一、法兰标准体系概览
1. 主要标准体系
- 国标 (GB/T 系列)：GB/T 9112-2010《钢制管法兰 类型与参数》及 GB/T 9113~9124-2010 系列标准，是国内基础标准
- 美标 (ASME B16.5)：以 “Class”(磅级) 表示压力等级，NPS (英寸) 表示公称通径，广泛用于石油、化工、船舶
- 化工部标准 (HG/T 20592-2009/20615-2009)：分欧洲体系 (PN 系列) 和美洲体系 (Class 系列)
- 欧标 (EN 1092-1)：欧洲主流标准，PN 系列压力等级
- 日标 (JIS B2220/B2238/B2239)：压力等级以 “K”(Kgf/cm²) 表示，如 5K、10K、20K
2. 压力等级对比
| 国标 (PN) | 美标 (Class) | 欧标 (PN) | 日标 (K) |
|---|---|---|---|
| PN2.0 | Class150 | PN2.5 | 5K/10K |
| PN5.0 | Class300 | PN10 | 20K |
| PN11.0 | Class600 | PN16 | 30K |
| PN15.0 | Class900 | PN25 | 40K |
| PN26.0 | Class1500 | PN40 | 63K |
| PN42.0 | Class2500 | – | – |
注意：不同标准压力等级不能直接换算，需参考温度 – 压力额定值表
二、法兰类型及应用场景
1. 按连接方式分类
| 类型 | 代号 | 特点 | 适用场景 | 标准 |
|---|---|---|---|---|
| 板式平焊法兰 | PL | 管子插入法兰孔，焊接外边缘，成本低 | 低压常温 (PN≤2.5MPa)，水、空气等介质 | GB/T 9119、HG/T 20592 |
| 带颈平焊法兰 | SO | 颈部增强刚性，焊接强度高 | 中压 (PN≤10MPa)，温度波动不大 | GB/T 9115、HG/T 20592 |
| 带颈对焊法兰 | WN | 颈部与管子对接焊，刚性好，承压高 | 高压、高温、易燃、易爆介质 | GB/T 9116、HG/T 20592 |
| 承插焊法兰 | SW | 管子插入法兰承口焊接，适用于小口径 | DN≤80mm，要求密封可靠的管道 | GB/T 9117 |
| 螺纹法兰 | TH | 通过螺纹连接，不需焊接 | 不允许焊接的场合，如易燃介质 | GB/T 9114 |
| 松套法兰 | PJ/SE | 法兰与管道不直接焊接，适用于频繁拆卸 | 有色金属管道、需热补偿的管线 | HG/T 20592 |
| 法兰盖 (盲板) | BL | 封闭管道末端 | 管道检修、试验隔离 | GB/T 9123 |
三、法兰尺寸核心参数解析
1. 关键尺寸定义
- D：法兰外径 (最大直径)，决定安装空间
- K：螺栓孔中心圆直径，确保螺栓均匀受力
- n：螺栓孔数量 (必须为偶数)，压力等级越高，数量越多
- L/d：螺栓孔径，与螺栓规格配套 (M16 对应孔径约 18mm)
- b/C：法兰厚度，与压力等级正相关
- D1：密封面直径，直接影响密封性能
- d1/B：法兰内径，与管道外径匹配
2. 典型尺寸表 (国标 PN1.6MPa 板式平焊法兰)
| DN(mm) | D(mm) | K(mm) | n (个) | d(mm) | 螺栓 | b(mm) | D1(mm) | 适配管外径 (mm) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 90 | 60 | 4 | 14 | M12 | 14 | 38 | 17.2/18 |
| 25 | 115 | 85 | 4 | 14 | M12 | 16 | 63 | 33.7/34 |
| 50 | 160 | 125 | 4 | 18 | M16 | 20 | 99 | 60.3/57 |
| 80 | 195 | 160 | 8 | 18 | M16 | 22 | 132 | 88.9/89 |
| 100 | 215 | 180 | 8 | 18 | M16 | 22 | 156 | 114.3/108 |
| 200 | 335 | 295 | 12 | 22 | M20 | 26 | 266 | 219.1/219 |
| 300 | 440 | 400 | 12 | 26 | M24 | 30 | 370 | 323.9/325 |
* 注：完整尺寸表可查阅 GB/T 9119-2020 标准 *
3. 美标 Class150 法兰典型尺寸
| NPS (英寸) | DN(mm) | D(mm) | K(mm) | n (个) | 螺栓规格 | b(mm) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1/2 | 15 | 89 | 60 | 4 | 1/2-13 UNC | 12.7 |
| 1 | 25 | 114 | 83 | 4 | 5/8-11 UNC | 15.9 |
| 2 | 50 | 165 | 127 | 4 | 5/8-11 UNC | 19.1 |
| 4 | 100 | 229 | 190 | 8 | 3/4-10 UNC | 22.3 |
* 注：完整尺寸表可查阅 ASME B16.5-2023 标准 *
四、法兰密封面形式详解
1. 主要密封面类型
| 类型 | 代号 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 突面 (Raised Face) | RF | 密封面突出，应用最广 | 中低压 (PN≤16MPa)，温度≤350℃，各类垫片 |
| 全平面 (Flat Face) | FF | 密封面与法兰面齐平 | 低压、无毒介质，或与盲板连接 |
| 凹凸面 (Male-Female) | MFM | 一凸一凹配对使用，防垫片吹出 | 中压 (PN10~40MPa)，温度≤450℃ |
| 榫槽面 (Tongue-Groove) | TG | 榫头与凹槽配对，密封性能极佳 | 易燃、易爆、有毒介质 |
| 环连接面 (Ring Type Joint) | RTJ | 法兰面有梯形槽，配八角 / 椭圆金属环垫 | 高压 (PN≥20MPa)、高温 (≥400℃) |
2. 密封面尺寸要点
- RF 面高度：国标约 2mm；美标 Class150 约 1.6mm，Class300 以上约 6.4mm
- 密封面选择原则：
- 低压常温→RF 面 + 橡胶垫片
- 中压→MFM/TG 面 + 金属缠绕垫片
- 高压高温→RTJ 面 + 金属环垫
五、法兰选型与应用要点
1. 选型步骤
- 确定工况参数：压力 (PN/Class)、温度、介质特性 (腐蚀性、毒性)
- 选择标准体系：
- 国内项目→国标 GB/T 或化工 HG/T
- 美国项目→ASME B16.5
- 欧洲项目→EN 1092-1
- 日本项目→JIS B2220
- 确定法兰类型：
- 低压 (≤1.6MPa)、常温→板式平焊 (PL)
- 中压、温度波动→带颈平焊 (SO)
- 高压、高温→带颈对焊 (WN)
- 小口径 (≤80mm)→承插焊 (SW)
- 选择密封面形式：按介质特性和压力等级 (参考第四部分)
- 核对尺寸匹配：
- 法兰公称直径 = 管道公称直径 (DN)
- 法兰内径≈管道外径
- 螺栓孔数量、孔径、中心圆直径必须匹配
2. 安装注意事项
- 法兰平行度：两法兰密封面必须平行，偏差≤1°，否则影响密封
- 螺栓紧固：
- 对称均匀紧固，分 2~3 次完成
- 使用扭矩扳手，确保预紧力一致
- 高温工况需热紧
- 垫片选择：材质与介质兼容，尺寸与密封面匹配
- 不同标准法兰：严禁直接混用，需通过转换法兰过渡
六、总结与实用建议
核心要点：
- 国内常用标准为 GB/T 和 HG/T 系列，国际项目多用 ASME B16.5、EN 1092-1 或 JIS 标准
- 法兰选型需综合考虑压力、温度、介质和安装要求
- 密封面形式直接关系系统安全性，应根据工况严格选择
实用建议：
- 设计阶段优先选用标准法兰，避免非标设计增加成本
- 购买时核对实物与标准尺寸表，重点检查外径、螺栓孔中心圆、厚度
- 特殊工况 (高温、高压、强腐蚀) 应选用专用法兰并进行强度校核
注：本文提供的尺寸仅为典型示例，完整尺寸数据请参考相应标准原文 (GB/T 9119~9124、ASME B16.5、HG/T 20592 等) 或专业手册