化工設(shè)備基礎(chǔ)-容器附件 教案--王紹良

1、容器附件第一節(jié) 法蘭聯(lián)接一、法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理1、密封組成：被連接件一對法蘭；連接件若干螺栓、螺母；密封元件墊片2、工作原理：1）防止介質(zhì)泄漏的基本出發(fā)點(diǎn)是在連接口處增加流體流動(dòng)的阻力，當(dāng)壓力介質(zhì)通過密封口的阻力降大于密封口兩側(cè)的介質(zhì)壓力降時(shí)，介質(zhì)就被密封住。圖6-1 螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)1-螺栓；2-墊片；3-法蘭2）泄漏途徑：法蘭密封是法蘭通過緊固螺栓壓緊墊片實(shí)現(xiàn)的。密封工作時(shí)其泄漏可能產(chǎn)生在界面（即墊片與法蘭的間隙），另外就是墊片本身材料的空隙中滲漏，所以分別稱為“壓緊面泄漏”和“滲透泄漏”，其中以第一種為主。3）密封原理：a、密封：預(yù)緊時(shí)：螺栓預(yù)緊力通過法蘭壓緊面作用到墊片上，使墊片發(fā)

2、生彈性或塑性變形，以填滿法蘭面上的不平間隙，從而阻止流體泄漏。操作時(shí)：要使得密封元件在操作壓力作用下，仍然保持一定殘余壓緊力，這時(shí)候密封比壓值至少不少于工作密封比壓值。二、法蘭的結(jié)構(gòu)與分類：(一)、按法蘭接觸面分：窄面法蘭-整個(gè)接觸面在螺栓孔內(nèi)，如榫槽面寬面法蘭-法蘭接觸面在中心圓的內(nèi)外兩側(cè)，螺栓從墊片中穿過，用于中低壓或墊片較軟的場合，如平面、凹凸面。(二)、按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式劃分：1、整體法蘭將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或全焊透，典型的整體法蘭有一個(gè)錐形的頸脖，故又稱高（長）頸法蘭。法蘭受力后會(huì)使容器產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。2、松套法蘭法蘭不直接固定在殼體上或雖然固定而不能保證法蘭與殼體作

3、為一個(gè)整體承受螺栓載荷的結(jié)構(gòu)。3、螺紋法蘭法蘭和管壁通過螺紋進(jìn)行連接，法蘭對管壁產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小。常用于高壓管道。三、影響法蘭密封的因素：1、 螺栓預(yù)緊力：A、預(yù)緊力不能過大，也不能過小。（過大：使墊片壓壞或擠出；過小：達(dá)不到墊片壓緊并實(shí)現(xiàn)初始密封條件。）B、適當(dāng)提高預(yù)緊力，可以增加墊片的密封能力。（因?yàn)椋菏節(jié)B透性墊片材料的毛細(xì)管孔隙減?。〤、使預(yù)緊力均勻作用于墊片可以采取減小螺栓直徑以及增加螺栓個(gè)數(shù)的辦法2、 壓緊面(密封面) 型式a、 平面型壓緊面壓緊面的表面為平面或帶溝槽的平面。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。缺點(diǎn)：是接觸面積大，需要的預(yù)緊比壓大，螺栓承載大，故法蘭等零件要求高、笨重，墊片易

4、擠出，密封性能較差。使用壓力P2.5Mpa，有毒、易燃、易爆介質(zhì)中不能使用。 。 b、 凹凸型由一個(gè)凹面和一個(gè)凸面配合組成。墊片放凹面中。優(yōu)點(diǎn)：便于對中，能防墊片擠出。可用在P6.4Mpa，DN800mmc、 榫槽型一榫一槽密封面組成，優(yōu)點(diǎn)是對中性好，密封預(yù)緊壓力小，墊片不易擠出，也不受介質(zhì)沖刷，用于易燃易爆密封要求高處。缺點(diǎn)是更換較困難，榫易損壞。d、 錐形壓緊面通常用于高壓密封，其缺點(diǎn)是需要的尺寸精度和表面粗糙度要求高。須與透鏡墊片配合,常用于高壓管路。e、 梯形槽壓緊面槽底不起密封作用，是槽的內(nèi)外錐面與墊片接觸而梯形形成密封的，與橢圓或八角形截面的金屬墊圈配合。3、 墊片性能：主要考慮變

5、形能力和回彈能力，回彈能力大的，適應(yīng)范圍廣，密封性能好，注意回彈能力僅取決于彈性變形，與塑性變形無關(guān)。按材料分常用墊片有三種。A、非金屬墊片橡膠、石棉橡膠、聚四氟乙烯和膨脹石墨，斷面形狀一般為平面或O型， 柔軟，耐腐蝕，但使用壓力較低，耐溫度和壓力的性能較金屬墊片差。 B、金屬墊片P6.4Mpa，t350時(shí)，一般都采用金屬墊片或墊圈，材料有軟鋁、鋼、鐵、鉻鋼和不銹鋼等。斷面形狀有平面性、波紋性、齒型、橢圓型和八角型等，一般要求軟韌，并不要求強(qiáng)度高，對壓緊面的加工質(zhì)量和精度要求較高。C、金屬非金屬組合墊片增加了金屬的回彈性，提高了耐蝕、耐熱、密封性能，適用于較高壓力和溫度。操作壓力和溫度是影響密

6、封的主要因素，也是選用墊片的主要依據(jù)。4、 法蘭剛度：剛度不足，導(dǎo)致過大的翹曲變形，往往是導(dǎo)致密封失效的原因。剛性大的，法蘭變形小，并可以使分散分布的螺栓力均勻地傳給墊片，故可以提高密封性能法蘭剛度的提高措施：增加法蘭厚度；減小螺栓力作用的力臂(即縮小中心圓直徑)；增大法蘭盤外徑。5、 操作條件：操作條件指壓力、溫度、介質(zhì)。單純的壓力或介質(zhì)因素對泄漏的影響并不是主要的，但當(dāng)壓力、介質(zhì)和溫度聯(lián)合作用時(shí)，問題會(huì)顯得嚴(yán)重。四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用(一)、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭分為平焊法蘭和對焊法蘭。其中平焊法蘭又分甲、乙兩種形式。圖形與標(biāo)準(zhǔn)號(hào)如下：1平焊法蘭1）乙型法蘭帶有一個(gè)短筒體，因此剛性較甲型

7、法蘭好，可用于壓力較高，直徑較大的場合；2）焊縫形式：甲型為V型坡口，乙型為U型坡口，因此乙型更易焊透，故其強(qiáng)度和剛度更高。2對焊法蘭由于有長頸，并采用對焊，故剛性更好，用于壓力更高處3如何選用標(biāo)準(zhǔn)法蘭先確定法蘭的公稱直徑和公稱壓力，然后查標(biāo)準(zhǔn)。1） 公稱直徑壓力容器法蘭的公稱直徑與壓力容器的公稱直徑取同一系列數(shù)值DN是將容器及管子直徑加以標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑。壓力容器的DN是容器的內(nèi)直徑（用管子作筒體的分稱直徑為其外徑）；管子公稱直徑既不等于內(nèi)徑，也不等于其外徑，而是與兩者相近的某一數(shù)值，為一名義直徑。相同公稱直徑的容器法蘭與管法蘭兩者不能相互代替。2） 公稱壓力法蘭公稱壓力與法蘭的最大操作

8、壓力和操作溫度以及法蘭材料三個(gè)因素有關(guān)。公稱壓力PN0.6Mpa的法蘭，指：用材料16MnR在200時(shí)，該法蘭的最大操作壓力為0.6Mpa， 4法蘭標(biāo)記例題第二節(jié)容器支座支座是承受容器和固定容器不可缺少的部件，在某些場合下還要承受操作時(shí)的振動(dòng)，地震載荷，以及戶處的還要承受風(fēng)載荷。支座一般分為兩大類：臥式容器支座和立式容器支座。一、 臥式容器支座：分為三種：鞍座、圈座和支腿鞍座：應(yīng)用最廣泛，臥式貯槽和熱交換器上應(yīng)用較廣；圈座：大直徑薄壁容器和真空操作的容器，或支承數(shù)多于兩個(gè)時(shí)，采用圈座比鞍座受力更好；支腿：小型臥式容器，為使結(jié)構(gòu)簡化采用支腿。(一) 雙鞍式支座1受力最大剪力：鞍座處最大彎矩：筒體

9、中心處所以，危險(xiǎn)截面出現(xiàn)在兩支座中心處和鞍座處。2鞍座的最佳位置A0.2L且盡可能使A0.5Ri1）為減少支座處筒體最大彎矩，使其應(yīng)力分布合適，使支座跨距中心與支座最大彎矩相等（M1=M2），據(jù)此推導(dǎo)出的支座中心與封頭切線間的距離A=0.207L（L筒體長度），如果設(shè)計(jì)偏離此值，則支座處的軸向彎曲應(yīng)力將顯著增加；2)封頭的剛性一般較筒體大，對筒體有局部加強(qiáng)作用，試驗(yàn)證明，當(dāng)A0.5Ri時(shí)，封頭對筒體才有加強(qiáng)作用，因此支座的最佳位置應(yīng)在滿足A0.2L的條件下，盡量使A0.5Ri3）當(dāng)A0.5Ri或筒體無加強(qiáng)措施而剛性不足時(shí)，在周向彎矩的作用下，鞍座處筒體上將產(chǎn)生“扁塌”現(xiàn)象：鞍座上筒體發(fā)生變形，

10、猶如“扁塌”。鞍座處筒體不起承載作用，成為無效區(qū)（圖），這不但會(huì)使鞍座處筒體中的各種應(yīng)力增大，而且還會(huì)使軸向組合應(yīng)力、切向剪應(yīng)力和周向組合壓應(yīng)力最大值的作用點(diǎn)下移。3標(biāo)準(zhǔn) A輕型，都是120°包角，都有墊板B重型，有120°和150°兩種包角，有帶墊板的，也有不帶墊板的。具體標(biāo)記方法如下(二)圈式支座：可能造成嚴(yán)重?fù)锨谋”谌萜?；多于兩個(gè)支承的長容器。(三)支腿：只適用于小型容器。二、 立式容器支座：中小型直立容器：耳式支座、腿式支座、支承式支座高大的塔設(shè)備：裙式支座(后詳細(xì)講解)。 （一）耳式支座1 特點(diǎn)：由筋板和支腳板組成，廣泛用于中、小型立式設(shè)備，一般這些容

11、器的高徑比不大于5，總高度不大于10m;優(yōu)點(diǎn)：簡單輕便；缺點(diǎn)：對器壁產(chǎn)生較大局部應(yīng)力。2 分類：分A型（短臂）和B型（長臂），都可帶墊板或不帶墊板（AN、BN）；B型支座有較寬安裝尺寸，故當(dāng)設(shè)備外面有保溫層或者將設(shè)備直接放在樓板上時(shí)，用B型。3 標(biāo)記：第三節(jié)容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)一、設(shè)備開孔的裝置1 設(shè)備的管口設(shè)備與管道的聯(lián)接，設(shè)備上測量、控制儀表這安裝，都需要開孔，也是接管的接口；在設(shè)備上焊好接管后，需要考慮它的長度（150200mm），便于安裝、拆卸等。2 人孔、手孔屬于一個(gè)部件，由公稱壓力、公稱直徑確定形狀。有橢圓形、長圓形、圓形（常用）二、開孔應(yīng)力集中現(xiàn)象及原因1、開孔應(yīng)力集中現(xiàn)象：容器開孔后

12、在孔邊附件的局部地區(qū)，應(yīng)力會(huì)達(dá)到很大的數(shù)值，這種局部的應(yīng)力增長現(xiàn)象，叫做應(yīng)力集中。在應(yīng)力集中區(qū)域的最大應(yīng)力值，稱為應(yīng)力峰值。2、產(chǎn)生原因： 開孔削弱了器壁材料，破壞了原有應(yīng)力分布并引起應(yīng)力集中； 殼體與接管連接處形成結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力； 殼體與接管的拐角處因不等截面過渡面引起應(yīng)力集中。這樣會(huì)引起附加彎曲應(yīng)力，導(dǎo)致的應(yīng)力集中是原有基本應(yīng)力的數(shù)倍，加上其它載荷作用，開孔接管結(jié)構(gòu)在制造過程中又不可避免產(chǎn)生缺陷和殘余應(yīng)力，使開孔和接管的根部成為壓力容器出疲勞破壞和脆性裂口的薄弱部位，因此需要采取一定的補(bǔ)強(qiáng)措施。三、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：(一)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)原則：1.等面積補(bǔ)強(qiáng)法的設(shè)計(jì)原則2.塑性失效補(bǔ)強(qiáng)原則 (二)補(bǔ)強(qiáng)形式：1、 內(nèi)加強(qiáng)平齊接管 2、外加強(qiáng)平齊接管3、 對稱加強(qiáng)凸出接管 4、密集補(bǔ)強(qiáng) (三)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：1、 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：（圖a）優(yōu)點(diǎn)：制造方便、造價(jià)低，使用經(jīng)驗(yàn)成熟，常用于中、低壓容器。缺點(diǎn)：會(huì)有應(yīng)力集中，溫差應(yīng)力，抗疲勞能力差。2、 補(bǔ)強(qiáng)元件補(bǔ)強(qiáng)：圖be將接管或殼體開孔附近需要加強(qiáng)的部分，做成加強(qiáng)元件，然后再與接管和殼體焊在引起。3、 整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：圖f，g 增加殼體的厚度，或用全焊透的結(jié)構(gòu)型式將厚壁接管或整體補(bǔ)強(qiáng)鍛件與殼體相焊。(四)允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的條件：殼體開孔滿足下列全部條件要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)1設(shè)計(jì)壓力2.5MPa；2兩相鄰開孔中心的間距應(yīng)不小