法蘭種類以及選用標準

本文節(jié)選自 《壓力管道設計及工程實例(二版) 第4章》

    一、        法蘭(Flange)的種類

　　1.      結構型式 按法蘭與管子的連接方式分成以下五種基本類型，見圖4.7.1。

　　1）      螺紋法蘭(Threaded Flange)

　　2）      平焊法蘭(Slip-on Welding Flange(SO))

　　3）      對焊法蘭(Welding Neck Flange (WNF))

　　4）      承插焊法蘭(Socket Welding Flange)

　　5）      松套法蘭(Lap Joint Flange (LJF))

圖4.7.1  法蘭與管子的連接方式

　　2.      密封面型式 法蘭密封面有寬面、光面、凹凸面、榫槽面和梯形槽面等幾種，見圖4.7.2。

圖4.7.2  法蘭密封面型式 

　　3.      法蘭代號

　　不同的標準其法蘭的密封面及型式的名稱、代號略有區(qū)別。見表4.7.1、表4.7.2。

　　二、        法蘭結構型式的選用

　　1.      螺紋法蘭(Threaded Flange)

　　1）  螺紋法蘭的特點

　　螺紋法蘭是管子與法蘭之間用螺紋連接，在法蘭內(nèi)孔加工螺紋，將帶螺紋的管子旋合進去，不必焊接。因而，具有方便安裝、方便檢修的特點。

　　2）  螺紋法蘭的種類

　　螺紋法蘭有兩種。一種螺紋法蘭公稱壓力較低，一般用在鍍鋅鋼管等不宜焊接的場合，溫度反復波動或高于260℃和低于-45℃的管道也不宜使用。另一種用于高壓工況，利用帶外螺紋，并加工成一定形狀密封面的兩個管端配透鏡墊加以密封。這種法蘭以往多用于合成氨生產(chǎn)。此外，在任何可能發(fā)生裂隙腐蝕、嚴重浸蝕或有循環(huán)荷載的管道上，應避免使用螺紋法蘭。

　　2.      平焊法蘭(Slip-on Welding Flange(SO))

　　1）  平焊法蘭是將管子插入法蘭內(nèi)孔中進行正面和背面焊接，具有容易對中，價格便宜等特點。多用于介質條件比較緩和的情況下，如低壓非凈化壓縮空氣、低壓循環(huán)水。

　　2）  平焊法蘭的種類

　　一種是板式平焊法蘭，這種法蘭剛性較差，焊接時易引起法蘭面變形，甚至在螺栓力作用下法蘭也會變形，引起密封面轉角而導致泄漏，因而一般用于壓力溫度較低，相對不太重要的管道上，石化工業(yè)中一般規(guī)定只宜用于PN≤1.0MPa的水、低壓蒸汽和空氣管道上。

　　另一種是帶頸平焊法蘭（Slip-on Flange）這種法蘭的短頸使法蘭剛度和其承載能力大有提高。法蘭本身的制造工藝比對焊法蘭要簡單，與管子連接的焊接與板式平焊法蘭一樣為角焊縫結構，施工比較簡單省事，帶頸平焊法蘭的公稱壓力等級、由低到高，范圍較廣，完全適用于過去國內(nèi)習慣使用板式平焊法蘭的場合，但在有頻繁的大幅度溫度循環(huán)的管道上不應使用。

　　3.      對焊法蘭(Welding Neck Flange (WNF))

　　這種法蘭系將法蘭焊頸端與管子焊接端加工成一定形式的焊接坡口后直接焊接，施工比較方便。由于法蘭與管子焊接處有一段圓滑過渡的高頸，法蘭頸部厚度逐漸過渡到管壁厚度，降低了結構的不連續(xù)性，法蘭強度高，承載條件好，適用于壓力溫度波動幅度大或高溫、高壓和低溫管道。

　　4.      承插焊法蘭(Socket Welding Flange)

　　與帶頸平焊法蘭相似，只是將管子插入法蘭的承插孔中進行焊接，一般只在法蘭背面有一條焊縫。常用于PN≤10.0MPa，DN≤40的管道中；美國法蘭標準ASME B16.5不推薦承插焊法蘭用于具有熱循環(huán)或較大溫度梯度條件下的高溫≥260℃或低溫≤-45℃的管道上。在可能產(chǎn)生裂隙腐蝕或嚴重浸蝕的管道上也不應使用這種法蘭。

　　5.      松套法蘭(Lapped Joint Flange (LJF))

　　常用于介質溫度和壓力都不高而介質腐蝕性較強的情況。松套法蘭一般與翻邊短節(jié)（Stub end）組合使用，即將法蘭圈松套在翻邊短節(jié)外，管子與翻邊短節(jié)對焊連接，法蘭密封面（凹凸面、榫槽面除外）加工在翻邊短節(jié)上。

　　此外，還有平焊環(huán)和對焊環(huán)板式松套法蘭。由于法蘭本身不與介質相接觸，只要求翻邊短節(jié)或焊環(huán)與管材一致，法蘭本體的材質完全可與管材不同，因而尤其適用于腐蝕性介質管道上，可以節(jié)省不銹鋼，有色金屬等貴重耐腐蝕材料。

　　6.      整體法蘭(Integral Flange)

　　常常是將法蘭與設備、管子、管件、閥門等做成一體，這種型式在設備和閥門上常用。

　　7.      法蘭蓋(Blind  Flange)

　　又稱盲法蘭,設備、機泵上不需接出管道的管嘴，一般用法蘭蓋封死，而在管道上主要用于管道端部作封頭用。為了與法蘭匹配，基本上有一種法蘭就有相應的法蘭蓋。

　　8.      大小法蘭(Reducing Flange)

　　也叫異徑法蘭，除接管口徑外，法蘭的尺寸為兩口徑中較大口徑的標準平焊法蘭尺寸，只是接管口徑，比該法蘭的正常口徑要小，這種法蘭一般不推薦使用，只有當設備、機泵管嘴口徑大于所要連接的管子，且安裝尺寸又不允許裝大小頭或裝幾個大小頭顯得很不合理時才選用大小蘭法。目前大小法蘭僅限于PN≤2.5MPa且只有原石油部有此標準。

　　三、        法蘭密封面型式的選用

　　1.      全平面密封面(Flat Face; Full Face (FF))

　　常與平焊型式配合以適用于操作條件比較緩和的(ASME B16.5 僅 PN2.0的法蘭有這種密封面)工況下；常用于鑄鐵設備和閥門的配對法蘭。我國石化工業(yè)管道很少用這種密封面的法蘭。

　　2.      凸臺面密封面(Raised  Face)

　　是應用最廣的一種型式，尤其是國外不少公司所有公稱壓力等級的法蘭幾乎都用RF密封面，它常與對焊和承插焊型式配合使用，在"美式法蘭"中，常用在PN2.0、PN5.0和部分PN10.0MPa壓力等級中；在"歐式法蘭"中則常用在PN1.6、PN2.5MPa壓力等級。這種法蘭的法蘭面上有凸出的密封面，凸臺高度國內(nèi)機標法蘭與DN有關，DN15～32為2mm；DN40～250為3mm；DN300～500為4mm；DN≥600為5mm；與公稱壓力無關，而美國法蘭則與公稱壓力有關，PN≤300psi的凸面高度一律1.6mm，PN≥400psi則為6.4mm，與公稱直徑無關。

　　3.      凹凸面密封面(Male-female Face)

　　常與對焊和承插型式配合使用，由兩個不同的密封面一凹一凸組成。這種密封面減少了墊片被吹出的可能性，但不能保護墊片不擠入管中，它不便于墊片的更換。在"美式法蘭"中不常采用，在"歐式法蘭"中常用在PN4.0的法蘭，PN6.4MPa、PN610MPa的法蘭也有用這種密封面的。

　　4.      榫槽面密封面(Tongue-groove Face)

　　使用情況同凹凸面法蘭；

　　5.      環(huán)槽面密封面(Ring Joint Face)

　　常與對焊連接型式配合(不與承插焊配合)使用，主要用在高溫、高壓或二者均較高的工況。在"美式法蘭'中，常用在PN10.0(部分)、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPa壓力等級中。在"歐式法蘭"中常用在PNl0.0、PN16.0、PN25.0、PN32.0、PN42.0。

　　四、        法蘭系列

　　目前國際上管法蘭主要有兩個體系。

　　一是以德國DIN（包括原蘇聯(lián)）為代表的法蘭體系，公稱壓力為0.1、0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0、32.0、40.0MPa，公稱直徑范圍6～4000mm，法蘭類型有板式平焊、帶頸對焊、螺紋、翻邊松套、平焊環(huán)松套、對焊環(huán)松套、法蘭蓋等，密封面有全平面、突面、凹凸面、榫槽面、環(huán)連接面、透鏡面等。

　　另一體系是以美國ASME B16.5為代表的法蘭體系，其公稱壓力為150、300、400、600、900、1500、2500（Psi），公稱直徑范圍15～600mm，法蘭類型有帶頸平焊、承插焊、螺紋、松套、帶頸對焊和法蘭蓋，密封面有全平面、突面、大小凹凸面、大小榫槽面和環(huán)連接面。

　　我國目前使用的法蘭標準較多，但歸納起來也是分別靠國際上的兩個體系。以往使用較多的機械部標準法蘭（JB）靠德國標準；中國石化法蘭標準（SH）靠美國ASME B16.5；國標法蘭（GB）根據(jù)公稱壓力分別靠兩個體系；中國化工行業(yè)法蘭標準（HG）很清楚的分為歐洲與美洲系列、分別靠德國與美國的法蘭標準，而且在歐洲系列中有兩種接管外徑尺寸，能適應不同外徑系列的管道，因而適用性大大提高。

　　表示管法蘭特征的應是法蘭類型、公稱壓力、密封面形式、公稱直徑和材質。所有法蘭標準均有各自的范圍，因此必須查找有關法蘭標準核實后方能正確選用所需要的法蘭。

　　五、        鋼制管法蘭型式參數(shù)

　　1.   歐洲體系

　　表4.7.3  鋼制管法蘭型式參數(shù)（歐洲體系）

　　表4.7.3中法蘭密封面型式代號含義為：

　　2.   美洲體系

   　　表4.7.6的幾點說明；

　?、俜ㄌm密封面型式含義同表4.7.3。

　　2公稱壓力等級系列為：2.0MPa(Class150)，5.0MPa(Class300)，11.90MPa (Class600)，15.O MPa (Class900)，26.0MPa(Class1500)，42.0MPa(Class2500)共6個等級。

　?、酃Q通徑以英制為基礎．由15～1500mm共38種，它們與鋼管外徑的對應關系見表4.7.7。

　　表4.7.7

　　六、        不同介質環(huán)境管法蘭的型式選擇

　　七、        常用法蘭標準規(guī)范

　　1)   GB/T 9112～9124-2000鋼制管法蘭

　　2)   GB/T 13402-2005大直徑碳鋼管法蘭

　　3)   JB/T 74-1994管路法蘭及墊片

　　4)   HG 20592～20635-1997鋼制管法蘭、墊片、緊固件（HG 20592～20605歐洲體系法蘭標準； HG 20615～20626美洲體系法蘭標準）

　　5)   SH 3406-1996石油化工鋼制管法蘭

　　6)   ASME B16.5 管法蘭和法蘭配件

　　7)   ASME B16.47大直徑鋼法蘭

　　8)   MSS SP-44 鋼制管法蘭

　　9)   JIS B2220 鋼制焊接式管法蘭

　　10)  JIS B2238鋼制管法蘭通則

　　11)  BS 1560管、閥門和配件用圓法蘭

　　12)  BS 4504管、閥門和配件用圓法蘭

　　13)  DIN 2527,2573,2576,2627～2638,2673,2552,2653,2655,2656,2641,2642,2565～2569德標法蘭系列