壓力容器零部件設計法蘭設計

壓力容器零部件設計法蘭設計第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五概述壓力容器的主體構件:筒體、封頭、開孔接管等.由于制造、安裝、運輸、檢修及操作工藝等方面的要求，容器的零部件常做成可拆連接，然后再組合。第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五可拆連接的基本要求（1）足夠的剛度及連接件間的壓緊力。保證操作中介質不泄漏。（2）足夠的強度。本身具有足夠的強度，不能削弱整體結構強度；（3）能耐腐蝕。能正常工作和多次迅速拆裝。（4）成本低廉。適合大批量生產(chǎn)。第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五概述壓力容器的零部件：法蘭、支座、人孔、手孔、安全閥，等。其中法蘭就是典型的可拆連接。零部件都標準化，如法蘭：JB4700～4707—92，支座：JB/T47**—92第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五

二、法蘭設計

重點內容:法蘭的密封原理、影響密封的主要因素法蘭的標準容器法蘭的類型、設計步驟管法蘭的類型、設計步驟第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五法蘭連接的組成：1、被連接件——法蘭對（關鍵部件，提供密封面和螺栓孔。）2、連接件——螺栓、螺母3、密封元件——墊片(圈)第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五思考？？？？？？？法蘭連接最基本的要求是什么?法蘭連接的失效形式是什么?第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五密封法蘭連接最基本的要求：密封可靠。密封原理分為：1）強制密封（中低壓）：把螺栓產(chǎn)生的壓緊力通過法蘭密封面（壓緊面）傳遞給墊片，使墊片產(chǎn)生足夠的彈塑性變形，從而將法蘭壓緊面間凹凸不平的縫隙填滿壓實，達到密封的目的。2）自緊密封（高壓）：依靠容器內介質的壓力壓緊密封元件，使密封面獲得很大的壓緊力，在密封口產(chǎn)生較大的密封比壓，達到密封目的。

第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五泄漏法蘭連接的失效形式：泄漏。泄漏途徑：①墊圈滲漏，②密封面泄漏（為主）防止泄漏方法：①采用不滲透性材料或有填充劑堵塞多孔性材料的孔隙；②提高法蘭剛度、密封面平直度、表面粗糙度、密封面與法蘭中心線的垂直度，避免徑向凹痕。

第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五影響密封的主要因素：1、螺栓預緊力：大小合適、分布均勻2、墊圈性能:變形能力和回彈能力(彈性、塑性)3、密封面型式和表面性能：平直度、表面粗糙度精度、密封面與法蘭中心軸線垂直同心。4、法蘭剛度：產(chǎn)生翹曲變形。增大法蘭厚度，減小螺栓力作用的力臂，增大法蘭盤外徑。5、操作條件：壓力、溫度、介質的物理化學性質第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五法蘭設計的重要概念1、預緊密封比壓：預緊時(無內壓），迫使墊片變形與壓緊面密合，形成初始密封條件。此時在墊片單位面積上的壓緊力。（也稱最小壓緊應力MPa）第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五法蘭設計的重要概念2、工作密封比壓：操作時(有內壓），壓緊力減小，墊片具有足夠的回彈能力，回復的變形能夠補償螺栓和密封面的變形，此時預緊密封比壓下降到正常工作的最小值。（MPa）3、墊片系數(shù)：操作時(有內壓），達到緊密不漏，墊片上所必須維持的最小比壓與介質壓力P的比值。第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五密封面型式①平面型②凹凸型③榫槽型④梯形槽第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五①平面型優(yōu)點：結構簡單、加工方便，便于防腐襯里，應用廣泛。缺點：密封面與墊圈接觸面大，不易對中，墊圈易伸展，密封性較差。適用：低壓和無毒介質。第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五②凹凸型優(yōu)點：便于對中，墊圈放在凹面不易擠出，密封面窄比壓大。缺點：加工量大適用：壓力稍高③榫槽型優(yōu)點：密封面窄，不與介質接觸，缺點：拆卸難，墊圈不易清理適用：壓力更高，密封要求嚴第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五④梯形槽：與橢圓型或八角型金屬墊圈配用。特點：槽的錐面與墊圈成線（或窄面）接觸密封。適用：溫度、壓力有波動，介質滲透性第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五密封面的選用原則首先必須保證密封可靠，然后力求加工容易，裝配方便、成本低。第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五墊圈（墊片）墊圈是法蘭連接的核心，密封效果的好壞主要取決于墊圈的密封性能。墊圈材料的要求：耐介質腐蝕、不與操作介質發(fā)生化學反應，不污染產(chǎn)品和環(huán)境，具有良好的彈性，有一定的機械強度和適當?shù)娜彳浶?，在工作溫度和壓力下不易變質（硬化、老化、軟化）。第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五墊圈的類型壓力容器法蘭及管法蘭采用的密封墊圈，根據(jù)所用材料有哪幾種類型？

第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五墊圈的類型1）非金屬墊圈：

（適用于P<6MPa,T<450度）材料：橡膠墊、石棉橡膠墊、聚四氟乙烯墊和膨脹（或柔性）石墨墊。斷面為矩形或O形。2）金屬墊圈：（適用于P>6.4MPa,T>350度）材料：軟鋁、鋼、純鐵、軟鋼、鉻鋼和不銹鋼。斷面有矩形、波紋形、齒形、橢圓形和八角形。3）金屬—非金屬組合墊圈：兼容了前二者的優(yōu)點，提高了耐蝕性、耐熱性和密封性能，適用于較高的壓力和溫度形式：金屬包墊片、金屬纏繞墊片和帶骨架的非金屬墊片。第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五墊圈的選擇墊圈的結構形式、材料和尺寸，標準化。選擇依據(jù)：介質的腐蝕性、操作溫度和壓力，考慮價格低廉、制造容易和更換方便。高溫高壓：金屬墊圈中溫中壓：金屬與非金屬組合式或非金屬中、低壓：多用非金屬高真空或深冷：金屬墊圈第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五法蘭的類型1）壓力容器法蘭：連接筒體與封頭、筒體與筒體、法蘭與管板。

2）管法蘭：管道之間連接。思考：兩類法蘭作用相同，外形相同，能互換嗎？為什么？第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五思考：兩類法蘭作用相同，外形相同，能互換嗎？為什么？答：不能。因為：壓力容器法蘭的公稱直徑通常是與其連接的筒體的內徑；而管法蘭的公稱直徑是與其連接的管子的公稱直徑。它既不是管子的內徑，也不是管外徑。因此，二者的連接尺寸并不等。第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五法蘭的標準1）壓力容器法蘭標準：JB4700～4707-92

包括法蘭、墊片、螺栓等8個標準2）管法蘭（管道之間連接）標準：與“英制管”配管系列對應的管法蘭標準有GB9119.5~9119.14-88國家標準。英制管管法蘭有14種。與“公制管”配管系列對應的管法蘭標準是化工行業(yè)標準HG20592～20635-97《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》標準。公制管管法蘭有6種。第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五容器法蘭類型1）平焊法蘭：

①甲型平焊法蘭，JB4701-92

②乙型平焊法蘭，JB4702-922）對焊法蘭：③長頸對焊法蘭，JB4703-92第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五容器法蘭類型甲型和乙型平焊法蘭的區(qū)別：乙型平焊法蘭本身配帶了一個比容器壁厚更厚的圓筒形短節(jié)，短節(jié)厚度一般不小于16mm，增加了法蘭的剛度。因而比甲型平焊法蘭適用的公稱直徑大，制定的壓力級別范圍寬且高。甲型平焊法蘭：有PN0.25MPa，0.6MPa，1.0MPa，1.6MPa四個壓力等級，直徑范圍為DN300～2000mm，溫度范圍－20～300oC。只限于使用非金屬軟墊片，配有光滑（平面）和凹凸2種密封面。第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五容器法蘭類型乙型平焊法蘭：有PN0.25MPa，0.6MPa，1.0MPa，1.6MPa四個壓力等級中較大直徑范圍，還有PN2.5MPa，4.0MPa兩個壓力等級中較小直徑范圍，適用的全部直徑范圍為DN300～3000mm，溫度范圍－20～350oC?？墒褂梅墙饘佘泬|片、纏繞式墊片、組合式墊片，密封面有光滑、凹凸和榫槽3種密封面。選用依據(jù)：

①公稱直徑（是容器及管道標準化以后的尺寸系列）

②公稱壓力（等于法蘭的允許工作壓力）第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五容器法蘭連接的設計步驟（1）根據(jù)設計要求，確定法蘭型式（甲、乙、長）；（2）由型式和工作溫度，確定材料或由材料定公稱壓力；（3）由型式和公稱壓力，確定法蘭各部分尺寸和螺柱直徑及個數(shù)；（4）由型式和工作溫度，確定匹配的墊片種類、材料和螺柱及螺母材料、尺寸；（5）參照各尺寸繪法蘭圖。第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五選擇標準法蘭舉例例1有一直徑為1200mm的吸收塔，封頭與筒體采用法蘭聯(lián)接，該塔操作溫度為285oC，設計壓力為0.3MPa，材質為Q235－A。試選擇標準法蘭。第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五選擇標準法蘭舉例根據(jù)吸收塔的直徑和壓力，查表12－2（壓力容器法蘭分類和規(guī)格范圍）可知，甲型平焊法蘭公稱壓力范圍：0.25～1.6MPa，完全可以滿足要求。法蘭材料取與塔體、封頭材料相同，為Q235－A，查表12－3（甲型、乙型平焊法蘭的最大允許工作壓力，JB4700-92），應按公稱壓力0.6MPa來查選它的尺寸。由于操作壓力不高，由表12－1（墊圈選用表）可采用平面型密封面，墊片材料選用石棉橡膠板，查JB4704-92定出尺寸。標注為：墊片1200－0.6JB4704-92第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五選擇標準法蘭舉例法蘭的各部分尺寸可從JB4701-92中查得，并可繪出法蘭圖。聯(lián)接螺栓為M20，共52個，材料由表12－5（法蘭、螺栓、螺母、材料匹配表）查得為35，螺母材料為Q235－A。法蘭標記為：法蘭－PII1200－0.6JB4701-92第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五管法蘭的類型管法蘭有20多種類型：

(比容器法蘭的適用壓力范圍大、受力情況復雜)

板式平焊、帶頸平焊、帶頸對焊、承插焊、平焊環(huán)松套板式、翻邊松套式、螺紋法蘭、對焊凸緣松套法蘭、整體法蘭等。第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五管法蘭的密封面型式平面型，凹凸型，榫槽型（同容器法蘭），梯形槽和全平面型：第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五管法蘭連接的設計步驟（1）確定法蘭類型和密封面型式、管子材料和尺寸；（2）再由工作溫度，確定材料或由材料定公稱壓力；（3）再由公稱壓力，確定法蘭各部分尺寸；（4）由型式和工作溫度，確定匹配的墊片種類、材料和緊固件材料、尺寸；（5）參照各尺寸繪法蘭圖。第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五螺栓設計包括：選擇螺栓材料、確定螺栓尺寸和個數(shù)，螺栓載荷計算。計算螺栓載荷：達到預緊密封比壓和工作密封比壓。材料：根據(jù)螺栓載荷、工作溫度等。一般螺栓材料比螺母材料的硬度高30HB以上。直徑和個數(shù)：連接螺栓DN≥M12，先由標準定個數(shù)，一般為4的倍數(shù)，然后由螺栓載荷、材料的許用應力計算螺栓根徑，再由此定DN。最后校核螺栓中心距。第35頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五法蘭設計—重點內容1、密封原理分為：

1）強制密封（中低壓）：把螺栓產(chǎn)生的壓緊力通過法蘭密封面（壓緊面）傳遞給墊片，使墊片產(chǎn)生足夠的彈塑性變形，從而將法蘭壓緊面間凹凸不平的縫隙填滿壓實，達到密封的目的。

2）自緊密封（高壓）：依靠容器內介質的壓力壓緊密封元件，使密封面獲得很大的壓緊力，在密封口產(chǎn)生較大的密封比壓，達到密封目的。

2、法蘭連接的組成包括：法蘭對，墊圈和螺栓；泄漏的途徑主要是：墊圈滲漏和密封面泄漏第36頁，共38頁，2023年，2月20日，星期五法蘭設計—重點內容3、影響密封的因素：1）螺栓預緊力，2）墊圈性能，3）密封面型式和表面性能，4）