压力容器零部件

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1、第二节 压力容器零部件 1.2.1 筒体和封头 1.2.4 设备的开孔 1.2.5 设备安全附件 1.2.2 法兰联接 1.2.3 设备的支座 1.2压力容器零部件 压力容器的结构 零部件的二个基本参数 对于用钢板卷制的容器筒体而言，其公称直径的 数值等于筒体内径。 当容器筒体直径较小时，可直接采用无缝钢管制 作时，这时容器的公称直径等于钢管的外径。 管子的公称直径（通径）既不是管子的内径也不 是管子的外径，而是一个略小于外径的数值。 公称直径（DN） 零部件的二个基本参数 国家标准GB1048将管路元件的公称压力分为以 下十个等级：0.25MPa、0.6MPa、1.0Ma、 1.6MPa、2

2、.5MPa、4.0MPa、6.30MPa、10.0MPa 、16.0MPa、25.0MPa 。 公称压力（PN） 1.2.1 筒体和封头 筒体和封头是构成压力容器的两个最基本元件，工 程上绝大多数压力容器的筒体均为圆筒形。 筒体通常由钢板卷焊而成或直接采用无缝钢管。 钢板卷焊而成的压力容器公称直径指的是内径； 直接采用无缝钢管制作的容器公称直径指的是外径。 椭圆形封头 椭球形封头 碟形封头 锥形封头 平板封头 1.2.2 法兰联接 法兰联接的特点： 1、密封可靠：能保证紧密不漏； 2、强度高：附加法兰不削弱整体强度； 3、适用面广：设备和管道均可适用； 4、可拆联接：可多次重复装拆； 5、经济

3、合理：可批量生产。 法兰联接的工作原理： 法兰连接结构型式和标准 1）法兰密封面的型式 (a) 全平面型压紧面（Flat face）：柔软材料垫片，或铸铁、搪瓷、塑料等低压 法兰场合。 (b) 突出平面型压紧面（Raised face）：p2.5MPa，加三、四道周向沟槽后， 可以提高密封压力。简单但不易对中，螺栓力大。 (c) 凹凸型压紧面（Malefemale face）：便于对中，垫片不易被挤出和吹出， p6.4MPa (d) 榫槽型压紧面（Tonguegroove face）：垫片窄，螺栓力小，安装简单， 不会偏，且少受冲刷和腐蚀。但是结构复杂，更换垫片困难（有小技巧：安 装时在密封垫

4、上涂石墨），适用于易燃易爆和高度或极度危害等重要场合。 (e) 梯形压紧面（Trapezium face）：适用于高温，压力较高场合，O形圈、金 属垫圈 八角垫、椭圆垫 （a）全平面 （b）突面 （c）凹凸面 （d）榫槽面 （e）环连接面（梯形槽 ） 突出平面型压紧压紧 面 凹凸面法兰连接 榫槽面法兰连接 榫槽型密封面 梯形槽密封面 金属与金属的接触（Metal to metal） 控制压缩垫片尽管存在垫片，在螺栓 预紧后，法兰发生金属与金属的接触 主要特点：将垫片压缩到预定的 厚度后，继续追加螺栓载荷直 到与法兰接触。 优点： a 当存在介质应力和温度波动时，垫片上的密封载荷不发生 变化，以

5、致接头保持在最佳的泄漏控制状态 b 同时螺栓不承受循环载荷，减少了发生疲劳或松脱的危险 c 减少了法兰的转角 2）密封面应具备的表面性质： (b) 法兰密封表面加工纹路：同心圆线或螺旋线 前者更好，但不易做到，绝不允许有径向划痕。 检修时一定要注意清理密封面残留物时不能有径向划痕。 密 封 面 类 型 Ra /m minmax 全平面、突面、大凹凸面（车削） 榫槽面、小凹凸面 环连接面、O形凹面和槽面 3.2 0.8 0.4 12.5 3.2 1.6 (a) 有一定的粗糙度 管法兰密封面粗糙度的要求 3）法兰的类型 分类方法 用途：容器法兰和管法兰； 密封面宽窄：宽面法兰和窄面法兰； 材料：金

6、属和非金属，前者又分钢制、铸铁和有色金属； 形状：圆形、矩形和椭圆形； 制造：整体法兰和焊接法兰 国际标准化组织颁布标准： ISO70051：1992 “金属法兰钢法兰”，法兰类型11种。 法兰的种类很多，主要用钢制圆形窄面法兰 (a)带（长）颈对焊法兰 (b)带颈平焊法兰 (c)带颈承插焊法兰 (d)板式平焊法兰 (e) 翻边环松套法兰 (f) 螺纹法兰 (g)平焊环松套法兰 (h)法兰盖 松套法兰 螺纹法兰 搭接法兰 板式平焊法兰 板式法兰 4）法兰标准和选用原则 容器法兰和管道法兰两种 (1) 容器法兰标准 压 力 容 器 法 兰 JB4700470792 JB470092 压力容器法兰

7、分类与技术条件 适用范围：公称压力0.256.4MPa，工作温度-20450 分类：甲型平焊法兰，乙型平焊法兰，长颈对焊法兰 法兰、垫片、螺柱、螺母材料的匹配 容器法兰公称直径：指与法兰相配的筒体或封头的公称直径。 压力容器的公 称直径DN： 只要是确定了公称直径和公称压力，法兰的尺寸就确定了，不 论何种材料。 公称压力pN：一定温度和材料的法兰的最高工作压力。 容器法兰的公称压力是以16Mn在200时的最高操作压 力为依据制订的。 材料和使用温度不同时，最大允许工作压力将降低或升高 如pN4.0的标准长颈法兰 用16Mn，200以下时pmax为4.00MPa，400时pmax为3.08MPa

8、； 用20钢，200以下时pmax为2.90MPa，400时pmax为2.01MPa； 15MnMo，200以下时pmax为4.27MPa，400时pmax为4.00MPa。 法 兰 分 类 及 系 列 参 数 甲乙型平焊法兰的最大允许工作压力 甲 乙 型 平 焊 法 兰 的 最 大 允 许 工 作 压 力 法兰、垫片、螺柱、螺母材料匹配表 长颈对焊法兰的最大允许工作压力 长 颈 对 焊 法 兰 的 最 大 允 许 工 作 压 力 垫片 JB470492 非金属软垫片 JB470692 金属包覆垫片 JB470592 缠绕垫片 双头螺柱 JB470792 等长双头螺柱 (2) 管道法兰标准 我

9、国最早的化工生产中使用的管道法兰标准是：HG5006502658，其 它JB749059等 1988年颁布国家标准钢制管法兰GB9112913188 1991年化工部颁布新标准HGJ447691钢制管法兰、垫片、紧固件 ，这一标准存在与58年标准及国家标准不配套的问题，所以1997年 重新修订HG205922063597。 石化标准SH3401340796 注意：管法兰标准制订了法兰的压力温度等级，也规定 了不同公称压力下法兰的最大允许工作压力，与容器法兰 不同的是不管何种材料，其最大允许工作压力均小于公称 压力。 1.2.3设备的支座 1)、悬挂式支座 悬挂式支座通常由两块筋板和一块底板焊接

10、而成 支座号 型号A、AN、B、BN JB/T 472592，耳座 如A型、不带垫板，3号耳式支座，支座材料为Q235A.F 标记为：JB/T4725-92，耳座AN3，Q235A.F JB/T4724标准规定了耳式支座的标记： 2)、支腿式支座 （1）公称直径DN4001600； （2）圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN5； （3）容器的总高H5000mm。 型号A、B 支座号 JB/TB472492，支座 支腿式支座的标记为： 如容器公称直径DN800，角钢支柱支腿，不带垫板， 材料为Q235-A.F，支承高度H=800mm。标记为： JB/T 471392，支腿AN3800 3)、支承

11、式支座 （1）公称直径DN8004000； （2）圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN5； （3）容器的总高H10m。 型号A、B 支座号 JB/TB472492，支座 支承式支座的标记为： 裙座的结构 4）裙式支座 5）鞍式支座 鞍式支座常用于卧式设备。鞍座由一块底板、一 块竖板和若干块肋板焊接而成。 卧式设备一般采用双支座，一个型，一个型。其中 型的螺栓孔为园孔，型的螺栓孔为长园孔。 鞍式支座的位置布置应符合ARi/2和A L/2。 A L 1.2.4 设备的开孔 1)、设备开孔的装置 设备的管口与凸缘 人孔 手孔及检查孔 一、补强结构 补强结构 局部补强 整体补强 补强圈补强 厚壁接管补

12、强 整锻件补强 1.2.3 设备的开孔 （1）补强圈补强 结构： 补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（a）图。 优点： 结构简单，制造方便，使用经验丰富； 图4-37 （a） 缺点 ： 1）与壳体金属之间不能完全 贴合，传热效果差，在中温以 上使用时，存在较大热膨胀差 ，在补强局部区域产生较大的 热应力； 2）与壳体采用搭接连接，难 以与壳体形成整体，抗疲劳性 能差。 1.2.3 设备的开孔 中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在 静载、常温、中低压、 材料的标准抗拉强度低于540MPa、 补强圈厚度小于或等于1.5n、 壳体名义厚度n不大38mm的场合。 应用： HG21506-92补强圈，

13、JB/T4736-95补强圈 标准： 1.2.3 设备的开孔 （2）厚壁接管补强 结构：在开孔处焊上一段厚壁接管，见（b）图。 特点： 补强处于最大应力区域，能更有效地降低应力集中应力集中 系数系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易 检验，补强效果较好。 图4-37 （b） 高强度低合金钢高强度低合金钢制压力 容器由于材料缺口敏感 性较高，一般都采用该 结构，但必须保证焊缝焊缝 全熔透全熔透。 应用： 1.2.3 设备的开孔 图4-37 （c） （3）整锻件补强 整体锻件 1.2.3 设备的开孔 补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低 应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热

14、影 响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降 低1015%。 重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以 上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大 直径开孔容器等。 结构：将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与 壳体和接管焊接，见（c）图。 优点： 缺点： 锻件供应困难，制造成本较高。 应用： 1.2.3 设备的开孔 二、开孔补强设计准则 指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应 力集中系数减小到某一允许数值。 开孔补强设计： 开孔补强设计准则 弹性失效设计准则等面积补强法 塑性失效准则极限分析法 1.2.3 设备的开孔 （1）等面积补强 定义：定义：壳体因开孔被 削弱

15、的承载面积，须 有补强材料在离孔边 一定距离范围内予以 等面积补偿。 原理：原理：以双向受拉伸的无限 大平板上开有小孔时孔边的 应力集中作为理论基础的， 即仅考虑壳体中存在的拉伸 薄膜应力，且以补强壳体的 一次应力强度作为设计准则 。故对小直径的开孔安全可 靠。 问题：问题：没有考虑开孔处应力集中的 影响，没有计入容器直径变化的影 响，补强后对不同接管会得到不同 的应力集中系数，即安全裕量不同 ，因此有时显得富裕，有时显得不 足。 优点：优点：长期实践经验，简单易 行，当开孔较大时，只要对其 开孔尺寸和形状等予以一定的 配套限制，在一般压力容器使 用条件下能够保证安全，因此 不少国家的容器设计规范主要 采用该方法，如ASME -1和 GB150等。 1.2.3 设备的开孔 带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效时的极 限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。 （2）极限分析补强 定义： 1.2.3 设备的开孔 焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上等等 三、允许不另行补强的最大开孔直径 强度裕量 接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度 接管根部有填角焊缝 上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从 而也降低了开孔处的最大应力。因