化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)--容器零部件培訓(xùn)講義

1、第第6章章 容器零部件容器零部件第一節(jié)、法蘭連接第一節(jié)、法蘭連接第二節(jié)、容器支座第二節(jié)、容器支座第三節(jié)、容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)第三節(jié)、容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)第四節(jié)、容器附件第四節(jié)、容器附件在石油、化工設(shè)備和管道中，由于生產(chǎn)工藝的要求，或者為制造、在石油、化工設(shè)備和管道中，由于生產(chǎn)工藝的要求，或者為制造、運(yùn)輸、安裝、檢修方便，常采用運(yùn)輸、安裝、檢修方便，常采用可拆卸的可拆卸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的可拆卸聯(lián)接結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的可拆卸結(jié)構(gòu)有結(jié)構(gòu)有法蘭聯(lián)接、螺紋聯(lián)接和承插式聯(lián)接法蘭聯(lián)接、螺紋聯(lián)接和承插式聯(lián)接。采用可拆卸聯(lián)接之后，。采用可拆卸聯(lián)接之后，確保接口密封的可靠性，是保證化工裝置正常運(yùn)行的必要條件。由確保接口密封的可靠性，

2、是保證化工裝置正常運(yùn)行的必要條件。由于法蘭聯(lián)接有較好的強(qiáng)度和緊密性，適用的尺寸范圍寬，在設(shè)備和于法蘭聯(lián)接有較好的強(qiáng)度和緊密性，適用的尺寸范圍寬，在設(shè)備和管道上都能應(yīng)用，所以應(yīng)用最普遍。但法蘭聯(lián)接時(shí)，不能很快地裝管道上都能應(yīng)用，所以應(yīng)用最普遍。但法蘭聯(lián)接時(shí)，不能很快地裝配與拆卸，制造成本較高。配與拆卸，制造成本較高。設(shè)備法蘭與管法蘭均已制定出標(biāo)準(zhǔn)。在很大的公稱(chēng)直徑和公稱(chēng)壓力設(shè)備法蘭與管法蘭均已制定出標(biāo)準(zhǔn)。在很大的公稱(chēng)直徑和公稱(chēng)壓力范圍內(nèi)，法蘭規(guī)格尺寸都可以從標(biāo)準(zhǔn)中查到，只有少量超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范圍內(nèi)，法蘭規(guī)格尺寸都可以從標(biāo)準(zhǔn)中查到，只有少量超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍的法蘭，才需進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。定范圍的法蘭，才需進(jìn)

3、行設(shè)計(jì)計(jì)算。第一節(jié)、法蘭連接第一節(jié)、法蘭連接法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)是組合件，是由一對(duì)法蘭、若干螺栓、螺母和一個(gè)墊片所組成。法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)是組合件，是由一對(duì)法蘭、若干螺栓、螺母和一個(gè)墊片所組成。在實(shí)際應(yīng)用中，壓力容器由于聯(lián)接件或被聯(lián)接件的強(qiáng)度破壞所引起法蘭密封失在實(shí)際應(yīng)用中，壓力容器由于聯(lián)接件或被聯(lián)接件的強(qiáng)度破壞所引起法蘭密封失效是很少見(jiàn)的，較多的是因?yàn)槊芊獠缓枚孤９市呛苌僖?jiàn)的，較多的是因?yàn)槊芊獠缓枚孤?。故法蘭聯(lián)接的設(shè)計(jì)中主要解決法蘭聯(lián)接的設(shè)計(jì)中主要解決的問(wèn)題是防止介質(zhì)泄漏的問(wèn)題是防止介質(zhì)泄漏。1. 1. 法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理 1). 法蘭在螺栓預(yù)緊力的作用下，把處于密封面之

4、間的墊片法蘭在螺栓預(yù)緊力的作用下，把處于密封面之間的墊片壓緊。施加于單位面積上的壓力（壓緊應(yīng)力）必須達(dá)到一定的數(shù)壓緊。施加于單位面積上的壓力（壓緊應(yīng)力）必須達(dá)到一定的數(shù)值才能使墊片變形而被壓實(shí)，密封面上由機(jī)械加工形成的微隙被值才能使墊片變形而被壓實(shí)，密封面上由機(jī)械加工形成的微隙被填滿，形成填滿，形成初始密封條件初始密封條件。所需的這個(gè)壓緊應(yīng)力叫墊片密封比壓。所需的這個(gè)壓緊應(yīng)力叫墊片密封比壓力，單位為力，單位為MPa。密封比壓力主要決定于墊片材質(zhì)。密封比壓力主要決定于墊片材質(zhì)。法蘭密封原理 2). 當(dāng)設(shè)備或管道在工作狀態(tài)時(shí)，介質(zhì)內(nèi)壓形成的軸向力使當(dāng)設(shè)備或管道在工作狀態(tài)時(shí)，介質(zhì)內(nèi)壓形成的軸向力使螺

5、栓被拉伸，法蘭密封面沿著彼此分離的方向移動(dòng)，降低了密封螺栓被拉伸，法蘭密封面沿著彼此分離的方向移動(dòng)，降低了密封面與墊片之間的壓緊應(yīng)力。如果墊片具有足夠的回彈能力，使壓面與墊片之間的壓緊應(yīng)力。如果墊片具有足夠的回彈能力，使壓縮變形的回復(fù)能補(bǔ)償螺栓和密封面的變形，而使預(yù)緊密封比壓值縮變形的回復(fù)能補(bǔ)償螺栓和密封面的變形，而使預(yù)緊密封比壓值至少降到不小于某一值至少降到不小于某一值(這個(gè)比壓值稱(chēng)為工作密封比壓這個(gè)比壓值稱(chēng)為工作密封比壓)，則法蘭，則法蘭密封面之間能夠保持良好的密封狀態(tài)。反之，墊片的回彈力不足，密封面之間能夠保持良好的密封狀態(tài)。反之，墊片的回彈力不足，預(yù)緊密封比壓下降到工作密封比壓以下，甚

6、至密封處重新出現(xiàn)縫預(yù)緊密封比壓下降到工作密封比壓以下，甚至密封處重新出現(xiàn)縫隙，則此密封失效。隙，則此密封失效。法蘭密封原理 3). 因此，為了實(shí)現(xiàn)法蘭聯(lián)接處的密封，必須使密封組合件因此，為了實(shí)現(xiàn)法蘭聯(lián)接處的密封，必須使密封組合件各部分的變形與操作條件下的密封條件相適應(yīng)，即使密封元件在各部分的變形與操作條件下的密封條件相適應(yīng)，即使密封元件在操作壓力作用下，仍然保持一定的殘余壓緊力。為此，螺栓和法操作壓力作用下，仍然保持一定的殘余壓緊力。為此，螺栓和法蘭都必須具有足夠大的強(qiáng)度和剛度，使螺栓在容器內(nèi)壓形成的軸蘭都必須具有足夠大的強(qiáng)度和剛度，使螺栓在容器內(nèi)壓形成的軸向力作用下不發(fā)生過(guò)大的變形。向力作用

7、下不發(fā)生過(guò)大的變形。法蘭密封原理預(yù)緊密封比壓預(yù)緊密封比壓：形成初始密封條件時(shí)在墊片單位面積上受到的壓緊力；工作密封比壓工作密封比壓：一個(gè)已經(jīng)形成初始密封條件的法蘭連接，在通入介質(zhì)后為了不使介質(zhì)泄漏，在密封面與墊圈之間所必須保留下來(lái)的最低比壓。2. 2. 法蘭的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)法蘭的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)按接觸面分類(lèi)：窄面法蘭寬面法蘭 平焊法蘭（圖平焊法蘭（圖(a)、(b)） 法蘭盤(pán)焊接在設(shè)備筒體或管道上，制造容易，應(yīng)法蘭盤(pán)焊接在設(shè)備筒體或管道上，制造容易，應(yīng)用廣泛，但剛性較差。法蘭受力后，法蘭盤(pán)的矩形截面發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)，見(jiàn)用廣泛，但剛性較差。法蘭受力后，法蘭盤(pán)的矩形截面發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)，見(jiàn)下圖，與法蘭相聯(lián)的筒壁或管壁

8、隨著發(fā)生彎曲變形。于是在法蘭附近筒壁下圖，與法蘭相聯(lián)的筒壁或管壁隨著發(fā)生彎曲變形。于是在法蘭附近筒壁的截面上，將產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力。所以平焊法蘭適用的壓力范圍較低的截面上，將產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力。所以平焊法蘭適用的壓力范圍較低（PN1500mm，開(kāi)孔最大直徑dDi/3，且d1000mm; 凸形封頭或球殼開(kāi)孔的最大直徑dDi/2； 錐殼或錐形封頭開(kāi)孔的最大直徑dDi/3，Di為開(kāi)孔中心處的錐體內(nèi)徑； 在橢圓形或蝶形封頭過(guò)渡部分開(kāi)孔時(shí)，其孔的中心線宜垂直于封頭表面。 4.1 4.1 適用的開(kāi)孔范圍適用的開(kāi)孔范圍當(dāng)采用局部補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，筒體及封頭上開(kāi)孔的最大直徑不得超過(guò)以下數(shù)值：當(dāng)采用局部補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，筒體及封頭

9、上開(kāi)孔的最大直徑不得超過(guò)以下數(shù)值：d：開(kāi)孔直徑；S：圓筒或球殼開(kāi)孔處的計(jì)算壁厚；Set：接管有效厚度；fr：強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比，若大于1，按fr=1計(jì)算；4.2 4.2 容器殼體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的要求容器殼體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的要求AretfSSdSA124.3 4.3 開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度：有效寬度：ntnSSdBdB222取二者較大值有效高度：有效高度：接管實(shí)際外伸高度11hdShnt取二者較小值外側(cè)高度：外側(cè)高度：內(nèi)側(cè)高度：內(nèi)側(cè)高度：接管實(shí)際內(nèi)伸高度11hdShnt取二者較小值 A1的計(jì)算的計(jì)算4.4 4.4 補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算reet

10、efSSSSSdBA121 A2的計(jì)算的計(jì)算retrtetfCShfSShA221222 A3：一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于：一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于A1與與A2補(bǔ)強(qiáng)材料一般需與殼體材料相同，若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力小于殼補(bǔ)強(qiáng)材料一般需與殼體材料相同，若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力小于殼體材料許用應(yīng)力，則補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)按殼體材料與補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)體材料許用應(yīng)力，則補(bǔ)強(qiáng)面積應(yīng)按殼體材料與補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力之比而增加；若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力大于殼體材料許用應(yīng)力，力之比而增加；若補(bǔ)強(qiáng)材料許用應(yīng)力大于殼體材料許用應(yīng)力，則所需補(bǔ)強(qiáng)面積也不得減少；則所需補(bǔ)強(qiáng)面積也不得減少；當(dāng)相鄰兩孔中心距小于該兩孔平均直徑的兩倍時(shí)，其補(bǔ)強(qiáng)面積當(dāng)相鄰兩孔中心距小于該兩孔平均直徑的

11、兩倍時(shí)，其補(bǔ)強(qiáng)面積不應(yīng)小于各孔單孔補(bǔ)強(qiáng)所需面積，而且必須將總補(bǔ)強(qiáng)面積中不不應(yīng)小于各孔單孔補(bǔ)強(qiáng)所需面積，而且必須將總補(bǔ)強(qiáng)面積中不少于少于50%50%的面積置于兩孔之間，在計(jì)算各孔單獨(dú)補(bǔ)強(qiáng)所需面積的面積置于兩孔之間，在計(jì)算各孔單獨(dú)補(bǔ)強(qiáng)所需面積時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)范圍區(qū)內(nèi)重疊的多余面積，如果作為補(bǔ)強(qiáng)金屬計(jì)入時(shí)，時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)范圍區(qū)內(nèi)重疊的多余面積，如果作為補(bǔ)強(qiáng)金屬計(jì)入時(shí)，不得重復(fù)計(jì)算；不得重復(fù)計(jì)算；4.5 4.5 關(guān)于補(bǔ)強(qiáng)的幾個(gè)小點(diǎn)：關(guān)于補(bǔ)強(qiáng)的幾個(gè)小點(diǎn)：1 11 1當(dāng)多個(gè)開(kāi)孔集中在一起時(shí)，且其中任意兩孔中心距均小于該兩當(dāng)多個(gè)開(kāi)孔集中在一起時(shí)，且其中任意兩孔中心距均小于該兩孔平均直徑的孔平均直徑的1.331.33倍時(shí)，

12、可以按一個(gè)假想孔對(duì)待，這個(gè)假象孔倍時(shí)，可以按一個(gè)假想孔對(duì)待，這個(gè)假象孔將該處幾個(gè)小孔都包括在內(nèi)。將該處幾個(gè)小孔都包括在內(nèi)。第四節(jié)、容器附件第四節(jié)、容器附件1. 1. 接口管接口管 設(shè)備上的接口管與凸緣，既可用于裝置測(cè)量、控制儀表，也可用于連接其他設(shè)備和介質(zhì)的輸送管道。公稱(chēng)直徑公稱(chēng)直徑DN不保溫接管長(zhǎng)不保溫接管長(zhǎng)保溫設(shè)備接管長(zhǎng)保溫設(shè)備接管長(zhǎng) 適用公稱(chēng)壓力適用公稱(chēng)壓力PN（MPa）15801304.020501001501.670350150 2001.6705001.0接管長(zhǎng)度及其應(yīng)用范圍2. 2. 凸緣凸緣 當(dāng)接管長(zhǎng)度必須很短時(shí)，可用凸緣(又叫突出接口)來(lái)代替接管，如圖所示。凸緣本身具有加強(qiáng)開(kāi)

13、孔的作用，不需再另外補(bǔ)強(qiáng)。缺點(diǎn)是當(dāng)螺柱折斷在螺栓孔中時(shí)，取出較困難。由于凸緣與管道法蘭配用，因此它的聯(lián)接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來(lái)確定。壓力容器開(kāi)設(shè)手孔和人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。手孔直徑一般為150mm250mm，標(biāo)準(zhǔn)手孔公稱(chēng)直徑有DN150和DN250兩種。手孔的結(jié)構(gòu)一般是在容器上接一短管，并在其上蓋一盲板。當(dāng)設(shè)備的直徑超過(guò)900mm時(shí)，不僅開(kāi)有手孔，必要時(shí)還應(yīng)開(kāi)設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。橢圓形人孔的短軸應(yīng)與受壓容器的筒身軸線平行。圓形人孔的直徑一般為400mm600mm，容器壓力不高或有特殊需要時(shí)，直徑可以大一些。橢圓形人孔(或稱(chēng)長(zhǎng)圓形人孔)的

14、最小尺寸為400mm300mm。手孔（HG2151521527-95）和人孔（HG2152821535-95）已制有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)設(shè)備的公稱(chēng)壓力，工作溫度以及所用材料等按標(biāo)準(zhǔn)直接選用。3. 3. 手孔與人孔手孔與人孔回轉(zhuǎn)蓋快開(kāi)人孔 視鏡除了用來(lái)觀察設(shè)備內(nèi)部情況外，也可用作物料液面指示鏡。 視鏡玻璃容易因沖擊、震動(dòng)或高溫劇變而可能發(fā)生事故時(shí)，可選用雙層玻璃安全視鏡或帶罩視鏡； 視鏡分為兩種：4. 4. 視鏡視鏡不帶頸視鏡：不帶頸視鏡：用凸緣構(gòu)成的視鏡，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易結(jié)料，有比較寬闊的視察范圍。帶頸視鏡：帶頸視鏡：當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時(shí)，則采用帶頸視鏡。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，有反射式玻璃板液面計(jì)、反射式防霜液面計(jì)、透在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，有反射式玻璃板液面計(jì)、反射式防霜液面計(jì)、透光式板式液面計(jì)和磁性液面計(jì)。光式板式液面計(jì)和磁性液面計(jì)。液面計(jì)種類(lèi)很多。公稱(chēng)壓力不超過(guò)液面計(jì)種類(lèi)很多。公稱(chēng)壓力不超過(guò)0.7M