什么是自紧式法兰？

1 自紧式法兰基本结构

自紧式法兰密封结构由轮毂(HUB)、卡箍、T形自紧式垫片、螺栓和螺母 5 部分组成，如图 1 (a) 所示，其中轮毂(HUB)与管道采用焊接连接。自紧式法兰密封结构中，自紧式金属T形垫片和卡箍是卡自紧式法兰系统的重要部件，是自紧式法兰能够在高温高压下工作的关键。T形垫片的结构如图1 (b)所示。

2 自紧式法兰T形自紧式垫片密封原理

在预紧状态下拧紧螺栓，依靠卡箍的夹紧力使垫片两锥面和轮毂上的锥面相接触并压紧，直到垫片两锥面上的应力达到足够的预紧密封比压；同时，轮毂端面和垫片支撑面间的间隙值消失，垫片径向收缩了g，如图2 所示。操作状况下，内压升高，轮毂有向上抬起的趋势，垫片支撑面上的轴向力减小，但由于自紧作用，使密封面上的应力增加。

3.高压自紧式法兰与传统法兰对比

两种法兰的对比	传统高压法兰	高压自紧式法兰
密封形式	密封垫的塑性变形	密封环的弹性变形
强度	密封垫为薄弱环节强度低于管道	T型密封环的筋承担强度作用强度可大于管道
韧性	靠法兰盘和螺栓吸收变形力，会降低密封垫的压紧力，密封垫是塑性变形，影响密封	靠HUB、卡套和螺栓吸收变形力，密封环是弹性变形所以仍能紧贴HUB，不影响密封
紧固方式	螺栓预紧力直接作用于密封垫，只能依靠增加螺栓数量来模拟均布荷载	螺栓预紧力通过卡套形成均布荷载，压紧HUB，将力作用于密封环
螺栓数量	4N	一般只需4套
安装力矩	T	0.3*T
安装时间	t	1/4t至1/8t
体积（相同管口直径）	V	V/3
维护	定期检修	几乎零维护
寿命	1年至2年需更换密封垫	25年至30年

4.自紧式法兰的发展

在2008年之前，以美国Grayloc为“祖师爷”的英国（Techlok）、意大利（G-loc）研发的类似相关ZY-loc新型高压法兰，广泛使用在欧美、中东、非洲等国家，而我们国家也少量引进，如燕山石化、齐鲁石化、神华煤制油等，但其进口价格很高，而且供货周期长，售后服务不及时，服务成本也颇高。

截止到2008年，能够承受工艺条件最苛刻“压力和温度极高，不允许泄漏”的高压法兰中，全世界只有4家：意大利G-loc、美国grayloc，英国的vector（Techlok），而成都植源机械科技有限公司（2020-12-01由兰石重装公司与成都植源公司共同出资成立兰石植源机械科技有限公司）则是第4家。目前国内有相关使用业绩或研究的厂家还有慈溪市新华密封材料厂、慈溪恒立密封材料有限公司等。

5.自紧式法兰的应用

应用行业：煤气化，煤液化，高压聚乙烯，石油化工压缩机入口、出口，石油天然气钻井设备，海洋钻井平台，冷氢化化多晶硅装置，核电站原料制备，合成燃料，火力发电厂，光热发电厂食品工业，环境工业，航天飞行器（火箭）及其它有振动情况下的管道连接及密封。

同时，在高压容器中也有采用非卡套式高压自紧式法兰情况，无卡箍，如图3所示，2015年3月27日，国内首套大口径DN900非卡套式高压自紧式法兰在神华集团煤制油化工有限公司加氢反应器的应用。

图3 非卡套式高压自紧式法兰

参考文献：

[1].贾清芳.徐志:“高压自紧式法兰”中国第一人[J].石油石化物资采购,2009(06):38-41.

[2].沈啸彪,章兰珠,徐绍焕,龚石磊.高压自紧式法兰密封结构研究[J].润滑与密封,2020,45(11):52-59.

[3].DEKKER C J,STIKVOORT W J.Improved design rules for pipe clamp connectors [J].International Journal of Pressure Vessels and Piping,2004,81(2) :141-157.

[4].海川化工论坛：传统法兰与高压自紧式法兰对比