壓力容器零部件之法蘭

壓力容器零部件之法蘭1第1頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三法蘭連接結(jié)構(gòu)（外觀）2第2頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三法蘭連接結(jié)構(gòu)（剖開看）3第3頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三2.法蘭密封原理法蘭密封面泄漏的原因：●密封墊表面與法蘭密封面之間有空隙,或截面內(nèi)有毛細(xì)管——泄漏通道?！衩芊饷鎯蓚?cè)介質(zhì)有壓差——推動力。從法蘭密封連接過程看其密封原理：（1）安裝過程——擰緊螺栓,墊片被壓緊（墊內(nèi)毛細(xì)管被切斷；消除了與法蘭密封面之間的空隙）。墊片單位面積上所受的壓緊力，稱為墊片密封比壓。當(dāng)墊片密封比壓達(dá)到某一值時，便具備了初始密封條件，此時的比壓稱為預(yù)緊密封比壓。4第4頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三（2）工作條件下——介質(zhì)壓力和溫度均升高。——螺栓被拉伸，法蘭變形，法蘭密封面相對有分離趨勢。致使墊片比壓下降?！獕|片回彈，補(bǔ)償或部分補(bǔ)償了法蘭分離的位移。此時的殘余比壓若不小于某一值（稱為工作密封比壓），仍可保持良好密封狀態(tài)。否則，將發(fā)生泄漏。5第5頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三看看法蘭連接的工作過程6第6頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三6.1.2.法蘭分類1.整體法蘭——法蘭與設(shè)備或管道不可拆卸。1）平焊法蘭——板式平焊法蘭，帶頸平焊法蘭7第7頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三板式平焊管法蘭2）.對焊法蘭8第8頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三2.松套法蘭平焊環(huán)松套板式翻邊松套板式9第9頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三3.螺紋法蘭

——法蘭與設(shè)備或管道之間以螺紋連接。10第10頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三6.1.3影響法蘭密封的因素因素1.螺栓預(yù)緊力——大小合適。墊片受力均勻。螺栓采取小直徑多數(shù)量(四的倍數(shù)）。對稱擰緊的方法。11第11頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三因素2.法蘭密封面形式12第12頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三因素3.墊片性能墊片密封面的塑性變形能力

——實(shí)現(xiàn)初始密封；墊片材料及結(jié)構(gòu)的回彈能力

——提高工作狀態(tài)下的殘余密封比壓。耐腐蝕能力。力學(xué)性能，尤其抗高溫蠕變能力。工作溫度下的變質(zhì)硬化或軟化性。13第13頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三看看墊片壓縮回彈性能試驗(yàn)14第14頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三墊片類型：15第15頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三16第16頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三17第17頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三18第18頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三19第19頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三20第20頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三

因素4.法蘭的剛度——法蘭在外力作用下抵抗變形的能力。剛度小——受力後變形大，墊片受力不均，易泄漏。法蘭受力：思考：法蘭將如何變形？21第21頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三法蘭變形1:法蘭軸向翹曲變形22第22頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三法蘭變形2法蘭環(huán)向翹曲變形23第23頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三如何提高法蘭剛度？—增加法蘭厚度；—減小螺栓力與墊片力作用點(diǎn)間距離；—增大法蘭盤外徑；—螺栓數(shù)量要足夠。24第24頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三

因素五.操作條件壓力高—介質(zhì)泄漏的推動力大。溫度高

—介質(zhì)的粘度低，滲透性強(qiáng)，容易泄漏；

—介質(zhì)的腐蝕性能增強(qiáng)；

—法蘭、螺栓及墊片易發(fā)生蠕變，墊片比壓下降；

—非金屬墊片易發(fā)生老化，喪失塑性。·溫度壓力聯(lián)合作用，并且反復(fù)波動，墊片容易發(fā)生“疲勞”失效。25第25頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三6.1.4法蘭標(biāo)準(zhǔn)1.壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)1）甲型平焊法蘭26第26頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三2）乙型平焊法蘭3）長頸對焊法蘭27第27頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三壓力容器法蘭的選用

確定法蘭連接尺寸的基本參數(shù)：——公稱壓力（PN）和公稱直徑（DN)。①.公稱直徑的確定：

◎管法蘭—與相聯(lián)接管子的公稱直徑相同；◎壓力容器法蘭—

·板卷筒體，與相聯(lián)接筒體的公稱直徑相同；

·無縫鋼管作筒體，與相聯(lián)接無縫管的公稱直徑相同。28第28頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三公稱壓力

PN

法蘭材質(zhì)

最大允許工作壓力(MPa)-20~200℃300℃350℃

0.6Q235-A0.40.330.30

16MnR0.60.510.4915MnVR0.650.630.6法蘭公稱壓力的確定：②.公稱壓力的確定：基準(zhǔn)：以16MnR在200℃時的力學(xué)性能為基準(zhǔn)確定法蘭尺寸系列。

即基準(zhǔn)條件下，法蘭的最大允許操作壓力為該法蘭的公稱壓力。29第29頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三③確定壓力容器法蘭PN—JB4700-92(見書P156,P329)

（1）.壓力容器法蘭材質(zhì)為20R，300℃時設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa。其公稱壓力應(yīng)該為多少？（2）管法蘭材質(zhì)為Q235-A,選用PN=0.6MPa，問300℃時能否承受0.4MPa的工作壓力？判斷一下：30第30頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三壓力容器法蘭設(shè)計(jì)步驟：（1）確定DN;（2）根據(jù)法蘭材質(zhì)、工作溫度和最高工作壓力，確定PN；（3）由PN,DN確定法蘭形式及連接尺寸、螺栓尺寸及數(shù)量。（4）根據(jù)介質(zhì)工作溫度、工作壓力確定密封面及墊片類型；（5）確定螺栓、螺帽材質(zhì)；（6）繪制草圖。31第31頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三2.管法蘭管法蘭標(biāo)準(zhǔn)：1）HG20592~20635——97

?鋼制管法蘭、墊片、緊固件?2）GB9112~9123?鋼制管法蘭?注：?壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程?推薦1）。32第32頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三a.板式平焊HG20592-97管法蘭類型：b.帶頸對焊法蘭33第33頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三c.帶頸平焊d.承插焊e.平焊環(huán)松套板式f.翻邊松套板式34第34頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三g.螺紋法蘭方法蘭橢圓形法蘭h.法蘭蓋35第35頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三例題為一臺精流塔配一對連接塔身與封頭的法蘭。塔的內(nèi)徑為1000mm,操作溫度為280o，設(shè)計(jì)壓力為0.2MPa。塔體材質(zhì)為Q235-B。介質(zhì)無腐蝕性及其他危害。解：1.確定DNDN=1000mm（板卷筒體）。

2.確定PN法蘭材質(zhì)也采用Q235-BR,根據(jù)操作溫度（280°C）及設(shè)計(jì)壓力（0.2MPa)，查溫度/壓力表（JB4700-92),得PN=0.6(MPa)。

3.由DN和PN，查尺寸標(biāo)準(zhǔn)JB4701-92,確定連接尺寸及螺栓的規(guī)格數(shù)量。螺栓M20,36個36第36頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三4.確定密封面形式及墊片。查表6-1，確定采用平形密封面，墊片采用耐油橡膠石棉墊。墊片尺寸由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)確定。表6-3給出參考寬度值：20mm。

5.確定螺栓螺帽材質(zhì)。由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)查得。表6-6給出參考值：螺栓螺母均為Q235-A。

6.繪草圖。螺栓M20,36個37第37頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三6.2容器支座作用：支撐容器的重量；固定位置。6.2.1臥式容器支座種類：——鞍座——圈座——支腿雙鞍式支座38第38頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三1).支座反力計(jì)算每一支座的反力：F=mg/2式中mg——設(shè)備總重。2).筒體軸向彎矩哪里較大？◎支座處(2-2截面）彎矩為負(fù)，橫截面的上部受拉，下部受壓◎兩支座中間處（1-1截面）：彎矩為正——橫截面上部受壓，下部受拉。筒體受壓處可能出現(xiàn)何種破壞形式？方向如何？39第39頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三3).筒體的軸向應(yīng)力計(jì)算在跨距中點(diǎn)：載荷——介質(zhì)壓力，彎矩。在支座處：當(dāng)A≤Rm/2時，封頭有支撐作用，保持筒體的圓形，保證了局部剛度?！啊鄙喜繛樨?fù)，“+”下部為正。40第40頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三4).筒體軸向應(yīng)力的驗(yàn)算

判據(jù)：B值得計(jì)算：1）由Rm和Se計(jì)算A:2）由A，依據(jù)材料線求B值；3）如A在材料線左側(cè)，由下式計(jì)算：41第41頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三5）雙鞍式支座的結(jié)構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)（1）結(jié)構(gòu)42第42頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三材質(zhì)：墊板—與筒體相同，其它---Q235-A.F。43第43頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三（2）鞍座標(biāo)準(zhǔn)及其標(biāo)記鞍座分為輕型（A）和重型（B）（BⅠ~BⅤ）。固定式——F型；活動式——S型。標(biāo)準(zhǔn)號：JB/T4712-92.

鞍座標(biāo)記：JB/T4712-92鞍座[型號][公稱直徑]-[F或S]例如：DN2600的輕型鞍座標(biāo)記為JB/T4712-92鞍座A2600-FJB/T4712-92鞍座A2600-S44第44頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三6).鞍座的位置——A的確定：A≤Do/4,且不大于0.2L。最大不大于0.25L。L——封頭赤道圓（切點(diǎn)）間的距離。A——赤道圓至支座中心線間的距離。思考：在施工圖上，L,A標(biāo)注在赤道圓上，可否？45第45頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三6.2.2立式容器支座1.耳式支座2.裙座3.懸掛式支座4.支撐式支腳46第46頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三6.3容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)6.3.1.容器開孔應(yīng)力集中現(xiàn)象開孔處出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)為：

K=σ實(shí)際/σ膜其大小為多少？見平板開孔試驗(yàn)測試：實(shí)測結(jié)果：K≈3即應(yīng)力集中點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)力大約為膜應(yīng)力的3倍。47第47頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三6.3.2.開孔補(bǔ)強(qiáng)原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)1.開孔補(bǔ)強(qiáng)原則：

——等面積補(bǔ)強(qiáng)。即規(guī)定局部補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積必須等于或大于開孔減去的殼體截面積。（1）補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)●材質(zhì)厚度一般與殼體相同；●補(bǔ)強(qiáng)圈要與殼體、接管很好地焊接，以同時受力?！裱a(bǔ)強(qiáng)板上有一個M10小孔，用以檢查焊縫缺陷；名曰泄漏信號孔。2.補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：48第48頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三若須補(bǔ)強(qiáng)的接管較多，可采取增加殼體壁厚的辦法，也稱為整體補(bǔ)強(qiáng)。（2）加強(qiáng)元件結(jié)構(gòu)（3）整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)49第49頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三3.不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑同時滿足如下要求的，可不另行不強(qiáng)：（1）殼體設(shè)計(jì)壓力p≤2.5MPa;（2）兩相鄰孔中心距不小于兩孔直徑之和；（3）接管的外徑不大于89mm；（4）接管的最小壁厚滿足下表要求：接管外徑253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.050第50頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三6.3.3.等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法1.開孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算

等面積補(bǔ)強(qiáng)——補(bǔ)強(qiáng)的金屬量等于或大于開孔所削弱的金屬量。圖上看，應(yīng)該考慮的截面是強(qiáng)度削弱較大的截面

——軸（縱）向截面的面積：51第51頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三B=2dd=接管內(nèi)徑+2C(C=C1+C2)52第52頁，共59頁，2023年，2月20日，星期三

等面積補(bǔ)強(qiáng)，縱截面上的投影面積要滿足下式：

A1+A2+A3≥AA1—?dú)んw的貢獻(xiàn)（有效壁厚減去計(jì)算壁厚部分）；A2—接管的貢獻(xiàn)（有效壁厚減去計(jì)算壁厚部分）；A3—焊縫金屬截面積;A—?dú)んw上需要補(bǔ)強(qiáng)的截面