容器零部件和化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)分解

1、1容器零部件和化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)分解2 一 法蘭連接 二 開孔補(bǔ)強(qiáng)與設(shè)備邊緣 三 容器支座 四 容器的焊接結(jié)構(gòu) 五 容器附件3一 法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理1.連接結(jié)構(gòu)：第一節(jié) 法蘭連接4法蘭連接結(jié)構(gòu)（外觀）5法蘭連接結(jié)構(gòu)（剖開看）6從法蘭密封連接過程看其密封原理：（1）預(yù)緊時(shí)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(shí)，便具備了初始密封條件，此時(shí)的比壓稱為預(yù)緊密封比壓。2.法蘭密封原理7（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。墊片回彈，補(bǔ)

2、償或部分補(bǔ)償了法蘭分離的位移。此時(shí)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。8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。密封面兩側(cè)介質(zhì)有壓差推動(dòng)力。法蘭密封面泄漏的原因：91、按法蘭接觸面分為：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)， 用于中低壓或墊片較軟的場合，如平面、凹凸面二 法蘭分類10（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。法蘭受力后會使容器產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。常見的形式有平焊法蘭和對焊法蘭兩種。2、按法蘭與設(shè)備或管道的聯(lián)接方式

3、劃分為：11平焊法蘭對焊法蘭12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為一個(gè)整體承受螺栓載荷的結(jié)構(gòu)。因不需焊接，法蘭盤可以采用與設(shè)備或管道不同的材料制備。（2）松套法蘭13松套法蘭14 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。 （ 3）螺紋法蘭15螺紋法蘭16法蘭的形狀，除常見的以外，還有方形和橢圓形。方形法蘭有利于把管子排列緊湊。橢圓形法蘭常用于閥門和小直徑的高壓管上。17三 影響法蘭密封的因素 1、螺栓預(yù)緊力 （1）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。 18 （2） 適當(dāng)提高預(yù)緊力

4、，可以增加墊片的密 封能力。 使?jié)B透性墊片材料的毛細(xì)管孔隙減小 （3） 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。19 2.法蘭密封面形式20 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)：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，墊片易擠出，密封性能較差。使用壓力，有毒、易燃、易爆質(zhì)中不能使用。（1） 平面型壓緊面21 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?？捎迷?。（2） 凹凸型22（3）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，

5、用于易燃易爆密封要求高處 缺點(diǎn)： 更換較困難，榫易損壞23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。 （4） 錐形壓緊面24 槽底不起作用，是槽的內(nèi)外錐面與墊片接觸而形成梯形密封的，與橢圓或八角形截面的金屬墊圈配合。（5） 梯形槽壓緊面25 3. 墊片性能（1）墊片密封面的塑性變形能力 實(shí)現(xiàn)初始密封 （2）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 （3）耐腐蝕能力 （4）力學(xué)性能，尤其抗高溫蠕變能力 26墊片類型：272829303132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

6、分布的螺栓力均勻地傳給墊片，故可以提高密封性能 4.法蘭的剛度法蘭受力33法蘭變形1:法蘭軸向翹曲變形34法蘭變形2：法蘭環(huán)向翹曲變形35如何提高法蘭剛度？（1）增加法蘭厚度；（2）減小螺栓力與墊片力作用點(diǎn)間距離；（3）螺栓數(shù)量要足夠。36 5.操作條件1 壓力高介質(zhì)泄漏的推動(dòng)力大。2 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(dòng)，墊片容易發(fā)生“疲勞” 失效。37四 法蘭標(biāo)準(zhǔn)1.壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)（1）甲型平焊法蘭截面基本為矩形的圓環(huán)（法蘭盤），直接與容器的筒體或者封頭

7、焊接。38（2）乙型平焊法蘭除法蘭盤外增加一個(gè)厚度大于筒體壁厚的短節(jié)。（增加了剛度，減少了彎矩）39（3）長頸對焊法蘭用根部增厚的頸取代了乙型平焊法蘭中的短節(jié)。（提高了剛度，減少了焊接殘余應(yīng)力）40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。41公稱壓力：在規(guī)定的設(shè)計(jì)條件下，在確定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)所采用的設(shè)計(jì)壓力基準(zhǔn)：以16MnR在 200時(shí)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

8、大允許操作壓力為該法蘭的公稱壓力。（2）公稱壓力的確定：42法蘭公稱壓力的確定：43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。44 例：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280，設(shè)計(jì)壓力為。塔體材質(zhì)為Q235-B。介質(zhì)無腐蝕性及其他危害。解：1.確定DN DN=1000mm（板卷筒體）。 45 2.確定PN 法蘭材質(zhì)也采用Q235-B,根據(jù)操作溫度（ 2

9、80C）及設(shè)計(jì)壓力（0.2MPa)，查溫度/壓力表10-10得PN=0.6(MPa)。 3.由DN和PN，查尺寸標(biāo)準(zhǔn)表10-3,確定連接尺寸及螺栓的規(guī)格數(shù)量。螺栓M20 ,36個(gè)462.管法蘭管法蘭標(biāo)準(zhǔn)：1）HG20592-2063597 鋼制管法蘭、墊片、緊固件2）GB/T9112-9124-2000 鋼制管法蘭 47a.板式平焊HG20592-97 管法蘭類型：b.帶頸對焊法蘭48c.帶頸平焊d.承插焊e.平焊環(huán)松套板式f.翻邊松套板式49g.螺紋法蘭方法蘭橢圓形法蘭h.法蘭蓋50從法蘭密封連接過程看其密封原理：（1）預(yù)緊時(shí) 預(yù)緊密封比壓（2）工作條件下 工作密封比壓知識回顧：51 2、影

10、響法蘭密封的因素(1)螺栓預(yù)緊力(2)法蘭密封面形式(3)墊片性能(4)法蘭剛度(5)操作條件52第二節(jié) 開孔補(bǔ)強(qiáng)與設(shè)備邊緣容器開孔應(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=max/ 其大小為多少？53實(shí)測結(jié)果：K3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。見平板開孔試驗(yàn)測試：54二 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。552.補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：（1）補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)（貼板補(bǔ)強(qiáng)）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(shí)受力。補(bǔ)強(qiáng)板上有一個(gè)小孔，用以檢查焊縫缺陷；名曰泄漏信號孔。56若須補(bǔ)強(qiáng)的接管較

11、多，可采取增加殼體壁厚的辦法，也稱為整體補(bǔ)強(qiáng)。（2）補(bǔ)強(qiáng)管結(jié)構(gòu)（接管補(bǔ)強(qiáng)）（3）整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)573.不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑同時(shí)滿足如下要求的，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：（1）殼體設(shè)計(jì)壓力p2.5MPa;（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：58三 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。 59 等面積補(bǔ)強(qiáng)，縱截面上的投影面積要滿足下式： A1+A2+A3AA1殼體的貢獻(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

12、殼體上需要補(bǔ)強(qiáng)的截面積。 60在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)，設(shè) Ae =A1+A2+A3如果Ae A ,則無需補(bǔ)強(qiáng)；如果Ae A ，則需要補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)面積為 A4=A- Ae612.開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)步驟：（1）確定殼體及接管的計(jì)算壁厚S和St ,C、C2以 及d ；（2）確定有效寬度B和高度h1 、h2 ；（3）計(jì)算A1、 A2、A3和A ；（4）比較Ae=(A1+A2+A3)與A ，若Ae A,則無需 補(bǔ)強(qiáng)，否則，須補(bǔ)強(qiáng)。（5）計(jì)算有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)另加補(bǔ)強(qiáng)面積A4A- Ae 。62注意：補(bǔ)強(qiáng)板厚度和材質(zhì)一般與殼體相同； 63第三節(jié) 容器支座作用：支撐容器的重量；固定位置。一 臥式容器支座種類：鞍座64材質(zhì)：墊板與

13、筒體相同，其它-Q235-A.F 。65 鞍座標(biāo)準(zhǔn)及其標(biāo)記鞍座分為輕型（A）和重型（B）。 固定式F型； 活動(dòng)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B2600-S66 ADo/4,且不大于。最大不大于。L封頭赤道圓間的距離。A赤道圓至支座中心線間的距離。鞍座的位置A的確定：67二 立式容器支座1 耳式支座2 支承式支座3 腿式支座68第四節(jié) 容器的焊接結(jié)構(gòu)一 焊接接頭1接頭形式6970712.坡口形式727374二 壓力容器焊

14、接接頭的分類75 壓力容器上的A、B類焊接接頭，主要是殼體上的縱、環(huán)向?qū)咏宇^，是受壓殼體上的主承力焊接接頭，這類接頭要求采用全焊透結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量采用雙面焊的全焊透對接接頭。 A、B類接頭A、B類對接接頭均應(yīng)按GB150的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行局部或全部射線或超聲波探傷檢查。 76 C類接頭 C類接頭以用于法蘭與筒身或接管的連接為最多。 法蘭的厚度是按所加彎矩進(jìn)行剛度和強(qiáng)度計(jì)算確定的，因此比殼體或接管的壁厚大得多。對于這類接頭不必要求采用全焊透結(jié)構(gòu)形式，而允許采用局部焊透的T形接頭。 77 D類接頭 在壓力容器和鍋爐等過程設(shè)備中，D類接頭主要是接管與殼體和補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體間的連接焊縫，其受力狀況差，且較A、B類接頭復(fù)雜，在載荷作用下會產(chǎn)生較