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一般均需經過比較精密的加工,以保證足夠的精度和光潔度,才能達到預期的密封效果。常用的法蘭密封面有平面型、凹凸型、榫槽型和自緊型等數種。
平面型密封面只有一個光滑的平面,為改善密封性能,常在密封面上車出幾道寬約1mm、深約0.5mm的同心圓溝槽,如同鋸齒。這種密封結構簡單,容易加工,但安裝時墊片不易裝正,緊螺栓時也易擠出,一般用于低壓、無毒介質的容器上。
凹凸形密封面是一對法蘭的密封面分別為凹面和凸面,且凸面高度略大于凹面深度。安裝時把墊片放在凹面上,因此容易裝正,且緊螺栓時也不會擠出。其密封性能優于平面型,但加工較困難,一般用于中壓容器。
榫槽型密封面是在一對法蘭的密封面上,將其中一個加工出一圈寬度較小的榫頭,將另一個加工出與榫頭相配合的榫槽,安裝時墊片放在榫槽內。這種密封面因墊片被固定在榫槽內,不可能向兩邊擠出,所以密封性能更好。且墊片較窄,減輕了壓緊螺栓的負荷。但這種密封面結構復雜,加工困難,且更換墊片比較費事,榫頭也容易損壞。所以,一般只用于易燃或有毒的工作介質或工作壓力較高的中壓容器上。因其在氨生產設備上用得較多,所以又稱為氨氣密封。
自緊式密封面是將密封面和墊片加工成特殊形狀,承受內壓后,墊片會自動緊壓在密封面上確保密封效果。故稱為自緊式密封面。這種密封面的接觸面積小,墊片在內壓作用下有自緊能力,密封性能好,減少了螺栓的緊力,也就減少了螺栓和法蘭的尺寸。這種密封面結構適用于高壓及壓力、溫度經常波動的容器上。
2、墊片。法蘭密封面即使經過精密的加工,法蘭面之間也會存在微小的間隙,而成為介質泄漏的通道。墊片的作用就是在螺栓的壓緊力作用下產生塑性變形,以填充法蘭密封面之間存在的微小間隙,堵塞介質泄漏通道,從而達到密封的目的。
容器法蘭連接所用的墊片有非金屬軟墊片、纏繞墊片、金屬包墊片和金屬墊片等數種。非金屬軟墊片是用彈性較好的板材按法蘭密封面的直徑及寬度剪成一個圓環。所用材料主要有橡膠板,石棉橡膠板和石棉板等,根據容器的工作壓力、溫度以及介質的腐蝕性來選用。一般低壓、常溫(≤100℃)和無腐蝕性的介質的容器多用橡膠板(經過硫化處理的硬橡膠工作溫度可達200℃);介質溫度較高(對水蒸氣∠450℃,對油類∠350℃)的中、低壓容器通常用石棉橡膠板或耐油石棉橡膠板;一般的腐蝕性介質的低壓容器常采用耐酸石棉板;壓力較高時則用聚乙烯板或聚四氟乙烯板。
纏繞墊片是用石棉帶與薄金屬帶(低碳鋼或合金鋼帶)相間纏繞制成。因為薄金屬帶有一定的彈性,而且是多道密封,所以密封性能較好。用于壓力或溫度波動較大,特別是直徑較大的低壓容器上最為適宜,因為這種墊片直徑再大也可以沒有接口。
金屬包墊片又稱為包合式墊片,是用薄金屬板(一般是用白鐵皮,介質有腐蝕性的用薄不銹鋼板或鋁板)內包石棉材料等卷制而成的圈環。這種墊片耐高溫、彈性好,防腐能力強,有較好的密封性能。但制造較為費事,一般只用于直徑較大、壓力較高的低壓容器或中壓容器上。
四、法蘭連接的緊固型式  法蘭連接的緊固型式有螺栓緊固、帶鉸鏈的螺栓緊固和“快開式”法蘭緊固等數種。螺栓緊固結構簡單、安全可靠,法蘭通常都廣泛采用這種緊固型式。但也存在拆裝費時的弱點。所以,這種緊固形式只用于一些不經常拆卸的法蘭連接。若容器端蓋常需開啟,則用帶鉸鏈的螺栓緊固。因螺栓帶有鉸鏈,法蘭上螺孔開有缺口,用這種緊固型式拆卸時不用從螺栓上卸下螺母,只要擰松后螺栓就可繞鉸鏈軸從法蘭邊翻轉下來。為了便于拆卸,螺母制成特殊的帶有蝶形或環狀的肩部。這種法蘭緊固型式雖裝卸方便省時,但法蘭較厚時,若螺栓安放稍有不正,在容器運行時可能發生螺栓滑脫飛出的意外事故。常只用于壓力較低,直徑較小的容器法蘭連接,多見于染料、制藥等化工容器。“快開式”的法蘭緊固是一種不用螺栓緊固的法蘭連接結構。用于端蓋需要頻繁開閉的壓力容器。這種緊固型式具有一對形狀比較特殊的法蘭,與容器筒體的連接的法蘭較厚,中間有一條環形槽,槽外端部圈環內側開有若干個齒形缺口;焊在端蓋上的法蘭較薄,其厚度略小于筒體法蘭上環形槽的寬度,其外徑略小于環形槽的內徑。法蘭外側開有齒形缺口節距與筒形法蘭上齒形缺口節距相同。裝配時把端蓋法蘭的缺口對齊筒體法蘭上的齒。并放入環形槽內,然后轉動端蓋約一個齒槽的距離,使兩者的齒相對齊,兩個法蘭即連接完畢。它的密封裝置一般是在筒體法蘭的密封面上加工出一條環形密封槽,裝入整體式墊片,在密封槽的底部通入蒸汽或壓縮空氣,墊片即被壓緊在端蓋的密封面上,達到密封的目的。直徑較大的端蓋,裝配時要用機械傳動減速裝置來轉動。這種法蘭緊固形式可以減輕勞動強度,節省裝卸時間,密封性能也較好。但使用時要注意安全,開蓋前必須將容器內的壓力泄盡,最好能裝設連鎖裝置來保證開蓋前容器內泄盡壓力。
容器法蘭及管法蘭,螺栓及墊片等連接件的規格均已標準化,國家及有關部門均制定了有關標準,選用時可以查閱。
5 密封結構
5.1密封結構分類    各國對壓力容器的密封結構作了許多試驗研究工作,取得了不少的成果,密封結構的型式越來越多,按照其密封機理的不同,密封結構可分為強制密封和自緊密封兩類。前者是通過緊固端蓋與筒體端部的螺栓等連接件(主要有平墊密封、卡扎密封、八角墊密封等)強制將密封面壓緊來達到密封的目的;后者是利用容器內介質的壓力使密封面產生壓緊力來達到密封(主要有O形環密封、雙錐面密封、伍德密封、C形密封、B形密封)的目的。
5.2幾種常用的密封結構
1、平墊密封。平墊密封分強制式和自緊式二種,強制式平墊密封(下稱平墊密封)的結構與一般法蘭連接密封相同,由于工作壓力較高,密封面一般都采用凹凸型或榫槽型,也有在密封面上加工幾道同心圓密封溝槽。
平墊密封結構簡單,使用時間較長,經驗比較成熟,墊片及密封面加工容易,多用于溫度不高,直徑較小,壓力較低的容器上。當壓力容器的壓力升高,直徑變大時,端蓋和筒體法蘭均需相應的增厚加大,而變得笨重,連接螺栓的規格亦需加大,數量增多,造成加工和裝配都不方便。所以,在大直徑的高壓容器上不宜采用平墊密封。此外,在溫度較高(200℃以上)和壓力、溫度波動較大的工況條件下,平墊密封也不可靠。其推薦使用范圍可查閱《設計規定》;平墊密封所使用的墊片可選用退火鋁、退火紫銅和10號鋼制作。
2、卡扎里密封。這是一種強制式密封,有外螺紋卡扎里密封、內螺紋卡扎里密封和改良卡扎里密封三種形式。其中外螺紋卡扎里密封用得最多,它的墊片是一個橫斷面呈三角形的軟金屬墊,由銅或鋁制成。容器的筒體法蘭與端蓋用螺紋套筒連接,通過擰緊壓緊螺栓加力于壓緊環而壓緊墊片來實現密封。這種結構的優點是省去了筒體端部與端蓋的連接螺栓,拆卸方便,屬于快拆結構;墊片的面積也可較小,因而所需壓緊力及壓緊螺栓的直徑也較小;密封可靠,適宜于溫度波動較大的容器。但結構復雜,密封零件多,且精度要求高,加工困難。這種密封結構常用于大直徑、高壓,需經常裝拆和要求快開的壓力容器。
內螺紋卡扎里密封的作用原理與外螺紋的基本相同,只是將帶螺紋的端蓋直接旋入帶有內螺紋的筒體端部內。密封墊片置于端蓋與筒體端部連接交界處,其上有壓緊環,通過壓緊螺栓使密封墊片的內側面和底面分別與端蓋側面和筒體端部面貼合實現密封。它比外螺紋卡扎里密封省略一個較難加工的螺紋套筒,結構簡單了一些,但它的端蓋需加厚,占據了較多的壓力空間,螺紋易受介質腐蝕,裝拆也不方便,工作條件差。一般只用于小直徑的高壓容器上。
改良卡扎里密封結構不用螺紋套筒連接端蓋與筒體,而改用螺栓連接,其他均與外螺紋卡扎里密封相同。無甚顯著的優點,所以很少采用。
3、雙錐密封。雙錐密封在端蓋的突臺上,在雙錐面和端蓋、筒體端部的密封面之間放置有軟金屬墊。為了改善密封性能,在雙錐面上還加工了二、三道半圓形溝槽。此外,端蓋突臺的側面(即與雙錐面的套合面)銑有幾條較寬的軸向槽,以便容器內介質的壓力通過這些槽作用于雙錐環的內側表面。其密封的實現一是通過擰緊主螺栓產生的壓緊力,壓緊雙錐面與筒體法蘭和端蓋的密