换热设备法兰密封原理

在换热器设备的设计中，冷媒与热媒的接口通常采用螺栓法兰盘连接。螺栓法兰通常由一对法兰、若干螺栓、螺母和一个垫片组成。通过紧固螺栓，使得法兰压紧垫片从而达到密封的目的，此种密封属于强制密封。

冷热媒介质在法兰接口处出现泄漏时，通常是“垫片渗漏”或“压紧面泄漏”两种类型。

1.垫片渗漏：意思是流体介质通过垫片本身的缺陷而产生的的渗漏，除了与介质的工作温度、环境压力等有关系外，主要是由于垫片本身的材质结构。

2.压紧面泄漏：介质通过垫片与法兰之间的间隙泄漏，泄漏程度与接触界面大小有关，也是换热器运行过程中出现法兰密封失效的主要形式。

尽管目前加工法兰与垫片的工艺日臻完善成熟，精度越来越高，但仍不免两者在经过螺栓加压紧密接触后存在间隙。这种微不足道的间隙在换热器长时间运行过程中，受到机械震动的影响，受压不均匀的垫片就会出现变形不稳定，使得间隙压力小的地方出现介质浸入。

当然，为了防止泄漏情况易于出现，需要在初始密封及操作密封上创造有利条件。法兰与垫片在被拧紧的螺栓加压后，迫使垫片变形填充了法兰与垫片本身接触面不平整的空隙。此时垫片单位有效密封面积上的压紧力称为垫片的预紧密封比压。当设备或管道承受换热介质压力后，螺栓受到拉力而伸长，密封面与垫片之间的压紧力下降，垫片松弛，预紧密封比压下降。如果此时垫片有足够的回弹能力，使得预紧密封比压只下降到不小于工作密封比压，即密封面与垫片表面间能保持足够大的介质阻力，使之大于密封面两侧压差形成的泄漏推动力，则法兰依然保持着良好的密封状态。反之如果垫片回弹能力不足，密封比压下降到工作密封比压之下，这个情况下密封将失效，造成介质泄漏。

那影响法兰垫片密封效果的因素还有哪些呢？

第一点重要的因素是螺栓的预紧力。合适的预紧力可以保证垫片在工作时还保留一定的密封比压，预紧力过大则会将垫片压坏或挤出法兰盘接触面，从而损坏了密封目的。预紧力在垫片上的分布也影响密封性能，保证预紧力分布均匀的方法是在满足紧固和拆卸螺栓所需空间的情况下，增加螺栓个数。

第二个因素是垫片的密封性能。合适的垫片选材能够使得垫片在合理的预紧力作用下既能产生必需的弹性变形，又不至于被挤压变形损坏或挤出法兰片界面。选用垫片材料时还应考虑工作介质和温度。另外，垫片的宽度也是影响密封性能的一个重要因素，垫片越宽，所需的预紧力就越大，从而对法兰及螺栓的尺寸要求也就越大。但是如果尺寸过于窄小，则很容易因压力过大而压损，致使连接失效。

第三个因素就是法兰与螺栓的材质刚度。刚度不足很容易造成法兰与螺栓在工作介质的压力下，产生变形，造成与垫片之间产生空隙，使得密封失效。螺栓的间距也是需要考虑的一个因素，间距适当，传递压力均匀，才使得垫片受力均匀及产生足够的密封比压，提高了密封性能。

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