法兰密封是由法兰、螺栓、垫片共同作用实现的。法兰的刚度及密封面型式、螺栓预紧力、垫片性能都直接影响法兰的密封效果。管道位移对法兰产生附加力或力矩,对法兰密封也有不良影响。
1. 设备配对法兰
国外设备结构材料与国内材料机械性能不尽相同,温度压力值亦存在差异。以碳钢API阀为例。如果简单配用20号碳钢相当压力等级法兰,很可能出现法兰密封失效。因为20号钢强度较A105钢低,许用压力值也低。解决办法是核对20号钢温度压力值是否符合要求,采用强度与A105钢相当的材料(如25号钢、16Mn钢)。
2. 管道等级分界处金属垫选用
为避免异种钢焊接,不同材料等级管道多在法兰连接处分界。高压力等级法兰往往采用金属垫以承受较高的密封比压。而金属垫硬度应比法兰密封面硬度至少低HB30,因此,不同材料法兰连接,垫片(圈)应按低硬度法兰选用。否则,低硬度法兰密封面容易受到损伤,导致密封失效。
3. 法兰密封副匹配
法兰密封副是由法兰、螺栓、垫片组成的密封结构的总称,各组成件的正确匹配也影响密封效果。对某些有毒、易燃介质管法兰,为防止泄漏,规范有最低压力等级的要求,即使操作温度及压力不高,甚至远低于规定等级,螺栓、垫片材料应与之配套,以防螺栓预紧力达不到法兰垫片所需初始密封比压要求,或垫片产生过度变形。
4. 管道位移的影响
法兰出现挠性变形,使垫片受力不均,造成密封副失效。就现象看,是法兰刚度不够,其本质是管道位移对法兰产生附加力和力矩。对苛刻工况,可应用管道应力分析软件对法兰连接进行泄漏分析验算。