《化工容器及設(shè)備》第6單元 化工設(shè)備主要零部件(1)

1、 第一節(jié) 法蘭連接 第二節(jié) 開孔與補(bǔ)強(qiáng) 第三節(jié) 支座 第四節(jié) 安全附件 壓力容器零、部件是化工容器及設(shè)備不可少的壓力容器零、部件是化工容器及設(shè)備不可少的組成部分。它涉及面廣，種類多。組成部分。它涉及面廣，種類多。一、法蘭的分類二、法蘭連接的密封三、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用四、管法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用由了生產(chǎn)操作上的需要以及制造、安裝、檢修和運(yùn)輸上的方便，壓力容器經(jīng)常要設(shè)汁為可拆卸的結(jié)構(gòu)。化工設(shè)備中，可拆聯(lián)接的型式很多，其中法蘭聯(lián)接最為普遍。 法蘭密封的緊密性與強(qiáng)度是比較好的，基本上能滿足可拆聯(lián)接基本要求，但裝拆仍感不便，而且有些類型的法蘭還相當(dāng)昂貴。雖然它有這些缺點(diǎn)、法蘭連接仍然得到廣泛應(yīng)用。為保證容器

2、正常而又安全地運(yùn)行，可拆聯(lián)接應(yīng)滿足下列基本要求（“緊密不漏“）： (1)聯(lián)接處密封可靠。在操作壓力及溫度有波動(dòng)，介質(zhì)有腐蝕性的情況下，仍能保證緊密密封； (2)有足夠的強(qiáng)度。不因可拆連接的存在而削弱整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，聯(lián)接結(jié)構(gòu)自身也要能抵抗所有的作用力； (3)能迅速并多次重復(fù)裝拆； (4)經(jīng)濟(jì)合理。法蘭連接法蘭連接螺紋連接螺紋連接插套連接插套連接常見的可拆連接常見的可拆連接壓力容器法蘭壓力容器法蘭管法蘭管法蘭 法蘭連接為一對法蘭、數(shù)個(gè)螺栓、螺母和一個(gè)墊片組成。墊片較軟，在螺栓預(yù)緊力的作用下，墊片變形后填平法蘭兩個(gè)密封表面的不平處，阻止介質(zhì)泄漏，達(dá)到密封目的。主要表現(xiàn)為泄漏。泄漏的機(jī)理比較復(fù)雜，引

3、起泄漏的因素很多、包括設(shè)計(jì)，制造、安裝和使用等各個(gè)方面，要確保螺栓法蘭聯(lián)接緊密不漏，必須從上述各方面予以綜合考慮。 由于法蘭聯(lián)接中密封墊片性能的優(yōu)劣異常復(fù)雜，至今仍缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)律性的數(shù)學(xué)描述。目前國內(nèi)外多數(shù)規(guī)范中法蘭設(shè)計(jì)的方法基本上仍從強(qiáng)度考慮即控制法蘭中的應(yīng)力值作為設(shè)計(jì)依據(jù)。雖然在實(shí)際中幾乎沒有出現(xiàn)因法蘭強(qiáng)度破壞而造成泄漏，但這種近似方法實(shí)際上也反映了一定程度的剛度要求。在使用中一般是成功的。兩個(gè)基本問題： (1)（設(shè)計(jì)），即按照工作條件，選取法蘭類型，壓緊面形狀和墊片型式，確定在安裝工況和操作工況下，螺栓必須的載荷和尺寸，以達(dá)到設(shè)計(jì)的密封要求。 (2)（計(jì)算），即對初定法蘭的結(jié)構(gòu)

4、尺寸根據(jù)滿足密封要求計(jì)算得到的螺栓載荷，對法蘭進(jìn)行上述兩種工況的受力分析和應(yīng)力校核，以確定法蘭的厚度。一、法蘭的分類法蘭分類方法較多法蘭分類方法較多窄面法蘭：法蘭的接觸面處在螺窄面法蘭：法蘭的接觸面處在螺栓孔圓周以內(nèi)。栓孔圓周以內(nèi)。寬面法蘭：法蘭的接觸面擴(kuò)展到寬面法蘭：法蘭的接觸面擴(kuò)展到螺栓孔圓周外側(cè)。螺栓孔圓周外側(cè)。容器法蘭容器法蘭管法蘭管法蘭按接觸面寬度按接觸面寬度按應(yīng)用場合按應(yīng)用場合容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)管法蘭標(biāo)準(zhǔn)管法蘭標(biāo)準(zhǔn)按整體性程度按整體性程度松式法蘭松式法蘭整體法蘭整體法蘭任意式法蘭任意式法蘭法蘭的基本結(jié)構(gòu)形式法蘭的基本結(jié)構(gòu)形式組成是圓筒、法蘭環(huán)、組成是圓筒、法蘭環(huán)、錐頸三部分。

5、錐頸三部分。活套法蘭活套法蘭典型的松法蘭，其法蘭的力矩完全由法典型的松法蘭，其法蘭的力矩完全由法蘭環(huán)本身來承擔(dān)，對設(shè)備或管道不產(chǎn)生蘭環(huán)本身來承擔(dān)，對設(shè)備或管道不產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。附加彎曲應(yīng)力。適用于有色金屬和不銹鋼制設(shè)備或管道適用于有色金屬和不銹鋼制設(shè)備或管道上，且法蘭可采用碳素鋼制作，以節(jié)約上，且法蘭可采用碳素鋼制作，以節(jié)約貴重金屬。貴重金屬。但是法蘭剛度小，厚度較厚，一般只適但是法蘭剛度小，厚度較厚，一般只適用于壓力較低的場合。用于壓力較低的場合。特點(diǎn)特點(diǎn)n 保證殼體與法蘭同時(shí)受力，使法蘭厚度保證殼體與法蘭同時(shí)受力，使法蘭厚度可適當(dāng)減?。豢蛇m當(dāng)減?。籲 但會(huì)在殼體上產(chǎn)生較大應(yīng)力。但會(huì)在殼體

6、上產(chǎn)生較大應(yīng)力。帶頸法蘭：帶頸法蘭： 提高法蘭與殼體的連接剛度，適用于壓力、提高法蘭與殼體的連接剛度，適用于壓力、溫度較高的重要場合。溫度較高的重要場合。特點(diǎn)特點(diǎn)甲型平焊法蘭（標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭）剛度較小，適用于壓力較低和簡體直徑較小的范圍。（JB /T 4701-2000）乙型平焊法蘭（標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭）有一較厚的短節(jié)，短仿與簡體或封頭焊接，增加了法蘭的剛度，因此適用于較大直徑和較高壓力的場合。（JB /T 4702-2000）長須對焊法蘭（標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭）用根部增厚的頸取代丁乙型平焊法蘭的短節(jié)，更有效地增大了法蘭的剛度，適用的壓力更高、直徑更大。（JB /T 4703-2000）板式平焊法

7、蘭（標(biāo)準(zhǔn)管法蘭）直接與鋼管焊接，在操作時(shí)法蘭盤會(huì)產(chǎn)生變形，使法蘭盤產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，也給管壁附加了彎曲應(yīng)力。（HB 20593-1997）板式平焊法蘭板式平焊法蘭（PL）帶領(lǐng)平焊法蘭（標(biāo)準(zhǔn)管法蘭）增加了一厚壁的短節(jié)法蘭頸，可以增加法蘭剛度，能承受附加給管壁的彎曲應(yīng)力，大大減小了法蘭變形。（HG 20594-1997）帶領(lǐng)平焊法蘭帶領(lǐng)平焊法蘭（SO）帶頸對焊法蘭（標(biāo)準(zhǔn)管法蘭）頸更長，俗稱高頸法蘭。法蘭的剛度較好，加之與管子之間采用的是對焊連接，便于施焊，受力時(shí)焊接接頭產(chǎn)生的應(yīng)力集中小，能承受較高的壓力，適用范圍廣。（HG 20595-1997）帶頸對焊法蘭帶頸對焊法蘭（WN）二、法蘭連接的密封 1.

8、密封機(jī)理 2.法蘭密封面形式壓力容器法蘭密封面壓力容器法蘭密封面平面型平面型凹凸型凹凸型榫槽型榫槽型管法蘭密封面管法蘭密封面突面突面凹凸面凹凸面全平面全平面榫槽面榫槽面環(huán)連接面環(huán)連接面平面型（壓力容器法蘭密封）在突出的平面上加工出幾道淺溝，其結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，但墊圈沒有定位處，上緊螺栓后易往兩側(cè)伸展，不易壓緊。因此，它適用于壓力及溫度較低的設(shè)備。凹凸型密封（壓力容器法蘭密封） 特點(diǎn)：由一個(gè)凹面和一個(gè)凸面組成。在凹面上放墊圈，墊圈不會(huì)被擠往外側(cè)，密封性能較平面型有所改進(jìn)。性能介于平面型和樟槽型之間。榫槽型密封面由一個(gè)樣和一個(gè)槽組成，墊圈放在槽內(nèi)，采用纏繞式或金屬包墊圈，密封效果良好。它適用于壓

9、力及溫度較高的設(shè)備。甲型平焊法蘭甲型平焊法蘭平面型密封面平面型密封面凹凸型密封面凹凸型密封面乙型乎焊法蘭乙型乎焊法蘭長頸對焊法蘭長頸對焊法蘭平面型密封面平面型密封面凹凸型密封面凹凸型密封面榫槽型密封面榫槽型密封面密封墊片密封墊片非金屬軟墊片非金屬軟墊片纏繞式墊片纏繞式墊片金屬包墊片金屬包墊片適用于溫壓低于適用于溫壓低于35場合的平面密場合的平面密封面和凹凸密封面封面和凹凸密封面適用于乙型平焊適用于乙型平焊法和長頸對焊法法和長頸對焊法蘭的各種密封面蘭的各種密封面上。上。非金屬軟墊片非金屬軟墊片纏繞式墊片纏繞式墊片金屬包復(fù)墊片金屬包復(fù)墊片全平面（管法蘭密封面）全平面（全平面（FF）突面（管法蘭密封

10、面）突面（突面（RF）榫槽面榫槽面（榫槽面（TG）凸凹面（管法蘭密封面）凸凹面（凸凹面（MFM）板式平焊法蘭的密封面板式平焊法蘭的密封面突面突面全平面全平面帶頸平焊法蘭的密封面帶頸平焊法蘭的密封面突面突面凹凸面凹凸面榫槽面榫槽面全平面全平面帶頸對焊法蘭的密封面帶頸對焊法蘭的密封面突面突面全平面全平面凹凸面凹凸面榫槽面榫槽面環(huán)連接面環(huán)連接面沒有定位擋臺，沒有定位擋臺，密封效果差密封效果差墊圈放在凹面墊圈放在凹面或槽內(nèi)，不容或槽內(nèi)，不容易被擠出，密易被擠出，密封效果有較大封效果有較大改進(jìn)。改進(jìn)。三、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用1.法蘭的公稱直徑和公稱壓力2.壓力容器法蘭尺寸系列壓力容器法蘭的尺寸是在規(guī)定

11、設(shè)計(jì)溫度為200，法蘭材料為16MnR或16Mn，根據(jù)不同類型的法蘭，確定了墊片的形式、材質(zhì)、尺寸和螺拴材料的基礎(chǔ)上，按照不同的公稱直徑和公稱壓力，通過多種方案的比較計(jì)算得到的。甲型平焊法蘭（JB/T 4701-2000）乙型平焊法蘭（ JB/T 4702-2000 ）長頸對焊法蘭（ JB/T 4703-2000 ）3. 法蘭最大工作壓力4.標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭的選用和標(biāo)記 選用步驟： 根據(jù)壓力容器的內(nèi)徑(即法蘭公稱直徑)和設(shè)計(jì)壓力，查表6-1初步選定法蘭的結(jié)構(gòu)形式。 根據(jù)容器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和準(zhǔn)備采用的法蘭材料，查表6-6確定法蘭的公稱壓力。 根據(jù)法蘭的公稱直徑和壓力，查表6-1，驗(yàn)證初步選

12、定的法蘭是否合適，不合適則重選。 根據(jù)確定的公稱壓力和公稱直徑及法蘭類型，由表6-3表6-5查出相應(yīng)的尺寸。壓力容器法蘭標(biāo)記法蘭標(biāo)準(zhǔn)號法蘭標(biāo)準(zhǔn)號密封面形式及代號密封面形式及代號法蘭名稱及代號法蘭名稱及代號例題例題6-1某填料塔內(nèi)徑為某填料塔內(nèi)徑為600mm，設(shè)計(jì)壓力為，設(shè)計(jì)壓力為1.65MPa，設(shè)計(jì)溫度為設(shè)計(jì)溫度為40，筒體及法蘭材料為，筒體及法蘭材料為16MnR，若，若兩筒節(jié)為法蘭連接，試為該設(shè)備選擇標(biāo)準(zhǔn)法蘭。兩筒節(jié)為法蘭連接，試為該設(shè)備選擇標(biāo)準(zhǔn)法蘭。解解: (1)初步選定法蘭類型初步選定法蘭類型根據(jù)根據(jù)DN600mm，設(shè)計(jì)壓力為，設(shè)計(jì)壓力為1.65MPa，查表查表6-1初步選取乙型平焊法蘭

13、。初步選取乙型平焊法蘭。(2)選定法蘭公稱壓力選定法蘭公稱壓力 根據(jù)法蘭材料、容器設(shè)計(jì)壓力及操作溫度，查根據(jù)法蘭材料、容器設(shè)計(jì)壓力及操作溫度，查表表6-6可知公稱壓力為可知公稱壓力為2.5MPa、法蘭材料為、法蘭材料為16MnR的乙型平焊法蘭在操作溫度為的乙型平焊法蘭在操作溫度為40時(shí)的最時(shí)的最大允許工作壓力為大允許工作壓力為2.5MPa納適合該填料塔使用。納適合該填料塔使用。(3)驗(yàn)證初步選取的法蘭的適用性驗(yàn)證初步選取的法蘭的適用性 根據(jù)以上選定的法蘭公稱壓力和設(shè)備內(nèi)徑選取的根據(jù)以上選定的法蘭公稱壓力和設(shè)備內(nèi)徑選取的乙型乎焊法蘭滿足要求。乙型乎焊法蘭滿足要求。(4)選擇密封面選擇密封面根據(jù)本

14、章第一節(jié)的相關(guān)知識選擇凹凸密封面根據(jù)本章第一節(jié)的相關(guān)知識選擇凹凸密封面(5)查出相應(yīng)尺寸查出相應(yīng)尺寸由表由表6-4查取，法蘭各部分的尺寸為法蘭外查取，法蘭各部分的尺寸為法蘭外徑徑D760mm；螺栓孔中心回直徑；螺栓孔中心回直徑D1715mm凹面密封面外徑凹面密封面外徑 D2676mm凹面密封面內(nèi)徑凹面密封面內(nèi)徑 D3666mm凸面密封面外徑凸面密封面外徑 D4663mm法蘭盤厚度法蘭盤厚度 50mm短節(jié)高短節(jié)高 H200mm短節(jié)厚度短節(jié)厚度 116mm螺栓孔直徑螺栓孔直徑=27mm螺栓數(shù)量螺栓數(shù)量24螺紋螺紋M24(6)寫出法蘭標(biāo)記寫出法蘭標(biāo)記四、管法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用1.管法蘭的連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)鋼制管

15、法蘭與配用的鋼管外徑系列密標(biāo)準(zhǔn)鋼制管法蘭與配用的鋼管外徑系列密切相關(guān)，目前中國使用兩套配管用的外徑系列，切相關(guān)，目前中國使用兩套配管用的外徑系列，一套是國際通用的鋼管外徑系列，通稱一套是國際通用的鋼管外徑系列，通稱“英制英制管管”；另一套是中國廣泛使用的鋼管外徑，通稱；另一套是中國廣泛使用的鋼管外徑，通稱“公制管公制管”。兩種管子的外徑和壁厚系列參見有。兩種管子的外徑和壁厚系列參見有關(guān)技術(shù)手冊。關(guān)技術(shù)手冊。2.管法蘭及準(zhǔn)許的最大工作壓力在管法蘭中，除了板式平焊法蘭可有條件采用在管法蘭中，除了板式平焊法蘭可有條件采用鋼板外，一般應(yīng)采用鍛件。法蘭材料盡量與管子一鋼板外，一般應(yīng)采用鍛件。法蘭材料盡量

16、與管子一致，法蘭蓋則可用致，法蘭蓋則可用20R、16MnR、15crMoR以及各以及各種不銹鋼板。種不銹鋼板。3.標(biāo)準(zhǔn)管法蘭的選用和標(biāo)記選用主要是根據(jù)工作壓力、工作溫度和介質(zhì)特選用主要是根據(jù)工作壓力、工作溫度和介質(zhì)特性，同時(shí)注意與之相連的設(shè)備、機(jī)器的接管和閥門、性，同時(shí)注意與之相連的設(shè)備、機(jī)器的接管和閥門、管件的連接方式和公稱直徑。具體按以下步驟進(jìn)行。管件的連接方式和公稱直徑。具體按以下步驟進(jìn)行。按照按照“管法蘭與相連接的管子應(yīng)具有相同公稱管法蘭與相連接的管子應(yīng)具有相同公稱直徑直徑”的原則選取管法蘭的公稱直徑。的原則選取管法蘭的公稱直徑。選定管法蘭的材質(zhì)，并按選定管法蘭的材質(zhì)，并按“同一設(shè)備的

17、主體、同一設(shè)備的主體、接管、管法蘭設(shè)計(jì)壓力相同接管、管法蘭設(shè)計(jì)壓力相同”的原則，確定管法的原則，確定管法蘭的設(shè)計(jì)壓力。蘭的設(shè)計(jì)壓力。根據(jù)法蘭的材質(zhì)和工作溫度，以及根據(jù)法蘭的材質(zhì)和工作溫度，以及“管道的設(shè)計(jì)管道的設(shè)計(jì)壓力不得高于設(shè)計(jì)溫度下法蘭允許的最大工作壓力壓力不得高于設(shè)計(jì)溫度下法蘭允許的最大工作壓力”的原則查表的原則查表6-8確定管法蘭的公稱壓力。確定管法蘭的公稱壓力。根據(jù)公稱壓力和公稱直徑，查表根據(jù)公稱壓力和公稱直徑，查表6-2確定法蘭及密確定法蘭及密封面形式。封面形式。查管法蘭標(biāo)準(zhǔn)得到相關(guān)尺寸。查管法蘭標(biāo)準(zhǔn)得到相關(guān)尺寸。 例如，鋼管公稱直徑例如，鋼管公稱直徑100mm，壁厚，壁厚4mm，

18、公稱壓，公稱壓力力1.0MPa，配用板式平焊法蘭，突面密封，法蘭，配用板式平焊法蘭，突面密封，法蘭材料為材料為20鋼，其標(biāo)記為鋼，其標(biāo)記為例題例題6-2 某填料塔內(nèi)徑為某填料塔內(nèi)徑為500mm，設(shè)計(jì)壓力為，設(shè)計(jì)壓力為1.65MPa，設(shè)計(jì)溫度為，設(shè)計(jì)溫度為40，筒體材料為，筒體材料為16MnR，下方有一物料出口管，管子材料為下方有一物料出口管，管子材料為20鋼，管子的規(guī)鋼，管子的規(guī)格為格為159mm6mm，試選擇一接管法蘭。，試選擇一接管法蘭。 解解 (1)確定管法蘭公稱直徑確定管法蘭公稱直徑查表查表67可知，管子的外徑為可知，管子的外徑為159mm時(shí)，時(shí)， 其公稱直徑為其公稱直徑為150mm按照管法蘭與管于應(yīng)具有相同公稱直徑的原則得：按照管法蘭與管于應(yīng)具有相同公稱直徑的原則得：法蘭的法蘭的DN為為150mm。(2)確定管法蘭的公稱壓力確定管法蘭的公稱壓力根據(jù)管子材料選擇法蘭材料為根據(jù)管子材料選擇法蘭材料為20鍛件；管道設(shè)計(jì)鍛件；管道設(shè)計(jì)壓力為壓力為1.65MPa，根據(jù)管道的設(shè)計(jì)壓力不得高于設(shè)，根據(jù)管道的設(shè)計(jì)壓力不得高于設(shè)計(jì)溫度下管法蘭的最大允許工作壓力的原則，查表計(jì)溫度下管法蘭的最大允許工作壓力的原則，查表6-8可知，可選擇公稱壓力為可知，可選擇公稱壓力為2.5M