螺母在工作时还可保留一定的密封比压，预紧力过大则会把螺帽压坏或挤出，因而破坏密封。预紧力在螺母上的分布也影响密封功耗，保证预紧力分布均匀的方式是在满足紧固和拆装螺丝所需空间的状况下，提高螺丝个数。

2、垫片密封功耗

螺母是构成密封的重要器件。合适的垫圈材料，要展现螺母在适当的预紧力作用下既能形成应当的弹性变型，又不致被压坏或挤出。工作时法兰密封面间的距离被拉大，垫圈材料又应具备足够的回弹能力，使螺母表面与法兰面密切接触，以继续保持良好的密封功耗。

3、法兰密封面特点

法兰密封面的型式和表面功耗对密封疗效的影回荡到至关重要的作用。载荷要求较严苛的场合应选用凸凹面和榫槽面。法兰密封面的平面度、密封面与法兰中心线和平行度直接影响到螺母的受力均匀程度和螺母与法兰的良好接触。法兰密封面的表面粗糙度应与螺母的要求相适应，表面不允许有锥面皱折或凹痕法兰减压阀，更不容许存在表面裂痕。

4、法兰挠度

挠度不足会使法兰形成过大挠度变型，致使密封失效。影响法兰挠度的诱因太多，其中提高法兰长度，减小法兰直径等方式都可增加法兰挠度，减少变型，使螺丝力均匀传递给螺母，荣获均匀和足够的密封比压，同时可减少密封性。减少螺丝力作用的力臂，能提高法兰承受的荷载，有促使密封。

5、操作条件

操作气温、压力和介质的物理化学功耗也影响到法兰连结的牢靠性。气温增高，介质粘度变小，泄露的倾向性减小；低温使介质物理和化学活性加强，形成对螺母和法兰的磨蚀和溶化；高溫还可使螵栓、法兰和螺母发生应力和蠕变下垂。

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