第十二章 容器零部件

第十二章容器零部件

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(jié)構(gòu)。常見的可拆卸結(jié)構(gòu)有：法蘭聯(lián)接螺紋聯(lián)接承插式聯(lián)接。設(shè)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(shè)計。法蘭連接是一種能較好地滿足上述要求的可拆連接。法蘭連接結(jié)構(gòu)是一個組合件，有一對法蘭，數(shù)個螺栓、螺母和一個墊片組成一、法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)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(shè)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）松式法蘭法蘭與容器或管道不連接，比整體式連接強度差活套法蘭（a）螺紋法蘭（b）搭接法蘭（c）（二）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)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(shè)備直徑較大的場合。

整體法蘭與殼體鍛或鑄成一體（d）、(e)或經(jīng)全焊透的平焊法蘭(f)

（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。計算按整體法蘭或松式法蘭

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。法蘭的形狀三、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?zhèn)鬟f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(guān)，密封面型式選擇，主要考慮工藝條件（壓力、溫度、介質(zhì)）、密封直徑以及準備采用的墊片等進行選擇。表12-1墊片選用表。1、平面光滑平面，可車制密紋水線。結(jié)構(gòu)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

凸面和凹面相配合，凹面上放置片，防止墊片被擠出，適用于壓力較高。3、榫槽面槽中墊片不被擠動。螺栓力較小。獲得良好的密封效果。結(jié)構(gòu)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、錐形或梯形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

墊片適當變形和回彈能力是形成密封的必要條件，是法蘭連接的核心。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。墊片的選擇：根據(jù)溫度、壓力以及介質(zhì)決定，同時考慮密封面形式等。查表12-1四、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(PN0.6MPa～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DN2000mm以下規(guī)格包括在長頸對焊法蘭的規(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(shè)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DN1000mm的壓力容器，應當配用DN1000mm的壓力容器法蘭。

法蘭公稱壓力：與最大操作壓力、操作溫度以及材料有關(guān)。定義：以16MnR在200℃時的材料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。容器法蘭選用步驟

①根據(jù)容器DN和計算壓力Pc從P169表12-2確定法蘭類型。②根據(jù)容器設(shè)計p、t和擬用法蘭材料確定法蘭PN——P169表12-3。③根據(jù)法蘭PN、DN從JB4700-4707-92尺寸系列表確定尺寸。④畫法蘭圖。㈡管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。法蘭的標注方法法蘭類型：一般法蘭為：法蘭；帶襯環(huán)法蘭為：法蘭C不銹鋼設(shè)備用碳鋼法蘭帶不銹鋼襯環(huán)可以節(jié)省不銹鋼。標準號公稱壓力，MPa公稱直徑,mm密封面型式代號法蘭類型代號思考題：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？3.法蘭密封面型式有哪些？各適用什么場合？4.常用的墊片材料有哪些？第二節(jié)容器支座容器支座，支承容器重量、固定容器位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)型式由容器自身的型式?jīng)Q定，分臥式容器支座立式容器支座球形容器支座一、臥式容器的支座臥式容器的支座有三種：鞍座圈座支腿㈠鞍式

支座

應用最廣泛的臥式容器支座。已有標準JB/T4712-92《鞍式支座》根據(jù)容器公稱直徑和重量選用。由橫向筋板、若干軸向筋板和底板焊接而成。在與設(shè)備連接處，有帶加強墊板和不帶加強墊板兩種結(jié)構(gòu)。鞍座包角120°或150°，安放穩(wěn)定。高度200、300、400和500mm。寬度b根據(jù)容器公稱直徑查出。鞍座的種類與安裝：鞍座分為A型（輕型）和B型（重型），重型又分為BⅠ～BⅤ五種型號。A型和B型的筋板和底板、墊板等尺寸不同或數(shù)量不同。每種型式鞍座又分為固定式支座（代號F)：底板上開圓形螺栓孔和滑動式支座（S)：底座開長圓形螺栓孔（安裝）鞍座與筒體端部距離A確定：當L/D較大，且無加強圈，應盡量利用封頭對支座處筒體的加強作用，取A≤0.25D；當筒體的L/D較小，d/D較大，或有加強圈時，取A≤0.2L。㈡圈座

采用圈座的情況：對于大直徑薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成嚴重撓曲；多于兩個支承的長容器。除常溫常壓下操作的容器外，至少應有一個圈座是滑動支承的。㈢腿式支座

簡稱支腿連接處造成嚴重的局部應力，只適用于小型設(shè)備（DN≤1600、L≤5m）。腿式支座的結(jié)構(gòu)型式、系列參數(shù)等參見標準JB/T4714-92《腿式支座》。

二、立式容器的支座立式容器的支座主要有耳式支座支承式支座裙式支座中、小型直立容器常采用前二種，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。㈠耳式支座

簡稱耳座，筋板和支腳板。廣泛用在反應釜及立式換熱器等直立設(shè)備上。簡單、輕便，但局部應力較大。當設(shè)備較大或器壁較薄應加墊板。不銹鋼制設(shè)備，用碳鋼作支座，防止合金元素流失，也需加一個不銹鋼墊板。已標準化JB/T4725-92《耳式支座》。該標準分A型（短臂）和B型（長臂）（有保溫層或直接放在樓板上）每類又分帶墊板與不帶墊板兩種結(jié)構(gòu)耳式支座選用的方法：（1）估算設(shè)備總重，算每個支座（按2個計算）的負荷Q值；（2）確定支座型式，從表4-19或表4-20按允許負荷Q允大于實際負荷Q，選支座。小型設(shè)備耳式支座，可支承在管子或型鋼制的立柱上。大型設(shè)備的支座往往擱在鋼梁或混凝土制的基礎(chǔ)上。㈡支承式支座用鋼管、角鋼、槽鋼制作，或用數(shù)塊鋼板焊成，型式、結(jié)構(gòu)、尺寸及材料JB/T4724-92《支承式支座》。

適用范圍和結(jié)構(gòu)：支承式支座分A型和B型。形式支座號適用的公稱直徑（mm）結(jié)構(gòu)特征A1～6DN800～3000

鋼板焊制，帶墊板B1～8

DN800～4000鋼管焊制，帶墊板支承式支座的選用：選用見標準規(guī)定，尺寸按表4-22查。簡單輕便局部應力較大，當殼體剛度較小、殼體和支座材料差異或溫度差異較大時，或殼體需焊后熱處理，應設(shè)置加強板。加強板的材料應和殼體材料相同或相似。㈢裙式支座塔設(shè)備最常用裙式支座。目前還沒有標準。各部分尺寸均需通過計算或?qū)嵺`經(jīng)驗確定。有關(guān)裙式支座的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法詳見第十七章。

思考題：1、臥式容器和立式容器的支座有哪幾種？2、雙鞍座臥式容器支座位置按哪些原則確定？由于結(jié)構(gòu)和工藝的需要，必須在設(shè)備的筒體或封頭上開孔。如：人孔、手孔、進出料口等。開孔影響：

1、載荷應力

2、應力集中——截面形狀突變；

3、邊緣應力——殼體與接管處不連續(xù)應力從而使局部應力>>殼體中的薄膜應力,導致疲勞破壞或脆性裂口。第三節(jié)容器的開孔與補強1、開孔補強的設(shè)計原則（1）等面積補強法的設(shè)計原則

開孔被削弱的有效面積（承受強度的面積）≤可起補強作用的金屬截面（補強面積）?？苫謴蜌んw的平均強度，但不能完全解決應力集中問題。為使用最早的方法，適用范圍廣，且簡便。中國容器標準采用。一、開孔補強的設(shè)計原則與補強結(jié)構(gòu)是一種極限設(shè)計方法，同時又考慮到結(jié)構(gòu)的安定性。其基本點是：開孔接管處達到全域塑性時的極限應力應等于無孔殼體的屈服應力；同時按彈性計算的最大應力（2）塑性失效補強設(shè)計原則如果將薄膜應力控制在許用應力之下，那么應力集中區(qū)的最大應力集中系數(shù)可以允許達到3.0。這種方法只允許采用整鍛件補強結(jié)構(gòu)。中國容器標準及專業(yè)標準采用因開孔是局部的，所以補強也可以是局部的—在開孔附近安置一種補強元件。局部補強結(jié)構(gòu)有三種：（1）補強圈補強（貼板補強）（2）加強管補強（接管、厚壁管補強）（3）整鍛件補強2、補強結(jié)構(gòu)（1）補強圈補強（貼板補強）a）平齊接管外補強，最常用；b）內(nèi)伸接管外補強--可降低應力集中系數(shù)。c）內(nèi)伸接管內(nèi)外補強--單面補不能滿足要求時用。

大多數(shù)中低壓化工容器均用此。補強圈尺寸、結(jié)構(gòu)已有標準（JB/T4736-95）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，使用經(jīng)驗豐富；缺點：與殼體為搭接焊縫，抗疲勞性能差；與殼壁間形成一靜止氣隙，于傳熱不利，容易產(chǎn)生附加熱應力。（2）加強管補強在開孔處焊一段加厚的接管，加厚部分位于最大應力區(qū)域，比補強圈能更有效地降低應力集中系數(shù)。多用于低合金、高強度鋼容器--對應力集中比碳鋼敏感。結(jié)構(gòu)簡單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易掌握；厚