曛嗡龟ｂ是瞩磊冀曝篡赣缀豢臻鬻｜鬻黧｜鬻穗溪豢魏黎鹈法兰密封泄漏分析与预防肥城矿业集团公司（山东２７２４０４）杨劲松摘要：通过对法兰密封泄漏原因的分析，找出预防及解决办法。

关键词：法兰密封泄漏法兰连接在管道连接中普遍采用，广泛应用在化工、输油、给排水等行业。

由于法兰密封泄漏可造成输送物料、气体的泄漏损失、污染，甚至造成重大火灾或人身伤亡事故，因此必须重视法兰密封。

本文分析了造成法兰泄漏的因素及提出了预防解决的办法。

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（２）凹凸型密封面由一个凹面和一个凸面组成，这种密封面垫片便于对中，压紧时垫片不会挤出来，可用于压力稍高的场合。

（３）榫槽型密封面由一个榫面和一个槽面组成，垫片置于槽中，不会被挤压而移动，因垫片较窄，垫片压紧力相应较小，其缺点是结构与制造复杂，更换垫片也比较费事。

一般用于易燃、易爆、有毒介质以及压力较高的场合。

２．对法兰密封面的要求对法兰密封面的要求主要是表面粗糙度。

使用金属垫片的密封面，要求法兰表面粗糙度值要小一些；而使用软质垫片的密封面，表面粗糙度值过小反而不好，因为此时发生界面泄漏的阻力变小了，容易发生泄漏。

法兰表面上车削出几圈密封线（或称水线），也是为了防止泄漏。

３．法兰的刚度法兰应达到一定的刚度，法兰刚度不足时，会引起翘曲变形或波浪变形，导致密封失效。

１．垫片的性能垫片是法兰密封的重要组成部分，垫片的好坏直接影响密封性能。

垫片材料应当致密，不易浸渍介质，同时可耐受温度及压力波动和介质腐蚀。

要有适宜的变形回弹能力和较小的永久变形。

一般回弹能力大的垫片能适应压力和温度的波动，材料致密的垫片，不易渗透泄漏或被腐蚀老化。

２．法兰与垫片的硬度差法兰密封主要是通过垫片产生弹性或塑性变形，从而填满法兰面的的微小凹凸不平，阻止界面泄漏。

所以垫片的硬度应低于法兰，在允许范围内，二者之间相差越大，实现密封就越容易。

法兰密封是通过紧固螺栓压紧垫片实现密封的，预紧螺栓时，通过法兰压紧垫片，使垫片产生弹性或塑性变形，从而填满法兰面的微小凹凸不平来实现密封。

操作时还可使垫片残留较大的密封比压，保持良好的密封状态。

螺栓预紧力必须均匀对称地作用于垫片上，预紧力过小，垫片没有压紧就不能止漏，但预紧力过大往往又会使垫片产生过大的压缩变形，使垫片失去回弹能力甚至破坏。

使用条件主要是指系统的压力、温度以及介质的物理和化学性质。

单纯的压力或介质因素对密封的影响并不是主要的，只有在与温度联合作用下，尤其是在波动的高温下，将会严重影响密封的性能。

在高温下，介质对垫片的溶解和腐蚀作用加剧，增加了泄漏的可能性，法兰、螺栓、《萨黉目黧麴錾２００４年第６期３７万方数据ＳＧＤ型高压多级泵的改进安徽三联泵业有限公司（安徽２３８２００）许元兰摘要：详细分析了大型多级离心泵平衡盘失效与轴承烧瓦的原因，提出了有效的改进方案。

关键词：高压多级泵平衡盘滑动轴承煤矿工作面大都在井下几十米乃至几百米，地下水渗入工作面是经常发生的事。

为确保矿井安全，防止大规模渗水对煤矿安全的影响，矿井下均设置水泵房，排出地下水。

几乎所有的煤矿水均含有来自开采工作面的悬浮状磨粒（煤渣或煤灰），虽然许多场合采取多种措施，除去粗磨粒，但要想将细磨粒也全部清除则是不切实际的，为此，煤矿用泵需要高度的可靠性，并具有抗腐蚀性和磨蚀性水质的能力。

ｓＧＤ型高压多级离心泵是用于矿山的排水泵，经过数年的运行表明，该型泵能够满足煤矿要求，运行状态良好，受到用户的好评。

但在样机试制与工业运行初期遇到一些问题，如平衡盘失效，出现咬合死机，滑动轴承烧瓦等现象。

如图１所示，ｓＧＤ型节段式高压多级离心泵，轴向力由平衡盘来自动平衡，轴承为巴氏合垫片可能产生蠕变和应力松弛，使密封比压下降，如果温度和压力均有波动时垫片将会疲劳，使密封失效。

在低温下使用的密封，由于法兰和螺栓冷却速度不一样，垫片预紧力会不均匀地降低，加上垫片在低温下的收缩和弹性降低，都会加速泄漏的产生。

这就要求使用条件要平稳，尽量避免压力和温度产生剧烈波动，在使用一段时间后再紧一次螺栓，这对高温和有冷热循环的使用场合尤为重要。

当然，影响法兰密封性能的因素还有很多，比如法兰表面的机械损伤或径向刻痕，安装时两法兰面不平行，管道的柔性不够及应力等。

法兰表面要保持洁净，不允许有机械损伤和腐蚀损坏以及残留的旧垫片。

检查法兰表面粗糙度是否合适，法兰面的凸台是否能对准，两法兰面问的间隙不能太大，两密封平面的平行度必须满足使用垫片形式的要求，螺栓荷载只能用于压紧垫片，而不能用于拉拢法兰。

检查垫片的形式、材料、尺寸和螺栓是否符合规定的要求。

将垫片３８妒錾缮燃２００４年第６期放入正确的位置，均匀地拧紧螺栓，并检查组装是否正确良好。

螺栓须对称逐渐拧紧，如需一定的螺栓应力，则应使用指针式扭力扳手，以获得正确的螺栓预紧力，在大法兰上也可用液压螺栓张力器测量螺栓的伸长量。

垫片需要一定压紧度的场合，须用塞尺检查垫片是否压紧到合适程度。

按使用情况，对高温和有冷热循环的使用场合，垫片在使用一段时问后需再紧一次。

非金属垫片必须储存于干燥凉爽的地方，不要直接暴露于阳光或有臭氧的地方，应该平放而不能挂在钩上，储存期超过２年须检查是否已经变质，储存垫片的箱盒必须标明垫片的材料、形式、尺寸、法兰的温度、压力等级等技术数据，以免用错。

造成法兰密封泄漏的原因是多方面的，以上只是根据现场使用情况做了简单分析，通过不断的技术改进及合理的安装使用，将会大大减少法兰密封的泄漏。

（收稿日期：２００４／０５／１１）万方数据法兰密封泄漏分析与预防作者：杨劲松作者单位：肥城矿业集团公司,山东,272404刊名：通用机械英文刊名：GENERAL MACHINERY年，卷(期)：2004，""(6)引用次数：0次1.期刊论文沈跃辉.Shen Yuehui HU871熔体热媒热交换器封头法兰密封的失效分析及处理-金山油化纤2003,22(3)在对HU871熔体热媒热交换器封头法兰密封失效原因进行理论分析的基础上,提出了解决该问题的方法:将原来的石棉封头法兰密封垫片改为基本型金属柔性石墨缠绕垫片.在一定法兰连接螺栓预紧力作用下,法兰密封泄漏明显减少,从而解决了热交换器封头法兰密封失效的问题.2.期刊论文钟永芳.姚泽龙.赵云松.ZHONG Yong-fang.YAO Ze-long.ZHAO Yun-song无垫片焊接密封法兰计算方法的讨论-化肥设计2006,44(3)应用华脱尔斯法建立了内、外焊唇焊接法兰结构的力学模型,在相同设计条件和材料状况下,进行了内、外焊唇结构法兰的受力分析、设计计算和结构尺寸对比.笔者认为:如果设计计算成立且焊接条件允许,内焊唇结构的法兰比外焊唇结构的法兰螺栓载荷减小,截面积减少,法兰直径和厚度也相应大幅降低.3.期刊论文潘仁度从分子密封学角度分析法兰-垫片系统的密封及其改进-润滑与密封2004,""(2)从分子密封学角度简要论述了法兰-垫片系统保持密封的机理及可采取的一项改进措施.4.期刊论文诸士春.陆晓峰.ZHU Shi-chun.LU Xiao-feng形状记忆合金在法兰密封连接中的应用-核动力工程2009,30(3)形状记忆合金的记忆效应和超弹性可以用来补偿法兰密封连接由于蠕变松弛所造成的密封压紧力下降,提高法兰密封连接的可靠性.本文概述了目前国外形状记忆合金在法兰密封连接中的应用研究现状,对Ti-Ni-Pd、Ti-Ni-Hf、Fe-Mn-Si、Cu-Al-Ni和Ni-Al-Mn等合金在法兰连接上的应用前景作了初步探讨.分析认为,将形状记忆合金用于法兰连接中,除了需要考虑法兰密封连接的结构设计外,还需要积累大量基础研究数据,深入研究其记忆效应和母相状态下的压缩回弹特性,从而在对密封压紧力的稳定性和可靠性进行综合考虑后,开发出适用的高性能法兰密封连接.5.学位论文周先军高温大口径法兰瞬态密封设计方法研究2008法兰密封研究是法兰、管道连接的关键内容，大口径法兰密封由于法兰口径的增加，温度、压力波动等因素影响更易产生泄漏，因此高温大口径法兰瞬态密封研究是当前国际上密封技术的研究热点，而国内研究尚属空白。

为此，本文系统开展高温大口径法兰瞬态密封设计方法研究，建立起非金属多孔介质垫片渗流模型，采用三维有限元方法对大口径法兰进行了多种工况下的数值模拟，以控制泄漏率为主，深入探讨影响法兰泄漏的主要原因，基于正交试验采用有限元法研究法兰参数对密封性能的影响，提出了高温大口径法兰基于紧密度的瞬态密封设计方法。

本文的主要研究进展如下：1.考虑垫片尺寸以及压紧应力与材料孔隙度之间的关系等因素，推导建立了非金属均质多孔介质垫片渗流模型及其泄漏率表达式。

以缠绕垫片泄漏率试验为基础，回归得到金属石墨缠绕垫片的泄漏率公式，可较为准确地预估垫片泄漏率并作为评判标准。

2.考虑螺母与法兰、垫片与法兰的非线性接触以及垫片性能的非线性，建立常温大口径法兰力学模型并进行预紧工况的有限元分析计算。

研究建立高温大口径法兰三维传热模型，并进行法兰稳态和瞬态温度场及其热-结构耦合场的有限元计算，分析得到垫片应力与螺栓载荷、法兰温度之间的相对关系，螺栓载荷与温度和预紧载荷变化之间的规律，以及瞬态工况下的温度场和热-结构耦合场中应力与温度、时间的关系等，这些规律对于法兰的设计和螺栓应力在线检测都具有一定的指导意义。

3.采用正交试验设计法，构建L27（313）和L18（37）正交表对高温大口径法兰进行参数化有限元分析，考察法兰压力、温度、垫片回弹模量和螺栓预紧应力等因素对缠绕垫片工作应力的影响，回归得到缠绕垫片工作应力与法兰工作温度、法兰压力、缠绕垫片回弹模量和螺栓预紧载荷之间的关系式。

同时利用缠绕垫片分级制造实验数据回归得到常温下垫片回弹模量与分级制造参数之间的关系式，从而可利用缠绕垫片分级制造技术调节生产参数满足实际工况对缠绕垫片的性能需求。

4.提出基于紧密度的法兰瞬态密封设计方法并编程实现。

该设计方法不改变法兰结构，在法兰设计阶段预估设备温度和压力波动工况下的垫片应力变化，利用泄漏率公式判断是否满足选定的紧密度，如果不满足则改变螺栓预紧载荷或利用缠绕垫片分级制造技术调节垫片回弹模量，在一定范围内调节泄漏率满足紧密度要求，实现瞬态工况下的法兰密封设计。