第十六章_化工設備通用零部件

1、第十六章 化工設備通用零部件,主要內(nèi)容：,法蘭聯(lián)接結構與密封原理；法蘭標準及選用。容器支座的類型和其它附件的結構與應用。開孔補強的原理與方法。,第一節(jié) 法蘭聯(lián)接,生產(chǎn)工藝要求，或為制造、運輸、安裝、檢修方便，常采用可拆卸的聯(lián)接結構。常見的可拆卸結構有：法蘭聯(lián)接螺紋聯(lián)接 承插式聯(lián)接。,可拆卸聯(lián)接應確保接口密封的可靠性。法蘭聯(lián)接強度較好和緊密性，適用尺寸范圍寬，設備和管道應用最普遍。法蘭聯(lián)接不能很快裝配與拆卸，制造

2、成本較高。 設備法蘭與管法蘭均已制定出標準。根據(jù)公稱直徑和公稱壓力，可以從標準中查到，少量超出標準規(guī)定范圍法蘭，才需進行設計。,一、法蘭聯(lián)接結構與密封原理,組合件,聯(lián)接件強度破壞很少見，多是密封不好而泄漏。設計中要防止介質(zhì)泄漏。,法蘭密封的原理,預緊力壓緊墊片。壓緊應力（墊片密封比壓力）到一定數(shù)值使墊片變形，密封面上微隙被填滿，形成初始密封條件。密封比壓力主要決定于墊片材質(zhì)。墊片材質(zhì)確定后，墊片越寬，為保證比壓力，預緊力越大，螺

3、栓和法蘭尺寸也越大，所以墊片不應過寬，更不應該把整個法蘭面都鋪滿墊片。,工作狀態(tài)內(nèi)壓軸向力拉伸，降低了壓緊應力。墊片有足夠回彈，補償變形，預緊密封比壓值不小于某一值(工作密封比壓)，保持良好密封。反之，回彈不足，則此密封失效。密封元件在操作壓力作用下，仍然保持一定的殘余壓緊力。螺栓和法蘭須有足夠大的強度和剛度，不發(fā)生過大的變形。,二、法蘭的分類,（一）整體法蘭,１．平焊法蘭，制造容易，應用廣泛，但剛性較差。,法蘭附近筒壁的截面上，將產(chǎn)

4、生附加的彎曲應力。所以平焊法蘭適用的壓力范圍較低（PN<4.0MPa）。,平焊法蘭的適用范圍：,２．對焊法蘭,又稱高頸法蘭或長頸法蘭。,頸提高剛性，厚度比筒體厚，降低根部彎曲應力。對接焊縫，比平焊法蘭的角焊縫強度好，對焊法蘭適用于壓力、溫度較高或設備直徑較大的場合。,（二）松式法蘭,法蘭與容器或管道不連接，比整體式連接強度差,法蘭盤可用不同材料，用于銅制、鋁制、陶瓷、石墨及其非金屬材料的設備或管道上。受力后無附加彎曲應力，只適

5、用于壓力較低場合,（三）任意式法蘭,整體性介于整體法蘭和松式法蘭之間，包括未焊透的焊接法蘭。,圓形法蘭最常見，方形法蘭利于管子排列緊湊，橢圓形法蘭常用于閥門和小直徑的高壓管子上。,三、影響法蘭密封的因素,影響法蘭密封的因素主要有：螺栓預緊力； 密封面型式；墊片性能；法蘭剛度；操作條件。,㈠ 螺栓預緊力,螺栓預緊力是影響密封一個重要因素。預緊力使墊片壓緊并實現(xiàn)初始密封。預緊力過大則墊片被壓壞或擠出。 預緊力通過法蘭密封面

6、傳遞給墊片，良好的密封，必須使預緊力均勻地作用于墊片。當需要預緊力一定時，采取增加螺栓個數(shù)、減小螺栓直徑對密封有利,㈡ 密封面,法蘭聯(lián)接密封性能與密封面型式有關，密封面型式選擇，主要考慮壓力、溫度、介質(zhì)。,壓力容器和管道中常用的法蘭密封面型式和特點：,1、突面（RF）光滑平面，可車制密紋水線。結構簡單，加工方便，便于進行防腐襯里。接觸面積大，預緊時墊片容易往兩邊擠，不易壓緊。,2、凹凸面（MFM）,凸面和凹面相配合，凹面上放置墊片

7、，防止墊片被擠出，適用于壓力較高。,3、榫槽面(TG),槽中墊片不被擠動。螺栓力較小。獲得良好的密封效果。結構較復雜，更換墊片較困難。榫面容易損壞，適于易燃、易爆、有毒介質(zhì)及較高壓力。壓力不大時，即使直徑較大，也能很好密封。,4、全平面（FF）與環(huán)連接面（RJ）,全平面密封適合于壓力較小的場合（PN≤1.6MPa）；環(huán)連接面主要用在帶頸對焊法蘭與整體法蘭上，適用壓力范圍為（6.3MPa≤PN≤25.0MPa）。,5、其他類型

8、密封面,高壓容器和高壓管道用球面（透鏡）和橢圓或八角形截面金屬墊片,㈢ 墊片性能,墊片適當變形和回彈能力是形成密封的必要條件。最常用墊片分為 非金屬、金屬、 非金屬與金屬混合制的墊片,非金屬墊片：,橡膠石棉板、聚四氟乙烯等。柔軟耐溫度和壓力性能較金屬墊片差。只適用于常、中溫和中、低壓設備和管道的法蘭密封。,金屬與非金屬混合制墊片：,金屬包墊片及纏繞墊片等。金屬包墊片用薄金屬板（鍍鋅薄鋼板、0Cr18Ni9等）將

9、非金屬包起來；金屬纏繞墊片是薄低碳鋼帶(或合金鋼帶)與石棉帶一起繞制而成。不帶定位圈和帶定位圈。,金屬包墊片及纏繞墊片較單純的金屬墊片有較好的性能，適應的溫度與壓力范圍較高一些。,金屬墊片：,材料一般并不要求強度高，而是要求軟韌。常用是軟鋁、紫銅、鐵(軟鋼)、蒙耐爾合金(含Ni67％，Cu30％，Cr4～5％)鋼等。主要用于中、高溫和中、高壓法蘭聯(lián)接密封。,墊片材料的選擇：,根據(jù)溫度、壓力以及介質(zhì)腐蝕決定，同時考慮密封面形式、螺栓

10、力的大小以及裝卸要求等。查表4-15,四、法蘭標準及選用,石油、化工上用的法蘭標準有兩類， 一類是壓力容器法蘭標準一類是管法蘭標準,㈠ 壓力容器法蘭標準,1．平焊法蘭：,2．對焊法蘭,長頸對焊法蘭有厚度更大的頸，剛性大。更高壓力范圍(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直徑范圍(DN300mm～2000mm)，適用溫度范圍為-20℃～450℃。,乙型平焊法蘭中DN 2000mm以下規(guī)格包括在長頸

11、對焊法蘭的規(guī)定范圍之內(nèi)。兩者聯(lián)接尺寸和法蘭厚度一樣。DN2000mm以下的乙型平焊法蘭可用軋制長頸對焊法蘭代替，以降低成本。,平焊與對焊法蘭都有帶襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩種。當設備是由不銹鋼制作時，采用碳鋼法蘭加不銹鋼襯環(huán)，可以節(jié)省不銹鋼。,3、公稱直徑與公稱壓力,根據(jù)公稱直徑與公稱壓力由法蘭標準確定法蘭尺寸壓力容器法蘭公稱直徑同壓力容器例如DN 1000mm的壓力容器，應當配用DN 1000mm的壓力容器法蘭。,法蘭公稱壓力：,與最

12、大操作壓力、操作溫度以及材料有關。定義：以16MnR在200℃時的機械性能為基準確定法蘭尺寸，在200℃時，它的最大允許操作壓力就認為是具有該尺寸法蘭的公稱壓力。,公稱壓力PNO.6MPa法蘭，用16MnR制造的，在200℃時，最大允許操作壓力0.6MPa。高于200℃的最大操作壓力將低于它的公稱壓力0.6MPa。低于200℃仍按200℃確定其最高工作壓力。,材料改為Q235-A，機械性能比16MnR差，公稱壓力PN0.6MPa的

13、法蘭，200℃操作，最大允許操作壓力也低于公稱壓力。材料由16MnR改為15MnVR，機械性能優(yōu)于16MnR，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，在200℃操作時，最大允許操作壓力將高于它的公稱壓力。只要法蘭的公稱直徑、公稱壓力確定了，法蘭的尺寸也就確定了。,最大允許工作壓力的確定：,為操作溫度300℃，設計壓力0.6MPa的容器選配法蘭。材料15MnVR按公稱壓力0.6MPa查取。材料20R按公稱壓力1.0MPa查取尺寸。,㈡ 管

14、法蘭標準,同樣公稱直徑的容器法蘭和管法蘭的尺寸不相同，不能互相代用。管法蘭的型式除平焊、對焊法蘭外，還有鑄鋼法蘭、鑄鐵法蘭、活套法蘭、螺紋法蘭等。管法蘭標準查選方法、步驟與壓力容器法蘭同。,GB9119.7-88外，常用標準還有：化工部標準HG20592～HG20602-97；中石化標準SH3406-96等。其中化工部標準中分為歐洲體系、美洲體系等，我國常用的為歐洲體系。,例4-6：塔身與封頭的法蘭。塔內(nèi)徑1000mm，操作溫度28