第5章容器(塔)设备

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1、第5章 容器（塔）设备,压力容器法兰 管法兰 支 座 安全泄放装置 填料及其支承装置 布（气、汽）装置,5.1 压力容器法兰,对于各种容器，为了制造、运输、安装和检修方便，或者由于生产工艺的要求，常常采用可拆卸的结构。 法兰连接具有较高的强度和严密性，而且适用尺寸的范围很大，所以常常被用于压力容器各部件的连接。 容器法兰已经制定出标准，可以按公称直径和公称压力选取。,法兰连接,5.1 压力容器法兰,法兰连接：由一对法兰、若干个螺栓和密封垫片组成。,5.1 压力容器法兰,初始密封条件：法兰在螺栓预紧力的作用下，把垫圈压紧，使其变形将法兰密封面上的凹凸不平处填满，形成了防止容器内介质泄漏的初始密封

2、条件。 预紧密封比压：初始密封条件下，垫圈单位面积上的压紧力称作预紧密封比压。 工作密封比压：当容器内介质升压到某一临界值时，介质将发生泄漏，这个临界比压称为法兰连接的工作密封比压，即法兰密封面和垫圈间所必须保留的最低比压。,5.1.1 法兰密封面的形式,平面型密封面：是一个突出的光滑平面。结构简单，易于加工，密封性能差，通常使用于内压较低且介质无毒的容器。 凹凸型密封面：由一个凸平面和一个凹面所组成。在凹面上放置垫圈，压紧时，垫圈不会被挤出来。 榫（sun）槽型密封面：由一个榫和一个槽所组成。垫圈放在槽内，垫圈不会变形，密封效果最好，但凸面部分易被碰坏，且加工难度大，一般使用于有毒或易燃、易

3、爆介质的容器。,密封效果较差,密封效果较好,密封效果最好,榫槽密封面,平面型密封面,凹凸密封面,法兰密封面的形式,5.1.2 容器法兰的类型,压力容器法兰按其结构分为三个类型 甲型平焊法兰 乙型平焊法兰 长颈对焊法兰,甲型平焊法兰,它的密封面具有两种不同的型式，即平面密封和凹凸面密封；一般适用于公称直径较小、公称压力也较小的压力容器。,甲型平焊法兰,乙型平焊法兰,本身具有一个厚度t的短节，t一般大于容器壁厚而使法兰具有较大刚度，同时与容器筒体直接连接的不是法兰而是这个短节，可以使简体免受因法兰在内压作用下变形带来的附加弯矩； 乙型平焊法兰的密封面有平面、凹凸面和榫槽三种形式； 乙型平焊法兰适用

4、于公称直径较大而公称压力也较大的压力容器。,乙型平焊法兰,长颈对焊法兰,法兰的短节和法兰盘面本身是一个整体，消除了焊接时产生残余应力的可能。长颈对焊法兰也有三种密封面形式； 长颈对焊法兰适用范围是最大的，可用于中、高压压力容器。,颈部端头的厚度,颈部根部的厚度,圆筒厚度,5.1.3 压力容器法兰的密封垫片,垫片的作用：在螺栓压紧力的作用下，填充法兰盘密封面的凹凸不平处以阻止容器内介质的外泄； 垫片分类：压力容器法兰的密封垫片有三种，非金属软垫片 、缠绕式垫片 、金属包垫片； 非金属软垫片：这类密封垫片的材料是厚度为3mm的耐油石棉橡胶板和石棉橡胶板。这类垫片可用于以上三种类型的法兰上，但不适用

5、于榫槽型的密封面。,缠绕式垫片,用0Cr13或0Cr18Ni9或08F等V型和W型钢带与石棉、聚氯乙烯或柔性石墨等填充带相间缠卷而成。这类垫片只能用于乙型和长颈法兰，它的外径与非金属垫片相同，但宽度窄于非金属垫片。,金属包垫片,以石棉胶板作为内芯，外包厚度为0.20.5mm厚的薄金属板构成。金属包垫片也只能使用于乙型平焊法兰和长颈对焊法兰。,5.2 管法兰,特点：法兰连接具有安装、检修方便，严密性和强度较好的优点，但制造成本较高。,5.2.1 管法兰的类型,板式平焊法兰：刚性较低，易发生变形而导致泄漏。仅适用中低压容器（PN1.0MPa），并不得用于有毒、易燃、易爆以及真空度要求较高的场所。

6、带颈平焊法兰：其平板上增加了一个短颈，使法兰的刚度大大增加，并且有多种密封面，适用的压力范围较广。 带颈对焊法兰：颈较高，且与钢管的连接处采用对接焊，故其有很高的承载能力，适用于中高压场所。,5.2.1 管法兰的类型,承插法兰：在法兰和钢管之间仅有单面填角焊，承载力较差，只适用于DN50mm的小口径管道上，且公称压力不得大于10MPa。 平焊环松套板式法兰：松套法兰也称作活套法兰，指法兰未能有效地与接管连接成一个整体的法兰。适用的公称压力较低（PN1.6MPa），适用于具有腐蚀性介质或有色金属管道系统。 翻边松套板式法兰：其密封面仅有突面一种形式，其适用的公称压力和公称直径较平焊环松套法兰更小

7、。 法兰盖：与法兰相匹配。,管法兰的类型及密封面形式,管法兰的类型,密封面形式,5.2.2 管法兰的密封垫片,石棉橡胶板垫片：耐热和耐腐蚀性较好，有适宜的弹性，制造方便，价格低廉。可以用于全平面法兰，也可以用于突面、凹凸面和榫槽面法兰。其厚度一般为23mm。 柔性石墨复合垫片：具有冲齿的金属板和膨胀石墨粒子的复合板制成，由于柔性石墨具有耐高温、耐腐蚀、回弹能力强的特点，金属芯板又提高了垫片的机械强度，故其性能良好，是石棉橡胶垫片的代用品。,柔性石墨复合垫片,5.2.2 管法兰的密封垫片,聚四氟乙烯包覆垫：在厚度为2mm的石棉橡胶板外面包覆0.5mm厚度聚四氟乙烯构成，主要用于强腐蚀介质和物料不

8、允许受污染的情况。但聚四氟乙烯具有冷流和热蠕度的特点，所以压力一般不应大于4.0MPa，温度不超过200300，且只适用于突面密封面。 金属缠绕垫：其型式与压力容器法兰用的完全相同。,聚四氟乙烯包覆垫片,5.2.2 管法兰的密封垫片,金属齿形组合垫：由厚度为34mm的金属齿形环和上下两面覆盖厚度为0.5mm的柔性石墨或聚四氟乙烯薄板组成，适用于公称压力为6.316MPa的中高压管道，适用的密封面为突面和凹凸面。 金属环垫：金属环垫是用08、0Cr13、0Cr19Ni19等金属材料制成，截面有八角形和椭圆形两种。适用于高温高压系统。,金属齿形组合垫,金属环垫,金属包覆垫片,纯四氟垫片,法兰用金属

9、垫片,金属缠绕垫片,柔性石墨复合增强垫片,四氟夹包垫片,5.3 支 座,5.3.1 卧式容器的支座 卧式容器的支座主要有鞍座、圈座和支承式支座(支腿)三种； 鞍座：在卧式容器的三种支座中，应用最广的是鞍座，贮槽、换热器等卧式圆筒形容器通常均采用鞍座； 圈座：对于大直径的薄壁容器和真空操作的容器或支座多于两个时，为了加强支承处的简体，则采用受力情况比鞍座好的圈座； 支承式支座：结构简单，但支承反力集中作用于局部壳体上，会造成较大的局部应力，因此仅适用于小型卧式容器；,卧式容器的支座,5.3.2 立式容器的支座,立式容器包括：塔器和立式反应器以及立式贮罐等。 立式容器的支座有：腿式支座、支承式支座

10、、耳式支座和裙式支座。 腿式支座：又称支腿，将角钢或钢管直接焊在简体或筒体的加强板(垫板)上，其构造简单、轻巧、便于制造、安装，并在容器下面留有较大空间，便于操作、维修，一般用于高度较小的立式容器。,支承式支座,A型（数块钢板焊接成的）,B型（钢管制成的）,支承式支座可用于高度不大于10m，且离地面又比较低的立式容器。,耳式支座,耳式支座：又称悬挂式支座，广泛使用于中小型立式设备，它由底板、筋板和垫板组成； 底板：与基础接触并连接 筋板：增加支座的刚性； 垫板：焊接在容器壁上可以减小容器壳体的局部载荷，防止壳体变形； 耳座：个数一般为2个或4个，对于大型薄壁容器，耳座数目可多些，甚至将支座的底

11、板连成一体而组成圈座； 对于小型设备，耳式支座可以支承在钢管或型钢焊制的立柱上，而大型设备的耳式支座往往紧固于钢梁或混凝土基础上。,耳式支座,裙式支座,对于比较高大的设备，特别是塔器，通常采用性能较好的裙式支座(简称裙座)。,对于承受较大风载或地震载荷的塔器，采用圆锥形。,5.4 安全泄放装置,保证压力容器安全运行而当容器超压时能自动泄放压力的装置。最常使用的安全泄放装置是安全阀和爆破片。 安全阀 安全阀：主要由阀座、阀瓣和加载机构三个部分组成。阀座与容器连通，阀瓣通常带有阀杆，紧扣在阀座上，阀瓣上面是加载机构，可以根据需要调整载荷的大小。 原理：当容器内的压力超过工作压力时，介质作用于阀瓣的

12、力使阀瓣离开阀座，安全阀开启，器内介质外泄，容器内压力下降，当容器内介质压力下降至正常的工作压力时，依靠加载机构对阀辩的作用力使阀瓣压紧阀座，介质停止外泄，容器保持正常工作压力继续工作。,重锤杠杆式安全阀,安全阀的类型,（1）按加载方式的不同，有重锤杠杆式安全阀和弹簧式安全阀；,杠杆式安全阀利用重锤和杠杆来平衡作用在阀瓣上的力，其结构如图所示。 优点：结构简单；可以通过移动重锤在杠杆上的位置和改变重锤的重量来调整和校正安全阀的开启压力；所施加的载荷不会因阀瓣的升高而增大；性能不大受高温的影响 缺点：尺寸大，易受振动而发生介质泄漏。重锤杠杆式安全阀可用于压力较低、高温、无振动的场合。,安全阀的类

13、型,弹簧式安全阀：利用弹簧被压缩时的弹力来平衡作用在阀瓣上的力，其结构如图所示。通过调整螺母来调整和校正安全阀的开启压力。 优点：结构紧凑、灵敏度比较高，而且安装方位不受限制，对振动不敏感 缺点：弹簧的弹力会随阀的开启而增大，同时若在高温下工作因应力松弛，弹力会下降。 适用：弹簧式安全阀宜使用于移动式设备和介质压力脉动的固定式设备。,弹簧式安全阀,安全阀的类型,(2)按阀瓣开启高度不同，弹簧式安全阀分为全启式和微启式 全启式安全阀开启时阀瓣开启高度较大，阀瓣与密封面之间形成的通道面积较大，介质的外泄流量大。宜用于高压容器和安全泄放量较大的中低压容器。 微启式安全阀，阀瓣的开启高度很小，其制造、

14、检修和调节比较方便，宜使用于排放量不大，要求不高的场合。 (3)按排放方式不同，分为全封闭式、半封闭式和敞开式。 全封闭式安全阀排出的气体全部排入排气管。宜使用于介质为易燃、有毒和需要回收的贵重气体的压力容器。 半封闭式安全阀排出的气体大部分通过排气管排放，小部分从阀道与阀杆的间隙中漏出。适用于介质为不会污染环境的气体的压力容器上。 敞开式安全阀排出的气体全部通过弹簧从阀顶端泄出，有利于弹簧的降温。可使用于介质为空气或不会污染大气的高温气体的容器。 (4)按开启动力不同可分为用工作介质的压力开启的直接作用式安全阀和借助于专门的驱动装置来开启的非直接作用式安全阀。后者通常使用于高压系统。,5.4

15、.2 爆破片,爆破片：又称防爆片或防爆膜，它是利用膜片的断裂来泄压的，泄压后容器被迫停止运行。爆破片一般用于下列场合： 工作介质为黏性或粉状的物质，或者易产生结晶体。 由于物料发生化学反应或其他原因压力会迅速上升的压力容器。 工作介质为剧毒的气体。 工作介质具有强腐蚀性的压力容器。,5.4.2 爆破片,1、爆破片的结构与类型 爆破片的结构比较简单 主要由一块很薄的膜片和夹紧装置组成，夹紧装置可以是夹盘、管法兰和螺纹套管。 爆破片断裂时，按受力变形爆破片可分为四类： 拉伸型 压缩型 剪切型 拉伸剪切型。 它们之间的差别主要是膜片的形状和材料不同。,国内外常用的几种爆破片,(1)正拱普通拉伸型：膜

16、片由塑性良好的金属如不锈钢、镍、铜等材料制成，并经过液压预拱成凸形，受载后引起的是拉伸破坏。 (2)正拱开缝型：由两片曲率相同的正拱型爆破片叠在一起而组成的。外侧为开有一圈小孔的金属膜片，内侧与介质直接接触的是耐蚀的含氟材料的膜片。这种爆破片也属拉伸破坏型。,国内外常用的几种爆破片,(3)反拱型：是把正拱型爆破片反过来安装，即凸面朝向被保护的容器。工作中凸面受压，过载时引起失稳破坏。 (4)剪切型：爆破片的膜片是中间厚周边薄的金属片，过载时，膜片的周边受剪切力作用而破坏。,国内外常用的几种爆破片,(5)弯曲型 弯曲型爆破片常用脆性材料如铸铁、硬塑料、石墨制成载时，膜片在过高的压力作用下产生的弯曲应力达到材料的抗弯强度而破裂排气。 为拉伸剪切型爆破片。,弯曲型爆破片,5.4.2 爆破片,2、爆破片的选用 考虑容器工作压力、介质、温度和泄放量四方面要求。 工作压力：容器的工作压力PW按表5.4选取，或由设计者根据成熟的经验和可靠的数据确定。 介质：首先应考虑选定的膜片在工作温度下不会被介质所腐蚀，必要时可以在与介质接触的膜面上覆盖保护膜。另外，如果