一文带你了解钢制管法兰、垫片、紧固件的选配规定

一文带你了解钢制管法兰、垫片、紧固件的选配规定

在工业管道系统中，钢制管法兰、垫片和紧固件的正确选配对于确保系统的安全运行至关重要。本文将详细介绍各种介质所使用的管法兰、垫片和紧固件的选用过程，包括工业蒸汽、蒸汽冷凝水、导热油、甲醇、氮气、压缩空气、循环冷冻水、循环冷却水、软化水、工业废水和废气等。

概述

本文的内容主要出自《HGT 20592~20635-2009 钢制管法兰、垫片、紧固件》。通过一个新材料生产一体化扩建项目的案例，详细推导了各种介质所使用管法兰、垫片、紧固件的选用过程。

案例分析篇

类型一：工业蒸汽、蒸汽冷凝水、导热油

1. 介质设计参数

• 工作压力≤0.7MPa（G）的工业蒸汽管道，管道材质为20#；
• 工作压力≤0.3MPa（G）的蒸汽冷凝水管道，管道材质为20#；
• 工作压力≤0.4MPa（G），工作温度≤280℃的导热油管道，管道材质为20#；

2. 选型过程

• 法兰：根据《HGT 20614-2009 钢制管法兰、垫片、紧固件选配规定（PN系列）》以及工程设计经验，该类型管道的最大规格是DN600，经过和业主沟通及结合业主之前做法，法兰类型选用带颈对焊法兰（WN），密封面型式选用突面（RF），法兰材料选用20 锻件，制造标准执行《NBT 47008-2017 承压设备用碳素钢和合金钢锻件》。
  
  
• 垫片：根据介质类别、使用工况（压力、温度）以及法兰接头的密封要求，垫片选用非金属平垫片，密封面类型RF，材料类别选用增强柔性石墨板（RSB）。
• 紧固件：根据介质类别及使用工况（压力、温度）选择合适的紧固件，确定为全螺纹螺柱（35CrMo）+2型六角螺母（30CrMo）。

类型二：甲醇、尾气、工业废水

1. 介质设计参数

• 工作压力≤0.4MPa（G）的甲醇管道，管道材质为304，管道的最大规格是DN200；

2. 选型过程

• 法兰：法兰类型选用带颈对焊法兰（WN），密封面型式选用突面（RF），法兰材料选用304 锻件，制造标准执行《NBT 47010-2017 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》。
• 垫片：根据介质类别、使用工况（压力、温度）以及法兰接头的密封要求，垫片选用缠绕式垫片，密封面类型RF，材料类别选用D2222。D代表类型为带内环和对中环型，第一个2代表对中环材料为304，第二个2代表金属带材料为304，第三个2代表填料为柔性石墨带，第四个2代表内环材料为304。
• 紧固件：根据介质类别及使用工况（压力、温度）选择合适的紧固件，确定为全螺纹螺柱（35CrMo）+2型六角螺母（30CrMo）。全螺纹螺柱的长度Lzr如图所示 。

类型三：氮气、压缩空气

1. 介质设计参数

• 工作压力≤0.6MPa（G）的压缩空气管道，管道的最大规格是DN350，管道的材质为304；
• 工作压力≤0.4MPa（G）的氮气管道，管道的最大规格是DN350，管道的材质为304；

2. 选型过程

• 法兰：法兰类型选用带颈平焊法兰（SO），密封面型式选用突面（RF），法兰材料选用304 锻件，制造标准执行《NBT 47010-2017 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》。
• 垫片：根据介质类别、使用工况（压力、温度）以及法兰接头的密封要求，垫片选用非金属平垫片，密封面类型RF，材料类别选用聚四氟乙烯板（PTFE）。
• 紧固件：根据介质类别及使用工况（压力、温度）选择合适的紧固件，确定为等长双头螺柱（8.8）+1型六角螺母（8）。等长双头螺柱的长度Lzr如图所示 。

类型四：循环冷却水、循环冷冻水、软化水

1. 介质设计参数

• 工作压力≤0.5MPa（G）的循环冷却水管道，管道的最大规格是DN800，管道的材质为20；
• 工作压力≤0.5MPa（G）的循环冷冻水管道，管道的最大规格是DN800，管道的材质为20；
• 工作压力≤0.5MPa（G）的软化水管道，管道的最大规格是DN150，管道的材质为20；

2. 选型过程

• 法兰：法兰类型选用板式平焊法兰（PL），密封面型式选用突面（RF），法兰材料选用20 锻件，制造标准执行《NBT 47008-2017 承压设备用碳素钢和合金钢锻件》。
• 垫片：根据介质类别、使用工况（压力、温度）以及法兰接头的密封要求，垫片选用非金属平垫片，密封面类型RF，材料类别选用聚四氟乙烯板（PTFE）。
• 紧固件：根据介质类别及使用工况（压力、温度）选择合适的紧固件，确定为等长双头螺柱（8.8）+1型六角螺母（8）。

总结篇

关于法兰

法兰分为PN系列（欧洲体系）和Class系列（美洲体系），目前接触到的项目绝大多数的PN系列，化工行业里面技术引自美国或成套设备引自美国的项目一般要执行Class系列。PN系列法兰的公称压力等级采用PN表示，包括下列九个等级：PN2.5、PN6、PN10、PN16、PN25、PN40、PN63、PN100、PN160。Class系列法兰的公称压力等级采用Class表示，包括下列六个等级：Class150（折合PN20）、Class300（PN50）、Class600（PN110）、Class900（PN150）、Class1500（PN260）、Class2500（PN420）。

1. 落实管道系统中钢管外径采用的上A系列还是B系列，A系列为国际通用系列（俗称英制管），B系列为国内沿用系列（俗称公制管）。这一项工作很重要，同样是DN100的钢管，A系列的外径是114.3mm，B系列的外径是108mm。当与法兰配对时，外径不同会导致不匹配。
2. 接着落实清楚介质的工作压力，工作温度，当温度超过100℃时，需要根据《HGT 20592-2009 钢制管法兰（PN系列）》第7节压力—温度额定值进行验算。
3. 进一步落实法兰类型，根据《HGT 20592-2009 钢制管法兰（PN系列）》第3.1节法兰类型。常用的法兰类型包括板式平焊法兰（PL）、带颈平焊法兰（SO）、带颈对焊法兰（WN），承压能力WN＞PL；承插焊法兰（SW）一般只在小规格管道（≤DN50）上应用；螺纹法兰也是一般只在小规格管道（≤DN150）上应用，且只适用于不超过PN40的工况。无毒、不可燃、无腐蚀性、常温、压力＜PN16，正常工况时可选用PL，应用场景更苛刻的选用WN，选型需要具体情况具体分析，同时要结合《GBT 20801.1~6-2020 压力管道规范 工业管道 》和《TSG D0001-2009 压力管道安全技术监察规程-工业管道》并且结合项目经验确定。
4. 再落实密封面的型式，根据《HGT 20592-2009 钢制管法兰（PN系列）》第3.2节法兰密封面。一般情况下优先选用突面（RF），其承压能力比全平面（FF）更优秀。
5. 最后落实法兰的材料，一般情况下法兰的制造材料不低于管道的材料。《HGT 20592-2009 钢制管法兰（PN系列）》第4节材料中有更为细致的要求。

关于垫片

垫片的型式和材料应根据流体、使用工况（压力、温度）以及法兰接头的密封要求选用。法兰密封面型式和表面粗糙度应与垫片的型式和材料相适应。垫片的密封载荷应与法兰的额定值、密封面型式、使用温度以及接头的密封要求相适应。紧固件材料、强度以及上紧要求应与垫片的型式、材料以及法兰接头的密封要求相适应。垫片的选用大多数时候需要结合项目的设计经验做出合适的选择，而设计经验则依赖于项目经历的积累。

关于紧固件

1. 关于配对，六角头螺栓+1型六角螺母、等长双头螺柱+1型六角螺母、全螺纹螺柱+2型六角螺母。六角螺母1型和2型的区别在于2型更厚。
2. 关于选型，六角头螺栓应用场景较少，只能用于公称压力等级≤PN16，非有毒、非可燃介质以及非剧烈循环场合，且配用非金属平垫片，大多数场景是选择等长双头螺柱和全螺纹螺柱。应用范围是：全螺纹螺柱＞双头螺柱＞六角头螺栓。
3. 螺柱的性能等级要高于螺母一个等级，批次之间有严格的配用关系。这是为了保护螺柱的螺纹。比较常用的组合关系是35CrMo/30CrMo（全螺纹螺柱）、8.8/8（双头螺柱）。

参考文献

1. HGT 20592-20635-2009 钢制管法兰、垫片、紧固件
2. GBT 20801.1~6-2020 压力管道规范 工业管道
3. TSG D0001-2009 压力管道安全技术监察规程-工业管道