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1、压力容器零部件设计 主 要 内 容,一、开孔补强 二、法兰设计 三、卧式容器支座 四、立式容器支座,概 述,压力容器的主体构件 : 筒体、封头、开孔接管等. 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,（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。 （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； （3）能耐腐蚀。能正常工作和多次迅速拆装。 （4）成本低廉。适合大批量生产。,概 述,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。 零部件都标准化，如法兰：JB470
2、0470792， 支座：JB/T47*92,二、法兰设计 重点内容:,法兰的密封原理、影响密封的主要因素 法兰的标准 容器法兰的类型、设计步骤 管法兰的类型、设计步骤,法兰连接的组成：,1 、被连接件法兰对（关键部件，提供密封面和螺栓孔。） 2 、连接件螺栓、螺母 3 、密封元件垫片(圈),思 考 ？,法兰连接最基本的要求是什么? 法兰连接的失效形式是什么?,密 封,法兰连接最基本的要求：密封可靠。 密封原理分为： 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。 2）自紧密封
3、（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,法兰连接的失效形式：泄漏。 泄漏途径 ： 垫圈渗漏，密封面泄漏（为主） 防止泄漏方法： 采用不渗透性材料或有填充剂堵塞多孔性材料的孔隙； 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：,1、螺栓预紧力：大小合适、分布均匀 2、垫圈性能:变形能力和回弹能力(弹性、塑性) 3、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。 4、法兰刚度：产生翘曲变形。增大法兰厚度，减小螺栓力作用的力臂，增大
4、法兰盘外径。 5、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,1、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,2、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） 3、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,凹凸型 榫槽型,梯形槽,平面型,优点：结构简单、加工方便，便于防腐衬里，
5、应用广泛。 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。 适用：低压和无毒介质。,凹凸型 优点：便于对中，垫圈放在凹面不易挤出，密封面窄比压大。 缺点：加工量大 适用：压力稍高 榫槽型 优点：密封面窄，不与介质接触， 缺点：拆卸难，垫圈不易清理 适用：压力更高，密封要求严,梯形槽： 与椭圆型或八角型金属垫圈配用。 特点：槽的锥面与垫圈成线（或窄面）接触密封。 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（垫片）,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。 垫圈材料的要求： 耐介质腐
6、蚀、不与操作介质发生化学反应， 不污染产品和环境， 具有良好的弹性， 有一定的机械强度和适当的柔软性， 在工作温度和压力下不易变质（硬化、老化、软化）。,垫圈的类型,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,1）非金属垫圈： （适用于P6.4MPa, T350度） 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。 3）金属非金属组合垫圈： 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 形式：金属包垫片、金属缠绕垫片和带骨架的非金属垫片。,垫圈的选择,垫圈的结构形式、材料和尺寸，标准化。 选择依据
7、：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。 高温高压：金属垫圈 中温中压：金属与非金属组合式或非金属 中、低压：多用非金属 高真空或深冷：金属垫圈,法兰的类型,1）压力容器法兰：连接筒体与封头、筒体与筒体、法兰与管板。 2）管法兰：管道之间连接。 思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？,思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？ 答：不能。 因为： 压力容器法兰的公称直径通常是与其连接的筒体的内径； 而管法兰的公称直径是与其连接的管子的公称直径。它既不是管子的内径，也不是管外径。 因此，二者的连接尺寸并不等。,法兰的标准,1）压力容器法兰标
8、准：JB47004707-92 包括法兰、垫片、螺栓等8个标准 2）管法兰（管道之间连接）标准： 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。 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,1）平焊法兰： 甲型平焊法兰， JB4701-92 乙型平焊法兰， JB4702-92 2）对焊法兰： 长颈对焊法兰， JB4703-92,容器法兰类型,甲型和乙型平焊法兰的区别： 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
9、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。 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。 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,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两个压力等级中较小直径范围，适用的全部直径范围为DN3003000mm，温度范围20350C。 可使用非金属软垫片、缠绕式垫片、组合
10、式垫片，密封面有光滑、凹凸和榫槽3种密封面。 选用依据： 公称直径（是容器及管道标准化以后的尺寸系列） 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,（1）根据设计要求，确定法兰型式（甲、乙、长）； （2）由型式和工作温度，确定材料或由材料定公称压力； （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； （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； （5）参照各尺寸绘法兰图。,选择标准法兰举例,例1 有一直径为1200mm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。 试选择标准法兰。,选
11、择标准法兰举例,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。 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。 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 JB4704-92,选择标准法兰举例,法兰的各部分尺寸可从JB4701-92中查得，并可绘出法兰图。 联接螺栓为M20，共52个，材料由表12
12、5（法兰、螺栓、螺母、材料匹配表）查得为35 ，螺母材料为Q235A。 法兰标记为：法兰P II 12000.6 JB4701-92,管法兰的类型,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) 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。,管法兰的密封面型式,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,（1）确定法兰类型和密封面型式、管子材料和尺寸； （2）再由工作温度，确定材料或由材料定公称压力； （3）再由公称压力，确定法兰各部分尺寸； （4）由型式和工作温
13、度，确定匹配的垫片种类、材料和紧固件材料、尺寸； （5）参照各尺寸绘法兰图。,螺栓设计,包括：选择螺栓材料、确定螺栓尺寸和个数，螺栓载荷计算。 计算螺栓载荷：达到预紧密封比压和工作密封比压。 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。 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,1、密封原理分为： 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
14、实，达到密封的目的。 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。 2、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,3、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 4、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,5、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。 6、压力容器法兰选用根据：公称直径和公称压力 7、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。,