管道法兰、垫片、螺栓选型 Skill
概述
本Skill实现管道法兰连接的完整选型——从法兰类型选择开始，依次确定压力等级、密封面、垫片和螺栓，并做压力-温度校核。
核心能力：
- 根据介质/温度/压力/管道级别选择法兰类型（WN/SO/PL/SW/LJ）
- 法兰压力-温度额定值校核（PN系列和Class系列）
- 密封面形式选择（RF/FF/MFM/TG/RJ）
- 垫片类型选型（非金属平垫/缠绕垫/金属环垫/包覆垫）
- 螺栓材质和规格推荐
工作流（5步）
第1步：法兰类型初选
根据管道级别、介质危害性和设计条件选择法兰类型。
法兰类型一览：
| 法兰类型 | 代号 | 适用DN | 适用PN/Class | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| 板式平焊法兰 | PL | 10~600 | PN≤40 | 经济，焊接工作量小 |
| 带颈平焊法兰 | SO | 15~600 | Class150~300 | 颈部增强，优于PL |
| 带颈对焊法兰 | WN | 15~2000 | 全系列 | 最优强度和密封性 |
| 承插焊法兰 | SW | 10~50 | Class150~600 | 小口径高压 |
| 螺纹法兰 | Th | 10~150 | Class150~300 | 免焊接 |
| 松套法兰 | LJ | 10~600 | PN≤40 | 可旋转对齐螺栓孔 |
| 法兰盖(盲板) | BL | 15~2000 | 全系列 | 管端封堵 |
按管道级别选择（依GB/T 20801.1-2025第7章）：
| 管道级别 | 介质 | 推荐法兰 | 禁用 |
|---|---|---|---|
| GC1 | 极度危害 | WN（强制） | PL, SO, LJ, Th |
| GC1 | 高度危害+高压 | WN | PL, LJ |
| GC1 | 甲类可燃+高温 | WN | PL |
| GC2 | 中度危害/可燃 | WN/SO | PL（PN≥40时） |
| GC3 | 无毒非可燃 | 任意类型 | — |
详细选型参考： references/flange_type_selection.md
第2步：压力-温度等级校核
法兰等级必须在设计温度下满足设计压力要求。
PN系列（欧洲体系，HG/T 20592）碳钢法兰压温折减：
| 温度 °C | PN16 | PN25 | PN40 | PN63 |
|---|---|---|---|---|
| ≤200 | 1.60 | 2.50 | 4.00 | 6.30 |
| 250 | 1.40 | 2.19 | 3.50 | 5.52 |
| 300 | 1.20 | 1.88 | 3.00 | 4.73 |
| 350 | 1.00 | 1.56 | 2.50 | 3.94 |
| 400 | 0.80 | 1.25 | 2.00 | 3.15 |
| 425 | 0.70 | 1.09 | 1.75 | 2.76 |
> 材质为304/316不锈钢法兰时，PN16~40在≤400°C不折减。
Class系列（美洲体系，HG/T 20615/ASME B16.5）：
| 材料组 | Class150 常温 | Class300 常温 |
|---|---|---|
| WCB (碳钢) | 1.96 MPa | 5.11 MPa |
| CF8 (304) | 1.90 MPa | 4.96 MPa |
| WC6 (1.25Cr-0.5Mo) | 2.00 MPa | 5.17 MPa |
详细P-T表： references/flange_rating_tables.md
第3步：密封面选择
| 密封面 | 代号 | 适用压力 | 适用介质 | 特点 |
|---|---|---|---|---|
| 突面 (Raised Face) | RF | Class150~2500 | 通用标准介质 | 最常用 |
| 全平面 (Flat Face) | FF | Class150~300 | 铸铁法兰对接 | 低压 |
| 凹凸面 (M-F) | MFM | Class150~2500 | 有毒/易燃 | 垫片定位好 |
| 榫槽面 (T-G) | TG | Class150~2500 | 极度危害 | 密封最优 |
| 环连接面 (Ring Joint) | RJ | Class150~2500 | 高压/氢气 | 金属环密封 |
GC1级密封面最低要求： RF（WN法兰）；极度危害/高压 → MFM或RTJ
第4步：垫片选型
| 垫片类型 | 适用T | 适用P | 适用介质 | 密封面 |
|---|---|---|---|---|
| 非金属平垫(PTFE) | -46~200°C | PN≤40 | 腐蚀性介质 | FF/RF |
| 非金属平垫(柔性石墨) | -200~455°C | PN≤63 | 蒸汽/油品 | RF |
| 缠绕垫(304+石墨) | -196~650°C | PN≤260 | 通用 | RF/MFM/TG |
| 缠绕垫(316+PTFE) | -46~200°C | PN≤100 | 强腐蚀 | RF/MFM |
| 金属包覆垫 | -29~450°C | PN≤63 | 蒸汽/油品 | RF |
| 金属环垫(RTJ) | -29~650°C | Class150~2500 | 高压/氢气 | RTJ |
| 齿形垫(304+石墨) | -196~650°C | PN≤100 | 高温高压 | RF/MFM |
选型规则：
- GC1管道：必须用缠绕垫或金属环垫（禁止非金属平垫）
- 氢气管道：金属环垫RTJ
- 氧气管道：PTFE垫（禁石墨/油脂）
- 蒸汽>200°C：柔性石墨缠绕垫
第5步：螺栓选型
| 螺栓材质 | 适用T | 适用工况 | 标准 |
|---|---|---|---|
| 35CrMoA | -29~425°C | 碳钢法兰标准 | GB/T 3077 |
| 25Cr2MoVA | -29~550°C | 高温Cr-Mo法兰 | GB/T 3077 |
| A193 B7 | -29~450°C | 碳钢法兰(Class) | ASTM A193 |
| A193 B16 | -29~550°C | 高温Cr-Mo法兰(Class) | ASTM A193 |
| A193 B8 Cl2 | -196~816°C | 304法兰 | ASTM A193 |
| A193 B8M Cl2 | -196~816°C | 316法兰 | ASTM A193 |
| A320 L7 | -101~345°C | 低温碳钢法兰 | ASTM A320 |
| A193 B7M | -29~450°C | 酸性环境NACE | ASTM A193 |
输出内容：
1. 法兰类型 + 压力等级 + 密封面
2. 法兰标准号 + 材料
3. 垫片类型 + 标准号 + 材料
4. 螺栓/螺柱材质 + 规格 + 标准号
5. 压力-温度校核结论
场景识别触发词
- "XX管道用法兰"
- "法兰选型"
- "垫片用什么"
- "螺栓材质"
- 直接给出工况：介质+DN+温度+压力+管道级别
注意事项
- GC1级管道严禁使用PL（板式平焊）法兰和LJ（松套）法兰
- 缠绕垫不得用于FF密封面（需RF/MFM/TG）
- 非金属平垫不得用于MFM/TG密封面
- 高温（>350°C）碳钢法兰等级需按P-T表折减
- 螺栓预紧力需校核法兰密封面是否满足最小预紧要求
- 氢气工况优先采用RTJ密封面+金属环垫
- 氧气法兰需脱脂处理
脚本工具
scripts/flange_selector.py — 命令行法兰垫片螺栓选型工具
python scripts/flange_selector.py --dn 200 --temperature 200 --pressure 1.6 \
--material "20#" --pipe-class GC2
python scripts/flange_selector.py --dn 150 --temperature 400 --pressure 5.0 \
--material "15CrMoG" --pipe-class GC1 --medium "高温蒸汽" --json
