在管道系统中，法兰密封面类型往往决定了整个密封体系的上限。

　　很多人关注法兰材质、压力等级，但忽视了密封面的匹配。密封面之所以重要，是因为它直接决定——

• 垫片压紧能力
• 抗介质腐蚀能力
• 是否易拆装与维护
• 泄漏概率（尤其在易挥发 VOC 管线）

法兰密封面就是密封体系的“座椅”，座椅没设计好，再好的垫片也坐不稳。

一、密封面面积、垫片材料硬度与面压力

　　一般来说：

• 密封面面积大→单位压力低→需要软质垫片更易压缩
• 密封面面积小→单位压力高→垫片必须变硬才能承受高压并形成金属密封

　　这是因为软材料在低压力下就能发生足够的压缩变形，而硬材料（特别是金属垫片）需要更高的压力才会产生有效塑性变形。

　　因此主流法兰结构上会出现以下规律：

• FF（平面法兰）→密封面积最大→软垫片（橡胶、纤维）
• RF（突面法兰）→密封面积中等→半金属垫片（石墨缠绕垫）
• RTJ（环连接法兰）→密封面最小→金属垫片（金属环垫）

　　这种设计不是随意选择，而是热工、力学、材料特性三者的综合结果。

二、常见密封面类型

1.RF（突面密封面）

　　RF法兰的特点是密封面呈圆形，从法兰的螺栓连接圆平面凸出，形成一个独立压紧区域，这能在有限力矩下提升单位面积压力。原理是让金属环垫通过高预紧力产生塑性变形，嵌入法兰槽底，从而实现真正的金属对金属密封，突面法兰适用于所有压力等级，因此可满足广泛的压力和温度要求。RF法兰是石油天然气和化工行业最常用的法兰类型，但其密封稳定性在温度波动大、介质挥发性强等场合会下降。

密封面面积最小、面压最高、垫片最硬（金属）

• RF面粗糙度（通常Ra3.2–6.3μm）并非随意，而是为了在显微尺度提供“微沟槽”，增加垫片嵌入点。
• RF越光滑，泄漏反而越高，因为垫片无法形成足够的微观变形界面。
• 由于RF的密封依赖垫片压缩，因此对螺栓预紧力敏感，设备热循环会导致应力衰减。

2.FF（平面密封面）

　　FF的出现不是为了提升密封性能，而是为了保护铸铁等脆性材料。FF的密封面与螺栓面在同一平面，垫片从法兰内径一直延伸到外径，属于“全平面”密封结构。其密封机理属于“低面压+均匀压缩”的方式，因此对垫片要求是软质、高变形、高回弹。

密封面面积大→面压低→必须配软垫片

　　FF使用非金属垫片（软垫片），且密封表面必须带有锯齿。

　　平面法兰不能与突面法兰配合，特别是当突面法兰由较硬的材料制造时。FF法兰非常适合低压应用，适用于125和250压力等级,其存在意义多为“保护法兰材质安全”。

3.RTJ（金属环连接密封面）

　　RTJ是突面法兰设计的一种变体。RTJ法兰通常用于更严苛的应用场合，尤其适用于高压系统和/或高温系统（>750℃/1382℉）。RTJ法兰可用于所有压力等级，但通常用于900级及以上压力等级。

　　RTJ法兰和突面法兰的区别在于密封方式。RTJ法兰使用金属（硬质）垫片，而突面法兰则使用软质或半金属垫片。金属环形连接垫片主要分为R型、RX型和BX型三种；必须低于法兰材料硬度，以保证可塑性。

　　R型RTJ垫片呈圆形，其轮廓/本体呈椭圆形或八边形；八边形轮廓可实现最佳密封效果，也是更现代的设计。RTJ法兰的端面上加工有一条凹槽，相应的垫片安装在该凹槽内。组装法兰时，两个配合面会挤压垫片直至其变形，从而形成金属对金属的密封。如果法兰组装正确，两个配合的RTJ法兰之间不应发生物理接触。

　　RTJ垫片通常采用比法兰材料稍软的材料制成。由于垫片材料较软，其变形所需的压力低于法兰，这确保了是垫片变形形成密封，而不是法兰围绕垫片变形。

　　槽型（Oval或Octagonal）几何差异会改变密封应力分布。

　　BX系列利用内压自紧原理，使压力越高密封越牢。

4.TG/MFM——通过“定位结构”提高密封稳定性

　　TG和MFM的核心优势在于：垫片位置被几何结构锁定，不会因螺栓不均匀压紧、振动、温度变化而产生径向滑移。

• 榫槽结构（TG）提供更强的位置约束，尤其适用于软垫片。
• 凹凸面（MFM）则提供更大接触宽度，使应力分布更均匀。

　　TG（Tongue&Groove）榫槽面：一侧为凸面（Tongue），一侧为凹面（Groove），类似榫卯定位，提供更强的位置约束，尤其适用于软垫片。

　　MFM（Male&Female）凹凸面：一侧为凸面（Male），一侧为凹面（Female），但提供更大接触宽度，能适配更多垫片，使应力分布更均匀。

• 因结构互补性，法兰必须成对使用，否则密封面几何关系被破坏。

　　TG/MFM是在“中高可靠性工况”常见的稳健型结构。

5.LMF/LCF（大凹凸面）

　　此类密封面更偏向压力容器设备端使用，其结构加宽了接触面，允许垫片在更大的面压区间内工作，属于“增强版MFM”。较大的接触界面降低了对机加工精度的极端敏感度，提高设备端连接的可靠性。

6.SJ自紧式密封面

　　自紧式密封（Self-EnergizedSeal）典型结构包括C型垫、O型金属垫、透镜垫（LensGasket）。其核心机理是利用介质压力为密封体系提供额外面压。

• 介质压力越高，SJ法兰密封力越强，垫片通常为可控塑性金属，多用于深冷、高温、脉动压力等特殊工况。

　　此类结构通常只出现在深冷、高压化工、航空航天特种设备等“极端工程场景”。

三、垫片与密封面的匹配逻辑：从材料科学角度理解密封

　　密封并不是“把垫片夹在两块法兰之间”，而是“控制材料在法向压力与剪切力下的形变行为”。不同密封面要求的垫片特性不同，其核心是三个物性指标：

1、压缩率

　　主要看垫片能否被压紧到密封状态，RF、FF需要高压缩率；RTJ则需要垫片进入塑性变形。

2、回弹率

　　评估垫片能否适应热膨胀、蠕变等应力变化，VOC管线泄漏往往是回弹不足导致的。

蠕变松弛

　　看垫片长期是否能保持面压，温度越高、垫片越软，蠕变越严重。

结语

　　密封不是经验工作，更不是“用什么垫片都能压紧”。密封面的选择体现了工程师对力学、材料、工况和风险的综合理解。

　　一旦选对密封面，系统的稳定性往往可以提升一个数量级。

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