一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件制造技术

一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件，包括具有第一密封面的第一法兰，及具有第二密封面的第二法兰，第一、第二密封面之间设置有密封垫片，第一法兰、密封垫片和第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，本申请的法兰组件中的第一法兰、第二法兰及设置于法兰组件内侧的密封垫片的独特结构，使得密封垫片的密封面被压紧后能反作用施加给法兰密封面一种贴紧力，在力学行为上表现为回弹性能的提高，从而取得优良的密封性能，密封系统松弛后，密封垫片有足够的回弹继续保持与法兰密封面的紧密贴合，除此之外，本申请的法兰组件比其他结构更适用于大型结构在高温高压及其波动工况下的动态密封，同时能够作为产品整体销售，便于市场上大面积的推广。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件
本申请涉及用于石油炼制与化工、煤化工、化肥工业、及其它各种化工、空调、空冷、电力设施的承压设备(例如：锅炉、压力容器、换热器、压力管道、储气瓶等)开口连接的密封技术，特别涉及一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件。
技术介绍
现有的承压设备开口连接的密封垫片中，环形平垫是应用最为广泛的一种，其结构种类也很多，包括有橡胶垫、石棉垫、金属平垫、铁包垫、缠绕垫、波齿石墨复合垫等结构。现有配对法兰环形平垫密封副技术中典型的结构如图1所示，每个法兰一般是由法兰盘11、安装螺栓螺母紧固件的螺栓孔12、颈部13、与承压壳体对接的端部坡口14、环形平垫15和圆环形平面的密封面16组成，环形平垫15上开设有螺栓穿过的螺栓穿过孔。螺栓穿过上下两个法兰的螺栓孔12，螺栓端部上紧螺母，使两个法兰的密封面16相互靠近，压紧环形垫片15，使法兰内部压力p的介质无法从虚线箭头方向通过环形垫片及其与法兰之间的密封面流窜到法兰外部。该类传统结构普遍存在的实际问题是，当使配对法兰内部介质的压力p、温度T升高或波动时，较高的压力在法兰的两端产生实线箭头所示的拉力F，较高的温度使螺栓受热膨胀伸长，密封系统松弛，环形垫片15没有足够的回弹继续保持与法兰密封面16的紧密贴合，高温高压介质通过密封面流窜到法兰外部，引发爆炸燃烧事故。由此可见，承压设备开口连接的密封技术成为整台设备的关键。从技术层面分析，配对法兰内部介质泄漏的根本原因是：在密封系统松弛后，环形垫片15没有足够的回弹继续保持与法兰密封面的紧密贴合，同时配对法兰的密封面从法兰中心孔位置一直延伸至法兰的外端缘，其中需要跨过螺栓，该密封面从内到外贯穿不便于法兰内部的自紧密封。特别是大型装置大修期间，结构简单、零件少的法兰组件能缩短一天检修时间都能产生显著的经济效益。随着装置的大型化、环境保护意识的增强，油品质量的提升需要采取更高温高压下的工艺，装置中起缓冲和储备作用的压力容器减少，反应器和换热器等核心设备的操作难度增大，经常直接受到流体介质压力和温度的波动冲击，原有的设备开口密封结构难以适应新形势的工艺和管理要求，因此，研发一种能够应用于高温高压及其波动工况的，且密封可靠性好、结构简单，适合市场整体推广销售的法兰组件，在工程
具有极为深远和重大的意义。
技术实现思路
本申请的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种结构简单、密封可靠性好，且能够成为产品整体出售并具有通用性的能够应用于高温高压及其波动工况的法兰组件。本申请的目的通过以下技术方案实现：提供了一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其中：所述第一法兰包括自所述第一法兰的法兰盘的内表面向外凸出的外凸台阶，所述外凸台阶由依次相接的第一外凸环面、第一环形平面以及第二外凸环面组成，所述第一外凸环面和所述第二外凸环面平行设置、且所述第一外凸环面和所述第二外凸环面均与所述第一环形平面垂直设置；所述第二法兰包括自所述第二法兰的法兰盘的内表面向内凹进的内凹台阶，所述内凹台阶包括由依次相接的第一内凹环面和第二环形平面组成，所述第一内凹环面和所述第二环形平面垂直设置；所述外凸台阶的台阶面的宽度小于所述内凹台阶的台阶面的宽度，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙；所述第一环形平面为所述第一法兰的第一密封面，所述第二环形平面为所述第二法兰的第二密封面；所述密封垫片包括垫片本体，所述垫片本体为由环形基体和设置于所述环形基体的外表面的凹槽的填料层组成的呈碟形斜面密封面的垫片本体，所述环形基体的中心孔的截面形状为等腰梯形，所述密封垫片邻近所述环形基体的中心孔的最高沿抵接于所述第一环形平面的内缘部，所述密封垫片远离所述环形基体的中心孔的最高沿抵接于所述第二环形平面的外缘部。其中：所述碟形斜面密封面的形状包括圆锥形斜面、凸弧形斜面和凹弧形斜面。其中：所述环形基体为由基体单元沿周向旋转形成的封闭结构，所述基体单元的形状为梯形、矩形和三角形中的任一种。其中：所述环形基体为由单层金属体组成或者为由两层以上金属体密封连接组成，所述两层以上金属体间相邻的两层金属体在其一端沿通过焊接密封连接，其另一端沿呈开口结构。其中：所述环形基体的凹槽为齿条形凹槽、弧线形凹槽、矩形凹槽和波纹线形凹槽中的任一种凹槽或者任几种凹槽的组合。其中：所述环形基体的上端沿和下端沿均倒圆角设置。其中：所述填料层为石墨层、橡胶层、塑料层和粘胶层中的任一种填料层或者任几种填料层的组合。其中：所述第一内凹环面的高度大于所述第一外凸环面的高度。本申请的有益效果：本申请的法兰组件中的第一法兰、第二法兰及设置于法兰组件内侧的密封垫片的独特结构，使得密封垫片的密封面被压紧后能反作用施加给法兰密封面一种贴紧力，在力学行为上表现为回弹性能的提高，从而取得优良的密封性能，密封系统松弛后，密封垫片有足够的回弹继续保持与法兰密封面的紧密贴合，密封可靠性好，除此之外，本申请的法兰组件还具有结构简单、装卸简便、有利于密封，比其他结构更适用于大型结构在高温高压及其波动工况下的动态密封，同时能够作为产品整体销售，便于市场上大面积的推广。附图说明利用附图对本申请作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本申请的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是现有传统技术中的配对法兰的结构示意图。图2是本申请的一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件的整体对称剖面结构示意图。图3是本申请的一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件中的一种密封垫片的整体对称剖面结构示意图。图4是本申请的一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件中的一种密封垫片开始被法兰密封面压紧的局部结构示意图。图5是本申请的一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件中的一种密封垫片被法兰密封面压平后的局部结构示意图。图6是本申请的一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件中的一种密封垫片的其一局部结构示意图。图7是本申请的一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件中的一种密封垫片的其一局部结构示意图。图8是本申请的一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件中的一种密封垫片的其一局部结构示意图。图9是本申请的一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件中的一种密封垫片的其一局部结构示意图。在图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9中包括有：11——法兰盘、12——螺栓孔、13——颈部、14——端部坡口、15——环形平垫、16——圆环形平面的密封面；110——第一法兰、111——第一外凸环面、112——第一环形平面、113——第二外凸环面、120——第二法兰、121——第一内凹环面、122——第二环形平面、200——密封垫片、2——垫片本体、21——环形基体、211——金属体、22——凹槽、3——填料层、4——密封焊缝、5——碟形斜面密封面、P——承压设备内介质的压力，F——压力介质作用在法兰端部的力，Q——法兰密封面施加给密封垫片的力，M——密封垫片恢复原形的弹性扭矩，r——圆滑过渡的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其特征在于：所述第一法兰包括自所述第一法兰的法兰盘的内表面向外凸出的外凸台阶，所述外凸台阶由依次相接的第一外凸环面、第一环形平面以及第二外凸环面组成，所述第一外凸环面和所述第二外凸环面平行设置、且所述第一外凸环面和所述第二外凸环面均与所述第一环形平面垂直设置；所述第二法兰包括自所述第二法兰的法兰盘的内表面向内凹进的内凹台阶，所述内凹台阶包括由依次相接的第一内凹环面和第二环形平面组成，所述第一内凹环面和所述第二环形平面垂直设置；所述外凸台阶的台阶面的宽度小于所述内凹台阶的台阶面的宽度，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙；所述第一环形平面为所述第一法兰的第一密封面，所述第二环形平面为所述第二法兰的第二密封面；所述密封垫片包括垫片本体，所述垫片本体为由环形基体和设置于所述环形基体的外表面的凹槽的填料层组成的呈碟形斜面密封面的垫片本体，所述环形基体的中心孔的截面形状为等腰梯形，所述密封垫片邻近所述环形基体的中心孔的最高沿抵接于所述第一环形平面的内缘部，所述密封垫片远离所述环形基体的中心孔的最高沿抵接于所述第二环形平面的外缘部。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于高温高压及其波动工况的法兰组件，包括具有第一密封面的第一法兰，以及具有第二密封面的第二法兰，所述第一密封面和所述第二密封面之间设置有密封垫片，所述第一法兰、所述密封垫片和所述第二法兰在紧固件的作用下紧密贴合，其特征在于：所述第一法兰包括自所述第一法兰的法兰盘的内表面向外凸出的外凸台阶，所述外凸台阶由依次相接的第一外凸环面、第一环形平面以及第二外凸环面组成，所述第一外凸环面和所述第二外凸环面平行设置、且所述第一外凸环面和所述第二外凸环面均与所述第一环形平面垂直设置，第二外凸环面为第一法兰的中心孔的孔壁的一部分；所述第二法兰包括自所述第二法兰的法兰盘的内表面向内凹进的内凹台阶，所述内凹台阶包括由依次相接的第一内凹环面和第二环形平面组成，所述第一内凹环面和所述第二环形平面垂直设置；所述外凸台阶的台阶面的宽度小于所述内凹台阶的台阶面的宽度，所述外凸台阶和所述内凹台阶之间留有间隙；所述第一环形平面为所述第一法兰的第一密封面，所述第二环形平面为所述第二法兰的第二密封面；所述密封垫片包括垫片本体，所述垫片本体为由环形基体和设置于所述环形基体的外表面的凹槽的填料层组成的呈碟形斜面密封面的垫片本体，所述环形基体的中心孔的截面形状为等腰梯形，所述密封垫片邻近所述环形基体的中心孔的最高沿抵接于所述第一环形平面的内缘部，所述密封垫片远离所述环形基体的中心孔的最高沿抵...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孙艺，章兰珠，
申请(专利权)人：茂名重力石化机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44