第六章 容器零部件設(shè)計(jì)

1、第六章 容器零部件設(shè)計(jì),主要內(nèi)容：,法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理；法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用。容器支座的類型和其它附件的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用。開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的原理與方法。,第一節(jié) 法蘭聯(lián)接,生產(chǎn)工藝要求，或?yàn)橹圃?、運(yùn)輸、安裝、檢修方便，常采用可拆卸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的可拆卸結(jié)構(gòu)有：法蘭聯(lián)接螺紋聯(lián)接 承插式聯(lián)接。,可拆卸聯(lián)接應(yīng)確保接口密封的可靠性。法蘭聯(lián)接強(qiáng)度較好和緊密性，適用尺寸范圍寬，設(shè)備和管道應(yīng)用最普遍。法蘭聯(lián)接不能很快裝配與拆卸，制造成本較

2、高。 設(shè)備法蘭與管法蘭均已制定出標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)公稱直徑和公稱壓力，可以從標(biāo)準(zhǔn)中查到，少量超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍法蘭，才需進(jìn)行設(shè)計(jì)。,一、法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理,組合件,聯(lián)接件強(qiáng)度破壞很少見(jiàn)，多是密封不好而泄漏。設(shè)計(jì)中要防止介質(zhì)泄漏。,法蘭密封的原理,預(yù)緊力壓緊墊片。壓緊應(yīng)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(yù)緊力越大，螺栓和法

3、蘭尺寸也越大，所以墊片不應(yīng)過(guò)寬，更不應(yīng)該把整個(gè)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(yīng)力。墊片有足夠回彈，補(bǔ)償變形，預(yù)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(qiáng)度和剛度，不發(fā)生過(guò)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(yīng)用廣泛，但剛性較差。,法蘭附近筒壁的截面上，將產(chǎn)生附加

4、的彎曲應(yīng)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(duì)焊法蘭,又稱高頸法蘭或長(zhǎng)頸法蘭。,頸提高剛性，厚度比筒體厚，降低根部彎曲應(yīng)力。對(duì)接焊縫，比平焊法蘭的角焊縫強(qiáng)度好，對(duì)焊法蘭適用于壓力、溫度較高或設(shè)備直徑較大的場(chǎng)合。,（二）松式法蘭,法蘭與容器或管道不連接，比整體式連接強(qiáng)度差,法蘭盤(pán)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(shè)備或管道上。受力后無(wú)附加彎曲應(yīng)力，只適用于壓

5、力較低場(chǎng)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(jiàn)，方形法蘭利于管子排列緊湊，橢圓形法蘭常用于閥門(mén)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(yù)緊力； 密封面型式；墊片性能；法蘭剛度；操作條件。,㈠ 螺栓預(yù)緊力,螺栓預(yù)緊力是影響密封一個(gè)重要因素。預(yù)緊力使墊片壓緊并實(shí)現(xiàn)初始密封。預(yù)緊力過(guò)大則墊片被壓壞或擠出。 預(yù)緊力通過(guò)法蘭密封面?zhèn)鬟f給

6、墊片，良好的密封，必須使預(yù)緊力均勻地作用于墊片。當(dāng)需要預(yù)緊力一定時(shí)，采取增加螺栓個(gè)數(shù)、減小螺栓直徑對(duì)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(guān)，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(diǎn)：,1、突面（RF）光滑平面，可車制密紋水線。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，便于進(jìn)行防腐襯里。接觸面積大，預(yù)緊時(shí)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，防止

7、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(dòng)。螺栓力較小。獲得良好的密封效果。結(jié)構(gòu)較復(fù)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(shí)，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(chǎng)合（PN≤1.6MPa）；環(huán)連接面主要用在帶頸對(duì)焊法蘭與整體法蘭上，適用壓力范圍為（6.3MPa≤PN≤25.0MPa）。,5、其他類型密封面

8、,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(dāng)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(shè)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）將非金屬

9、包起來(lái)；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(yīng)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(qiáng)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(shí)考慮密封面形式、螺栓力的大

10、小以及裝卸要求等。查表4-15,四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用,石油、化工上用的法蘭標(biāo)準(zhǔn)有兩類， 一類是壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)一類是管法蘭標(biāo)準(zhǔn),㈠ 壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn),1．平焊法蘭：,2．對(duì)焊法蘭,長(zhǎng)頸對(duì)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(zhǎng)頸對(duì)焊法

11、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(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭代替，以降低成本。,平焊與對(duì)焊法蘭都有帶襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩種。當(dāng)設(shè)備是由不銹鋼制作時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)當(dāng)配用DN 1000mm的壓力容器法蘭。,法蘭公稱壓力：,與最大操作

12、壓力、操作溫度以及材料有關(guān)。定義：以16MnR在200℃時(shí)的機(jī)械性能為基準(zhǔn)確定法蘭尺寸，在200℃時(shí)，它的最大允許操作壓力就認(rèn)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(shí)，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(jī)械性能比16MnR差，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，

13、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(jī)械性能優(yōu)于16MnR，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，在200℃操作時(shí)，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(shè)計(jì)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 管法蘭標(biāo)

14、準(zhǔn),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(duì)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(biāo)準(zhǔn)查選方法、步驟與壓力容器法蘭同。,GB9119.7-88外，常用標(biāo)準(zhǔn)還有：化工部標(biāo)準(zhǔn)HG20592～HG20602-97；中石化標(biāo)準(zhǔn)SH3406-96等。其中化工部標(biāo)準(zhǔn)中分為歐洲體系、美洲體系等，我國(guó)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280℃，

15、設(shè)計(jì)壓力0.2MPa。Q235-A。,根據(jù)操作溫度、設(shè)計(jì)壓力和所用材料，應(yīng)按公稱壓力為0.6MPa查選尺寸。壓力不高，直徑不大，表4-16用甲型平焊法蘭、平面密封面，墊片用石棉橡膠板。法蘭的各部尺寸從附錄表9中查， 聯(lián)接螺栓材料Q235-A，M20共36個(gè)。,思考題：,1.法蘭墊片密封的原理是什么？影響密封的因素有哪些？2.法蘭的型式有哪些？各有什么特點(diǎn)？3.法蘭密封面型式有哪些？各適用什么場(chǎng)合？4.常用的墊片材料有哪些？