第六章 法兰连接
《化工设备机械基础》第六章习题解答
第六章 容器零部件二、填空题：A 组：1 法兰联接构造，一般是由〔联接〕件，〔被联接〕件和〔密封元〕件三局部组成。
2 在法兰密封所需要的预紧力一定时，采取适当减小螺栓〔直径〕和增加螺栓〔个数〕的方法，对密封是有利的。
3 提高法兰刚度的有效途径是1〔增加法兰厚度〕 2〔减小螺栓作用力臂〕 3〔增加法兰盘外径〕。
4 制定法兰标准尺寸系列时，是以〔16MnR 〕材料，在〔200〕℃时的力学性能为根底的5 法兰公称压力确实定与法兰的最大〔操作压力〕，〔操作温度〕和〔法兰材料〕三个因素有关。
6 卧式容器双鞍座的设计中，容器的计算长度等于〔筒体〕长度加上两端凸形封头曲面深度的〔2/3〕。
7 配有双按时制作的卧室容器，其筒体的危险截面可能出现在〔支座〕处和〔跨距中间〕处。
8 卧式容器双鞍座的设计中，筒体的最大轴向总应力的验算条件是：轴向应力应为〔σ拉 ≤[]σt 〕 轴向压力应为〔σ压 ≤[]σt 〕和〔轴向许用压缩应力[]σac 的较小值〕 B 组：1 采用双鞍座时，为了充分利用封头对筒体临近局部的加强作用，应尽可能将支座设计的靠近封头，即A≤()D 0,且A 不大于〔0.2〕L2 在鞍坐标准规定的鞍座包角有θ=〔120°〕 和θ=〔150°〕两种。
3 采用补强板对开孔进展等面积补强时，其补强范围是：有效补强宽度是〔}22,2m ax {nt n d d B δδ++=〕外侧有效补强高度是〔min {接管实际外伸高度,1nt d h δ= }〕 内侧有效补强高度是〔min {接管实际内伸高度,2nt d h δ=}〕 4 根据等面积补强原那么，必须使开孔削弱的截面积A≤A e =(壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 1+(接收有效厚度减去计算厚度之外的多余面积)A 2+(焊缝金属截面积)A 3。
5 采用等面积补强时，当筒体径Di ≤1500mm时，须使开孔最大直径d≤(1/2)D i ,且不得超过〔520〕mm.当筒体直径D i ,>1500mm 时，，须使开孔最大直径d≤( 1/3)D i ,,且不得超过〔1000〕。
△法兰基础知识.
法兰基础知识一、法兰连接：法兰联接由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成。
法兰联接是一种可拆联接。
二、原理：垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使联接严密不漏。
三、性能：较好的强度和密封性，结构简单，成本低廉，可多次重复拆卸，应用较广。
四、失效形式:主要表现为泄漏,泄漏量控制在工艺和环境允许的范围内。
五、法兰剖面图：六、法兰分类法兰类型包括：板式平焊法兰、带颈平焊法兰、带颈对焊法兰、整体法兰、承插焊法兰、螺纹法兰、对焊环松套法兰、平焊环松套法兰、法兰盖和衬里法兰盖。
如下表：常见法兰的种类一、整体法兰常常是将法兰与设备、管子、管件、阀门等做成一体，这种型式在设备和阀门上常用。
二、螺纹法兰螺纹法兰是将法兰的内孔加工成管螺纹，并和带螺纹的管子配合实现连接，是一种非焊接法兰。
焊接形式：板式平焊法兰是把管子插到法兰里去焊接。
带颈平焊法兰同板式平焊法兰一样也是将钢管、管件等伸入法兰内通过角焊缝与设备或管道连接的法兰。
它与其他法兰不同之处在于从法兰与管子焊接处到法兰盘有一段长而倾斜的高颈，此段高颈的壁厚沿高度方向逐渐过渡到管壁厚度，改善了应力的不连续性，因而增加了法兰强度。
六、承插焊法兰承插焊法兰是一端与钢管焊接另一端用螺栓连接的的法兰。
常用于PN≤10.0MPa，DN≤40的管道中。
法兰盖也称盲板法兰、盲板。
是中间不带孔的法兰，供封住管道堵头用。
密封面的形式种类较多，有全平面、突面、凹凸面、榫槽面、环连接面。
松套法兰也叫活套法兰，是利用翻边、钢环等把法兰套在管端上，法兰可以在管端上活动。
法兰连接面法兰密封面型式和代号（GB/T9112-2000）法兰压力等级标准法兰尺寸。
法兰连接工艺流程
法兰连接工艺流程
法兰连接是一种常见的管道连接方式，其能够保证管道连接的稳固性和密封性。
法兰连接工艺流程主要包括以下几个步骤：
1. 准备工作：选择适当的法兰和密封垫片，检查法兰的表面是
否平整，清洁法兰表面和管道端面上的杂物和油脂。
2. 安装法兰：将法兰对准管道端面，用螺栓将法兰固定在管道上，注意螺栓的紧固顺序和力度，以免造成泄漏。
3. 安装密封垫片：将密封垫片放置在法兰之间，确保垫片的尺
寸和形状与法兰相匹配，避免在紧固过程中扭曲或移位。
4. 紧固法兰：使用扳手或扭矩扳手逐一紧固螺栓，按照一定的
顺序和力度进行，直到所有螺栓都被紧固到位。
5. 检查：检查连接处是否漏水或渗漏，如有漏水或渗漏，需要
重新拆下法兰并更换密封垫片，然后重新紧固法兰。
需要注意的是，在安装法兰连接时，应根据管道的材料、压力和温度等要素选择合适的法兰和密封垫片，以确保连接的安全和可靠性。
- 1 -。
常见法兰连接形式
常见法兰连接形式常见的法兰连接形式有以下几种：1.普通法兰连接（SliponFlange）：普通法兰连接是一种比较简单的连接方式，常用于低压和非关键部位的管道上。
它的连接形式是将法兰垂直套在管道外面，并用螺栓将法兰和管道固定在一起。
普通法兰连接适用于管道直径较小、压力较低的情况。
2.对焊法兰连接（WeldNeckFlange）：对焊法兰连接是一种常见的高压连接方式，适用于高压、高温和关键部位的管道。
它的连接形式是将法兰的端部与管道焊接在一起，可以提供良好的密封性和强度。
对焊法兰连接一般用于管道直径较大、压力较高的情况。
3.盲板法兰连接（BlindFlange）：盲板法兰连接常用于需要封堵管道的情况，例如管道的终点或漏洞修复。
它的连接形式是用一块盲板封堵住法兰的开孔，并用螺栓将盲板和法兰固定在一起。
盲板法兰连接可以提供良好的密封性，防止介质泄漏。
4.插焊法兰连接（SocketWeldFlange）：插焊法兰连接是一种形式较特殊的连接方式，适用于管道直径较小、压力较低的情况。
它的连接形式是将管道插入法兰的孔中，并进行焊接固定。
插焊法兰连接可以提供一定的密封性和强度。
5.螺纹法兰连接（ThreadedFlange）：螺纹法兰连接适用于管道直径较小、压力较低的情况。
它的连接形式是在法兰和管道的连接口上加上螺纹，通过螺纹连接固定。
螺纹法兰连接常用于易于拆卸的管道系统，可以方便地进行维修和更换。
以上是常见的几种法兰连接形式，每种连接形式都有其适用的场景和特点。
在选择连接形式时，需要考虑管道的直径、压力、温度以及管道上的介质等因素，以确保连接的可靠性和安全性。
化工机械设备基础--法兰连接
1、法兰的公称直径
2、法兰的公称压力 0.25-6.4MPa， 7种
3、压力容器法兰的最大允许工作压力
实际生产中使用的法兰都是16MnR制造的，操作温度 200℃；
允许最大工作压力等于该法兰的设计压力(公称压力)。
4．容器法兰尺寸的确定
按以下步骤进行： (1) 容器的公称直径(即其内径)DN和设计压力参照表10-
三、法兰的结构与分类
——法兰分类有多种方式： 按加工方式分、按产品材料材质分、按生产标准分、按连 接方式分、按产品规格分类等。具体情况具体分类。
——法兰材质有：20#、A105、Q235A、12Cr1பைடு நூலகம்oV、 16MnR、15CrMo、18-8、321、304、304L、316、316L等 。
法兰盘
榫槽面密封面：使用情况同凹凸面法兰；
环槽面密封面：常与对焊连接型式配合(不与承插焊配合)使用，主要
用在高温、高压或二者均较高的工况。在"美式法兰’中，常用在PN10.0( 部分)、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPa压力等级中。在"欧式法兰"中常 用在PNl0.0、PN16.0、PN25.0、PN32.0、PN4200。
1．螺栓预紧力 ——预紧力不能过大，否则将会使垫片被压坏或挤出。 ——必须使预紧力均匀地作用于垫片。因此，当密封所需要 的预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径的办法 对密封是有利的。
2．压紧面(密封面)
全平面密封面：常与平焊型式配合以适用于操作条件比较缓和的
(PNg1.0)工况下；常用于铸铁法兰或与铸铁连接的钢法兰；
密封面型式
化工机械设备基础--法兰 连接
2021年7月13日星期二
一、概述
法兰连接-管道法兰基本知识 [兼容模式]
![法兰连接-管道法兰基本知识 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/5ac88ffc482fb4daa48d4b74.png)
法兰连接 法兰联接(flange，joint):由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母法兰一个垫片及若干个螺栓螺母组成。
法兰联接是一种可拆联接。
垫片放在两法兰密封面之间 原理：垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到定数值后产生变形，并填满密到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使联接严密不漏漏。
性能：较好的强度和密封性，结构简单，成本低廉，可多次重复拆卸，应用较广。
失效形式:主要表现为泄漏,泄漏量控制在艺和环境允许的范围内控制在工艺和环境允许的范围内。
一、法兰的分类法兰的分类按所联接的部件可分为容器法兰及管法兰。
按结构型式分，有整体法兰、活套法兰和螺纹法兰。
法兰这里重点介绍整体法兰，常见的整体法兰有平焊法兰及对焊法兰。
左上一图为连接塔节与塔节的容器法兰左上二图为连接接管的管法兰右下图为接封头与筒体管箱与筒体的容器法右下一图为连接封头与筒体、管箱与筒体的容器法兰右下二图为管法兰平焊法兰：通过角焊缝直接与设备或管道焊接的一种法兰其通过角焊缝直接与设备或管道焊接的种法兰。
其结构简单，加工方便。
()(1)、用在容器上又分甲型平焊法兰和乙型平焊法兰。
甲型平焊法兰直接与容器焊接，其解焊缝尺寸较小或不开坡口焊接，不能保证法兰与容器同时受力；乙型平焊法兰附有一段较厚的短节，法兰与短节的焊接质量可靠，能保证法兰与容器同时受力。
节法兰与短节的焊接质量可靠能保证法兰与容器同时受力平焊法兰广泛用于中、低压容器和管道的连接。
对焊法兰又称高颈法兰刚性较大，适用于压力温度较高的场合图（）为甲型平焊法兰图（f）为甲型平焊法兰图（g）为乙型平焊法兰图（e）为法兰（）用在接管上又有板式平焊法兰带颈平焊法兰（2）、用在接管上又有板式平焊法兰、带颈平焊法兰和带颈对焊法兰三种类型。
板式平焊法兰：由于法兰直接与钢管焊接，法兰盘在操作时受力状态差易发生形变适用于低压场在操作时受力状态差，易发生形变。
适用于低压场合。
法兰连接
产品特点
法兰盘法兰连接的主要特点是拆卸方便、强度高、密封性能好。安装法兰时要求两个法兰保持平行，法兰的 密封面不能碰伤，并且要清理干净。法兰垫片，要根据设计规定选用。
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法兰连接
可拆卸的接头
01 连接方式
03 种类
目录
02 工艺 04 产品特点
法兰连接就是把两个管道、管件或器材，先各自固定在一个法兰盘上，然后在两个法兰盘之间加上法兰垫， 最后用螺栓将两个法兰盘拉紧使其紧密结合起来的一种可拆卸的接头。可以实现静止的管道到旋转或往复运动的 设备之间的连接。
连接方式
法兰连接方式一般可以分为五种：即平焊、对焊、承插焊、松套、螺纹。
下面就对前四种进行详细的阐述：
1.平焊：只用焊接外层，不需焊接内层;一般常用于中、低压管道中，管道的公称压力要低于0.25MPa。平焊 法兰的密封面有三种，分别是光滑式、凹凸式以及榫槽式，其中以光滑式应用最为广泛，并且价格实惠，性价比 高。
种类
常见法兰(6张)法兰连接是管道施工的重要连接方式。
法兰种类，按法兰与管道的固定方式分为螺纹法兰、焊接法兰、松套法兰；按密封面形式，可分为光滑式、 凹凸式、榫槽式、透镜式和梯形槽式。
一般低压小直径用丝接法兰，高压和低压大直径用焊接法兰，不同压力的法兰盘的厚度和连接螺栓直径和数 量是不同的。
根据压力的不同等级，法兰垫也有不同材料，从低压石棉垫、高压石棉垫及四氟垫到金属垫都有。 法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。
2.对焊：法兰的内外层都要焊接，一般多用于中、高压管道中，管道的公称压力在0.25～2.5MPa之间。对 焊法兰连接方式的密封面是凹凸式的，安装比较复杂，所以人工费、安装费以及辅材费都比较高。
法兰连接方式说明
FF
0.25～1.6
带颈
平焊
SO
HG20594、
GB/T9116-2000
突面
RF
0.6～4.0
突面带颈平焊法兰是近年来引进的
石油化工装置中普遍使用的结构型式
凹凸面
MFM
1.0～4.0
榫槽面
TG
1.0～4.0
全平面
FF
0.6～1.6
带颈
对焊
WN
HG20595、
JB/T82-94、
GH/T9115-2000
凹凸面
MFM
1.0～4.0
榫槽面
TG
1.0～4.0
全平面
FF
0.6～1.6
带颈
对焊
WN
HG20595、
JB/T82-94、
GH/T9115-2000
突面
RF
1.0～25.0
PN4.0-PN10.0MPa的阀门通常配
用凸面的管法兰，如：Z41H-40、
J41H-64、H44H-100等，160压力
以上则选用环连接面，如J41H-
16法兰类型和密封面形式法兰标准号密封面压力等级pnmpa常用阀门配套法兰类型代号形式代号板式平焊plhg20593jbt8194gbt91192000突面rf02525突面平焊法兰是常用的法兰可与各种法兰式的低中压阀门配套如闸阀截止阀球阀等全平面ff02516带颈平焊sohg20594gbt91162000突面rf0640突面带颈平焊法兰是近年来引进的石油化工装置中普遍使用的结构型式凹凸面mfm1040榫槽面tg1040全平面ff0616带颈对焊wnhg20595jbt8294ght91152000突面rf10250pn40pn100mpa的阀门通常配用凸面的管法兰如
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化 工 学
法兰与垫片接触面积位 于法兰螺栓中心圆的内外两 侧，垫片上有螺栓孔图 (b)
院
(a)
(a) 图6-4 窄面法兰与
(b)
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工 设
密封面（压紧面）形式
备
平面型密封面
机
械
凹凸型密封面
基 础
密封面形式
榫槽型密封面
化
锥型密封面
工
学
梯形槽密封面
化 工 设 备 机 械 （一）整体法兰－指法兰盘、颈部与容器(或接 基 管)三者有效地连接成一整体结构的法兰。 础
化 工 在设备筒体或管道上，制
工 造容易，应用广泛，但刚性较差。
设 法兰受力后，法兰盘的矩形截面发生微小转动，与法
备 机 械 基
兰相联的筒壁或管壁随着发生弯曲变形。于是在法兰 附近筒壁的截面上，将产生附加的弯曲应力。所以平
学
榫槽密封面适于易燃、易爆、有
院
毒的介质以及较高压力的场合。
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工
3. 榫槽型密封面(TG)
设
备
采用凹凸型或榫槽型密封面时，位
机
置怎样考虑？
械
基
立式容器法兰密封面的槽面
础
或凹面应向上；
化
卧式容器法兰密封面的槽面
工
或凹面应位于筒体上。
学
即：不易拆的部分与槽相连。
化 工 学 院 图6-8 螺纹法兰
(b)套在焊环上
图6-7 活套法兰
(c)带环的结构
二、法兰的分类
化 （三）任意式法兰
工 设
任意式法兰与壳体连成一体，刚性比整体 法兰差，如未焊透的焊接法兰。
备
机
械
基
础
化 工 学 院
法兰刚度
化
在实际生产中，由于法兰刚度不足而产生过大的
工 翘曲变形，往往是导致密封失效的原因。刚性大的法兰
二、法兰的分类
化
按形状：
工
设
备
机
械
基
础
圆形法兰是最常见的，方形法兰有利于把管子
化
排列紧凑，椭圆形法兰通常用于阀门和小直径
工
的高压管子上，如填料压盖。
学
院
二、法兰的分类
化
工 按法兰接触面分类
设
(1)窄面法兰
备 机 械 基
法兰与垫片的整个接触面 积都位于螺栓孔包围的圆周范 围内，图 (a) 。
础
(2)宽面法兰
第六章 法兰连接
化 工 设 ➢了解法兰连接工作原理和垫片的种类； 备 机 ➢熟悉压力容器法兰和管法兰的类型；
械 基
➢掌握三种密封面的结构特点和应用范围。
础
化 工 学 院
第十章 法兰连接
化
工 设
第一节 压力容器法兰
备 一、法兰联接结构与密封原理
机 械
二、法兰的结构与分类
基 三、法兰连接受力分析及其实用结论
焊法兰适用的压力范围较低（PN<4.0MPa）。
础
化 工 学 院
二、法兰的分类
化 ２．对焊法兰
工
对焊法兰又称高颈法兰或长颈法兰。颈的存在提
设 高了法兰的刚性，同时由于颈的根部厚度比筒体厚，
备 所以降低了根部的弯曲应力。此外，法兰与筒体（或
机 管壁）的联接是对接焊缝，比平焊法兰的角焊缝强度
械 好，故对焊法兰适用于压力、温度较高或设备直径较
设 材料制造，用于铜制、铝制、陶瓷、石墨及其非
备 金属材料的设备或管道上。
机 受力后无附加弯曲应力，只适用于压力较低场合
械 基 础
螺纹法兰广泛用于高压管道上，法兰对管壁产生 的附加应力较小。但这种法兰刚度小，它的厚度 较厚，一般只适用于压力较低的容器上。
化
工
学
院
化 工 设 备 (a) 套在翻边上 机 械 基 础
化 （一）压力容器法兰类型与结构
工
1、甲型平焊法兰（JB/T 4701-2000）
设
备
法兰直接与容器的筒体或封头
机 械 基 础
焊接。在上紧和工作时均会作 用给容器器壁一定的附加弯矩， 且法兰盘自身的刚度也较小， 所以适用于压力等级较低和筒 体直径较小的范围内。
化
工
学
院
四、压力容器法兰标准及选用
化 （一）压力容器法兰类型与结构
化 的方法是在满足紧固和拆拆卸螺栓所需空间的情况下，增
工 加螺栓个数。因此，当密封所需要的预紧力一定时，采取减
学 小螺栓直径、增加螺栓个数的办法对密封是有利的。
院
影响法兰密封的因素
化
工 设
2、密封面（压紧面）形式
备
对压紧面的质量要求
机
械
基
础
化 工 学 院
影响法兰密封的因素
化
工 设 备 机 械 基
院
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工 1.平面型密封面（RF） 设
备
密封表面是一个突出的光滑平面，
机
也可车制三角形沟槽。
械
优点：密封面结构简单，加工方便且
基
便于进行防腐衬里。
础
缺点：垫片接触面积大，所需预紧力
化
大，螺栓承载大，笨重。垫片容易挤
工
出，不易压紧，密封性能差。
3.垫片性能
垫片密封面的塑性变形能力 ——实现初始密封；
垫片材料及结构的回弹能力 ——提高工作状态下的残余密封比压。
耐腐蚀能力。
础 力学性能，尤其抗高温蠕变能力。
化 工作温度下的变质硬化或软化性。
工
学
院
影响法兰密封的因素
化
工 设
4.法兰的刚度
备——法兰在外力作用下抵抗变形的能力。
机 械刚度小——受力後变形大，垫片受力不均，易泄漏。
化
工
学
院
四、压力容器法兰标准及选用
化 （二）压力容器法兰的尺寸系列
工 ①法兰的公称直径－指的是与法兰相配的筒体或封
设 备 机
化 2、法兰密封原理
工 法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于密封面之间的垫片
设 压紧，当垫片单位面积上所受到的压紧力达到一定的数
备 机 械
值会使垫片变形而被压实，把密封面上的凹凸不平处填 满，这样就为阻止介质泄漏形成初始密封条件。
基
所需的这个压紧力叫垫
础
片的预紧密封比压y，单
化 工 学
位为MPa。预紧密封比压 主要决定于垫片材质、结
一、法兰连接组成与密封原理
化 2、法兰密封原理
工
设
保证螺栓法兰连接紧密不漏的条件
备
机
械
要保证法兰密封，就必须使法兰密封面上
基
实际存在的比压，预紧时不低于垫片的预紧密
础
封比压，工作时应高于工作密封比压。
化
工
学
院
影响法兰密封的因素
化 工 1、螺栓预紧力 设 备 机 械 基 础
化 工 学 院
影响法兰密封的因素
设 变形小，并可使分散分布的螺栓力均匀地传递给垫片，
备 可提高密封性能。
机 提高法兰刚度的途径:
械 a.增加法兰的厚度；b.减小螺栓力作用的力臂(即缩小 基 螺栓中心圆直径)；c.增大法兰盘外径等都能提高法兰 础 的抗弯刚度；
化 工 学 院
对于带长颈的整体和活套法兰，增大长颈部分的尺寸， 将能显著提高法兰抗弯变形能力。但是过度提高法兰的 刚度，将使法兰笨重，提高整个法兰联接的造价。
四、压力容器法兰标准及选用
化 （一）压力容器法兰类型与结构
工
3、长颈对焊法兰（JB/T 4703-2000）
设 备 机 械 基 础
长颈对焊法兰是用根部增厚 的颈取代了乙型平焊法兰中 的短节，从而更有效地增大 了法兰的整体刚度，同时法 兰与设备采用对接焊连接。
化 工 因此用于更高的压力范围(PN 0.6MPa～6.4MPa) 学 和直径范围(DN300mm～2000mm)，适用温度 院 范围为-20℃～450℃。
学
用于所需压紧力不高且介质无毒的场
院
合。p≤2.5MPa
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工 2. 凹凸型密封面（MFM） 设
备 机
密封面是由一个凸面和一个
械
凹面相配合组成，在凹面上
基
放置垫片，由于凹面的外侧
础
有挡台，能够防止垫片压紧
化 工 学
时被挤出，便于对中。
可适用于压力较高的场合。 P≤6.4MPa，DN≤800mm
院
构与厚度。
工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧力。垫片有足够回弹能 力，补偿变形，预紧密封比压y值不小于某一值(工作密封比 压:-使介质不泄漏，在密封面与垫片之间所必须保留下来的最 低比压，是设计压力的m倍，m垫片系数)，保持良好密封。
反之，回弹不足，预紧密封比压下降到工作密封比压以下， 甚至密封处重新出现缝隙，则此密封失效！！
院
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工
3. 榫槽型密封面(TG)
设
备
密封面是由榫面和槽面配合而成。
机 械 基 础
密封面较窄。垫片置于槽中，不 会被挤动。因而比以前两种密封 面密封效果好。缺点是结构与制 造比较复杂，更换挤在槽中的垫 片比较困难。
化
工
榫槽密封面规定不用非金属软垫片
基
础
化 工 学 院
影响法兰密封的因素
5.操作条件
压力高—介质泄漏的推动力大。 温度高