压力容器零部件设计---2法兰设计

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1、压力容器零部件设计压力容器零部件设计 主主 要要 内内 容容l一、开孔补强l二、法兰设计l三、卧式容器支座l四、立式容器支座概 述v压力容器的主体构件 : 筒体、封头、开孔接管等.v由于制造、安装、运输、检修及操作工艺等方面的 要求，容器的零部件常做成可拆连接，然后再组合 。可拆连接的基本要求l（1）足够的刚度及连接件间的压紧力。保证操作中 介质不泄漏。l（2）足够的强度。本身具有足够的强度，不能削弱整体 结构强度；l（3）能耐腐蚀。能正常工作和多次迅速拆装。l（4）成本低廉。适合大批量生产。概 述v压力容器的零部件： 法兰、支座、人孔、手孔 、安全阀，等。其中法兰就是典型的可拆连接。v零部件

2、都标准化，如法兰：JB4700470792，支座：JB/T47*92 二、法兰设计 重点内容:v法兰的密封原理、影响 密封的主要因素v法兰的标准v容器法兰的类型、设计 步骤v管法兰的类型、设计步 骤法兰连接的组成：l1 、被连接件 法兰对（关键部 件，提供密封面和螺栓 孔。）l2 、连接件 螺栓、螺母l3 、密封元件 垫片(圈)思 考 ？l法兰连接最基本的要求是什么?l法兰连接的失效形式是什么?密 封v法兰连接最基本的要求：密封可靠。v密封原理分为：v1）强制密封（中低压）： 把螺栓产生的压紧 力通过法兰密封面（压紧面）传递给垫片，使垫片 产生足够的弹塑性变形，从而将法兰压紧面间凹凸 不平的缝

3、隙填满压实，达到密封的目的。v2）自紧密封（高压）：依靠容器内介质的压力 压紧密封元件，使密封面获得很大的压紧力，在密 封口产生较大的密封比压，达到密封目的。 泄 漏v法兰连接的失效形式：泄漏。v泄漏途径 ： 垫圈渗漏，密封面泄漏（为主）v防止泄漏方法：v采用不渗透性材料或有填充剂堵塞多孔性材料的 孔隙；v提高法兰刚度、密封面平直度、表面粗糙度、密 封面与法兰中心线的垂直度，避免径向凹痕。 影响密封的主要因素：v1、螺栓预紧力：大小合适、分布均匀v2、垫圈性能:变形能力和回弹能力(弹性、塑性)v3、密封面型式和表面性能：平直度、表面粗糙 度精度、密封面与法兰中心轴线垂直同心。v4、法兰刚度：产

4、生翘曲变形。增大法兰厚度，减 小螺栓力作用的力臂，增大法兰盘外径。v5、操作条件：压力、温度、介质的物理化学性质法兰设计的重要概念v1、预紧密封比压：预紧时(无内压），迫使 垫片变形与压紧面密合， 形成初始密封条件。此时 在垫片单位面积上的压紧 力。（也称最小压紧应力 MPa）法兰设计的重要概念v2、工作密封比压：操 作时(有内压），压紧力 减小，垫片具有足够的回 弹能力，回复的变形能够 补偿螺栓和密封面的变形 ，此时预紧密封比压下降 到正常工作的最小值 。 （MPa）v3、垫片系数：操作时( 有内压），达到紧密不漏 ，垫片上所必须维持的最 小比压与介质压力P的比 值。密封面型式 平 面 型凹

5、凸型 榫槽型 梯 形 槽平面型v优点：结构简单、 加工方便，便于防 腐衬里， 应用广泛 。v缺点：密封面与垫 圈接触面大，不易 对中，垫圈易伸展 ，密封性较差。v适用：低压和无毒 介质。v凹凸型v优点：便于对中，垫圈 放在凹面不易挤出，密 封面窄比压大。v缺点：加工量大v适用：压力稍高v榫槽型v优点：密封面窄，不与 介质接触，v缺点：拆卸难，垫圈不 易清理v适用：压力更高，密封 要求严v梯形槽：v与椭圆型或八角型金 属垫圈配用。v特点：槽的锥面与垫 圈成线（或窄面）接 触密封。v适用：温度、压力有 波动，介质渗透性密封面的选用原则首先必须保证密封可靠，然后力求加工容易，装配方便、成本低。垫圈（

6、垫片）v垫圈是法兰连接的核心，密封效果的好坏主 要取决于垫圈的密封性能。v垫圈材料的要求：v耐介质腐蚀、不与操作介质发生化学反应，v不污染产品和环境，v具有良好的弹性，v有一定的机械强度和适当的柔软性，v在工作温度和压力下不易变质（硬化、老化、软化）。垫圈的类型v压力容器法兰及管法兰采用的密封 垫圈，根据所用材料有哪几种类型 ？垫圈的类型v1）非金属垫圈： （适用于P6.4MPa, T350度）v材料：软铝、钢、纯铁、软钢、铬钢和不锈钢。断面有矩形 、波纹形、齿形、椭圆形和八角形。v3）金属非金属组合垫圈：v兼容了前二者的优点，提高了耐蚀性、耐热性和密封性能， 适用于较高的压力和温度v形式：金

7、属包垫片、金属缠绕垫片和带骨架的非金属垫片。垫圈的选择v垫圈的结构形式、材料和尺寸，标准化。 选择依据：介质的腐蚀性、操作温度和压力，考虑价格低廉、制造容易和更换方便。v高温高压：金属垫圈v中温中压：金属与非金属组合式或非金属v中、低压：多用非金属v高真空或深冷：金属垫圈 法兰的类型v1）压力容器法兰：连接筒体与封头、筒体与筒体、 法兰与管板。 v2）管法兰：管道之间连接。v思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？为什么？v思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？为什么？v答：不能。v因为：v压力容器法兰的公称直径通常是与其连接的筒体的 内径；v而管法兰的公称直径是与其连接的管子的公称

8、直径 。它既不是管子的内径，也不是管外径。v因此，二者的连接尺寸并不等。法兰的标准v1）压力容器法兰标准：JB47004707-92v 包括法兰、垫片、螺栓等8个标准v2）管法兰（管道之间连接）标准：v与“英制管”配管系列对应的管法兰标准有 GB9119.5 9119.14-88 国家标准。英制管管法兰有14种。v与“公制管”配管系列对应的管法兰标准是化工行业标准 HG2059220635-97钢制管法兰、垫片、紧 固件标准。公制管管法兰有6种。容器法兰类型v1）平焊法兰：v 甲型平焊法兰， JB4701-92v 乙型平焊法兰， JB4702-92v2）对焊法兰：v 长颈对焊法兰， JB470

9、3-92容器法兰类型v甲型和乙型平焊法兰的区别：v乙型平焊法兰本身配带了一个比容器壁厚更厚的圆筒形短 节，短节厚度一般不小于16mm，增加了法兰的刚度。因而比 甲型平焊法兰适用的公称直径大，制定的压力级别范围宽且 高。v甲型平焊法兰：有PN0.25MPa，0.6MPa，1.0MPa， 1.6MPa四个压力等级，直径范围为DN3002000mm，温度 范围20300C。v只限于使用非金属软垫片，配有光滑（平面）和凹 凸2种密封面。容器法兰类型v乙型平焊法兰：有PN0.25MPa，0.6MPa，1.0MPa， 1.6MPa四个压力等级中较大直径范围，还有PN2.5MPa， 4.0MPa两个压力等级

10、中较小直径范围，适用的全部直径范 围为DN3003000mm，温度范围20350C。v可使用非金属软垫片、缠绕式垫片、组合式垫片， 密封面有光滑、凹凸和榫槽3种密封面。选用依据：v 公称直径（是容器及管道标准化以后的尺寸系列）v 公称压力（等于法兰的允许工作压力）容器法兰连接的设计步骤v（1）根据设计要求，确定法兰型式（甲、乙、长） ；v（2）由型式和工作温度，确定材料或由材料定公称 压力；v（3）由型式和公称压力，确定法兰各部分尺寸和螺 柱直径及个数；v（4）由型式和工作温度，确定匹配的垫片种类、材 料和螺柱及螺母材料、尺寸；v（5）参照各尺寸绘法兰图。选择标准法兰举例l例1l有一直径为12

11、00mm的吸收塔，封头与筒体 采用法兰联接，该塔操作温度为285C，设 计压力为0.3MPa，材质为Q235A。l试选择标准法兰。选择标准法兰举例l根据吸收塔的直径和压力，查表122（压力容器法兰分类和规格范围）可知，甲型平焊法兰公称压力范围： 0.251.6MPa，完全可以满足要求。l法兰材料取与塔体、封头材料相同，为Q235A， 查表123（甲型、乙型平焊法兰的最大允许工作压力，JB4700-92） ，应按公称压力0.6MPa来查选它的尺寸。l由于操作压力不高，由表121（垫圈选用表）可采用平 面型密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，查JB4704- 92定出尺寸。标注为：垫片12000.6

12、JB4704-92选择标准法兰举例l法兰的各部分尺寸可从JB4701-92中查得，并可 绘出法兰图。l联接螺栓为M20，共52个，材料由表125（法兰 、螺栓、螺母、材料匹配表）查得为35 ，螺母材 料为Q235A。l法兰标记为：法兰P II 12000.6 JB4701-92管法兰的类型v管法兰有20多种类型 ：(比容器法兰的适用压力 范围大、受力情况复杂)v 板式平焊、带颈平焊、v 带颈对焊、承插焊、v 平焊环松套板式、v 翻边松套式、螺纹法兰 、v 对焊凸缘松套法兰、v 整体法兰等。管法兰的密封面型式v平面型，凹凸型，榫槽型（同容器法兰） ，梯形槽和全平面型：管法兰连接的设计步骤v（1）

13、确定法兰类型和密封面型式、管子材料和尺寸；v（2）再由工作温度，确定材料或由材料定公称压力；v（3）再由公称压力，确定法兰各部分尺寸；v（4）由型式和工作温度，确定匹配的垫片种类、材料 和紧固件材料、尺寸；v（5）参照各尺寸绘法兰图。螺栓设计v包括：选择螺栓材料、确定螺栓尺寸和个数，螺栓载 荷计算。v计算螺栓载荷：达到预紧密封比压和工作密封比压。v材料：根据螺栓载荷、工作温度等。一般螺栓材料比 螺母材料的硬度高30HB以上。v直径和个数：连接螺栓DN M12，先由标准定个数 ，一般为4的倍数，然后由螺栓载荷、材料的许用应力 计算螺栓根径，再由此定DN。最后校核螺栓中心距。法兰设计重点内容v1、

14、密封原理分为：v 1）强制密封（中低压）： 把螺栓产生的压紧力 通过法兰密封面（压紧面）传递给垫片，使垫片产生 足够的弹塑性变形，从而将法兰压紧面间凹凸不平的 缝隙填满压实，达到密封的目的。v 2）自紧密封（高压）：依靠容器内介质的压力 压紧密封元件，使密封面获得很大的压紧力，在密封 口产生较大的密封比压，达到密封目的。 v2、法兰连接的组成包括：法兰对，垫圈和螺栓 ；泄漏的途径主要是：垫圈渗漏和密封面泄漏法兰设计重点内容v3、影响密封的因素： 1）螺栓预紧力，2 ）垫圈性能，3）密封面型式和表面性能，4 ）法兰刚度，5）操作条件v4、预紧密封比压：预紧时(无内压），迫 使垫片变形与压紧面密合，形成初始密封条 件。此时在垫片单位面积上的压紧力。（也 称最小压紧应力MPa）法兰设计重点内容v5、垫片系数 ：操作时(有内压），达到紧密不漏 ，垫片上所必须维持的最小比压与介质压力P的比 值。v6、压力容器法兰选用根据：公称直径和公称 压力v7、管法兰的类型有：板式平焊、带颈平焊、带 颈对焊、承插焊、平焊环松套板式、翻边松套式、 螺纹法兰、对焊凸缘松套法兰、整体法兰等。