压力容器法兰的结构类型根据整体性程度分为整体法兰、松式法兰与任意式法兰三类。整体法兰与容器壳体一体锻造或铸造,结构刚度大,适用于高温高压工况。松式法兰与壳体不直接焊接,通过套合或螺纹连接,法兰本体不承受容器压力载荷,适合低压或衬里容器的连接。任意式法兰采用焊接方式与壳体连接,制造工艺简便,成本适中,在中低压容器中使用较为普遍。
法兰的密封面形式是影响密封效果的关键结构要素。突面法兰加工方便,垫片安装对中容易,适用于压力较低或温度波动较小的场合。凹凸面法兰通过凹凸配合限制垫片径向位移,垫片不易被介质吹出,密封可靠性较高,适合中压工况。榫槽面法兰垫片完全嵌入槽内,垫片受压均匀,密封效果稳定,适合有毒或易燃介质工况,但拆装时需注意保护密封面。
法兰密封的基本原理是通过螺栓预紧力使垫片产生压缩变形,填充密封面表面的微观不平度,形成初始密封。容器加压后介质压力作用于法兰端面,产生分离趋势,螺栓拉伸变形增大,垫片压缩量减少。垫片需保持足够的回弹能力,在螺栓伸长后仍能维持一定的接触应力。垫片材料根据介质温度与腐蚀性来选择,非金属垫片如石棉橡胶板与聚四氟乙烯适用于低温低压,金属缠绕垫片与金属齿形垫片适用于高温高压。
法兰密封效果受螺栓预紧均匀度的影响较大。紧固螺栓时分多次按对称顺序拧紧,可使垫片受力均匀,避免局部压缩过量导致垫片失效。高温工况下螺栓材料发生蠕变松弛,垫片应力下降,需在运行一段时间后再次紧固。法兰密封面在拆装过程中需注意防护,避免划伤或压痕影响密封效果。合理匹配法兰结构类型、密封面形式与垫片材料,有助于压力容器在目标工况下保持可靠的密封性能。