化工設(shè)備通用零部件課件

第十二章

容器零部件一、課時(shí)安排：4學(xué)時(shí)二、本章的重點(diǎn)、難點(diǎn)：

1.法蘭的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)；

2.立式及臥式支座的標(biāo)準(zhǔn)及選用；

3.容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)。三、本章授課內(nèi)容：

12.1法蘭連接

12.2容器支座

12.3容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)

12.4容器附件12.1法蘭連接一、概述化工設(shè)備由于制造、安裝、運(yùn)輸、檢修及操作工藝等方面的要求，常常是由幾個(gè)可拆卸的部分連在一起而構(gòu)成的。為了安全，可拆卸連接必須滿足下列基本要求：①有足夠的剛度，且連接件之間具有必須的密封壓緊力，以保證操作過(guò)程中介質(zhì)不會(huì)泄漏；②有足夠的強(qiáng)度，即不因可拆連接的存在而消弱了整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，且本身能承受所有的外力；③能耐腐蝕，在一定的溫度范圍內(nèi)能正常工作，能迅速并多次的拆開(kāi)和裝配；④成本低廉，適合于大批量的制造。法蘭可分為兩大類(lèi)：即壓力容器法蘭和管路法蘭。12.1法蘭連接二、法蘭連接的結(jié)構(gòu)與密封原理1.結(jié)構(gòu)：法蘭連接結(jié)構(gòu)是一個(gè)組合件，如圖12-1所示，由法蘭片、密封元件、連接件-螺栓及螺母組成。2.密封原理：法蘭通過(guò)緊固螺栓壓緊墊片實(shí)現(xiàn)密封。法蘭連接的失效主要表現(xiàn)為泄漏。泄漏分為：“滲透泄漏”和“界面泄漏”，如圖12-2所示。滲透泄漏是流體通過(guò)墊片材料本體毛細(xì)管的泄漏，故除了介質(zhì)壓力、溫度、粘度、分子結(jié)構(gòu)等流體狀態(tài)性質(zhì)外，主要與墊片的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)有關(guān)；而界面泄漏是流體沿著墊片與法蘭接觸面之間的泄漏，泄漏量大小主要與界面間隙尺寸有關(guān)。如果壓緊力不夠，界面泄漏是法蘭連接的主要泄漏形式。圖2-1法蘭連接結(jié)構(gòu)圖2-2

界面泄漏與滲透泄漏P界面泄漏滲透泄漏12.1法蘭連接3.工況：法蘭整個(gè)工作過(guò)程可簡(jiǎn)單分為預(yù)緊與操作兩個(gè)工況①預(yù)緊工況：預(yù)緊螺栓時(shí)，螺栓力通過(guò)法蘭壓緊面作用在墊片上，使墊片發(fā)生彈性或塑性變形，以填滿法蘭壓緊面上的不平間隙，如圖12-3（b）所示，這就為阻止介質(zhì)泄漏形成了初始密封條件。形成初始密封條件時(shí)在墊片單位面積上受到的壓緊力，稱(chēng)為預(yù)緊密封比壓。②操作工況：當(dāng)通入介質(zhì)壓力時(shí)，如圖12-3（C），螺栓被拉長(zhǎng)，法蘭壓緊面沿著彼此分離的方向移動(dòng)，墊片的壓縮量減小，墊片產(chǎn)生部分回彈，預(yù)緊密封比壓下降。如果墊片具有足夠的回彈能力，使預(yù)緊密封比壓值至少不低于工作密封比壓值，則密封良好。反之墊片的回彈能力不足，預(yù)緊密封比壓下降到工作密封比壓之下，則密封失效。圖12-3法蘭密封的工作原理12.1法蘭連接三、法蘭的結(jié)構(gòu)與分類(lèi)1.法蘭按接觸面形式分為以下兩類(lèi)。①窄面法蘭：法蘭與墊片的整個(gè)接觸面積都位于螺栓孔包圍的圓周范圍內(nèi)，如圖12-4（a）所示。②寬面法蘭：法蘭與墊片接觸面積位于法蘭螺栓中心圓的內(nèi)外兩側(cè)，如圖12-4（b）所示。(a)(b)12.1法蘭連接2.法蘭按其整體性程度，分為三種形式。①松式法蘭：法蘭不直接固定在殼體上或者雖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)，均劃歸松式法蘭，如活套法蘭、螺紋法蘭、搭接法蘭。見(jiàn)圖12-5。圖12-5活套法蘭與螺紋法蘭12.1法蘭連接②整體法蘭：將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或經(jīng)全焊透的平焊法蘭，見(jiàn)12-6。圖12-6平焊法蘭與對(duì)焊法蘭

12.1法蘭連接③任意式法蘭：這種法蘭與殼體連成一體，但剛性比整體法蘭差。實(shí)際上，工程中常采用更簡(jiǎn)單易記的分類(lèi)方法。將法蘭分為：①焊接法蘭，包括平焊法蘭和對(duì)焊法蘭；②活套法蘭，分容器用和管道用兩種；③螺紋法蘭，一般用在高壓管道中。3.法蘭的形狀絕大多數(shù)為圓盤(pán)形或帶頸的圓盤(pán)形，也有少量方形、橢圓形法蘭。12.1法蘭連接四、影響法蘭密封的因素1.螺栓預(yù)緊力螺栓預(yù)緊力是影響密封的一個(gè)重要因素。預(yù)緊力必須足夠大，是墊片被壓緊并實(shí)現(xiàn)初始密封條件；內(nèi)壓升起后，墊片上必須殘留有足夠的螺栓預(yù)緊力，以保證不泄漏；提高螺栓預(yù)緊力，可以提高工作密封比壓。但是，螺栓預(yù)緊力也不能太大，否則將會(huì)使墊片被壓壞或擠出。2.壓緊面（密封面）壓緊面直接與墊片接觸，它既傳遞螺栓力使墊片變形，同時(shí)也是墊片變形的表面約束。要保證法蘭連接的緊密性，必須合理的選擇壓緊面的形狀。12.1法蘭連接法蘭壓緊面的型式，主要應(yīng)根據(jù)工藝條件、密封直徑以及準(zhǔn)備采用的墊片等進(jìn)行選擇。壓力容器和管道中常用的法蘭壓緊面形式如圖12-7所示。圖12-7中低壓法蘭密封壓緊面形狀T

ASC12.1法蘭連接①平面型壓緊面壓緊面是一個(gè)光滑的平面，如圖12-7(a)所示，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、造價(jià)低，且便于防腐襯里，使用的壓力范圍是PN≤2.5MPa，在PN≥0.6MPa的情況下，使用最為廣泛。為了使墊片容易變形和防止擠出，其平面上常刻出2～4條同心的三角形溝槽，如圖12-7(d)所示，這種壓緊面墊片接觸面積較大，密封性能差，不能用于介質(zhì)為毒性或易燃易爆的情況。②凹凸型壓緊面這種壓緊面有一個(gè)凹面和一個(gè)凸面配合而成，如圖12-7(b)所示。其優(yōu)點(diǎn)是便于對(duì)中，墊片不易被內(nèi)壓擠出，但壓緊面與墊片接觸面仍較大，故需較大的螺栓預(yù)緊力，法蘭尺寸也較大，可用于壓力較高的場(chǎng)合。12.1法蘭連接③榫槽型壓緊面這種壓緊面是有一個(gè)榫和一個(gè)槽所組成的，如圖12-7(c)所示，墊片置于槽中，不與介質(zhì)相接觸，不會(huì)被擠入設(shè)備或管道內(nèi)。墊片可以較窄，因而壓緊墊片所需的螺栓力也相應(yīng)較小，但其拆卸比較困難，因墊片被擠壓在槽內(nèi)不易被清除。這種壓緊面適宜于易燃、易爆、有毒的介質(zhì)以及較高壓力的場(chǎng)合。以上三種壓緊面所用的墊片，大都是各種非金屬墊片或金屬與非金屬混合制的墊片。12.1法蘭連接④錐形壓緊面這種壓緊面是和球面金屬墊片配合而成，錐角200，如圖12-8所示，錐形面與墊片形成線接觸密封，通常用于高壓管件密封，可用到100MPa，甚至更大。其缺點(diǎn)是尺寸精度高，表面粗糙度低時(shí)，直徑大時(shí)加工困難。圖12-8錐形壓緊面12.1法蘭連接⑤梯形槽壓緊面這種壓緊面與橢圓形或八角形截面的金屬墊圈配合，壓緊面一般與槽的中心線呈230，其槽的錐面與墊圈形成線接觸密封，如圖12-9所示。它密封可靠，墊圈加工比錐形面墊容易，用于較高壓力場(chǎng)合，一般為7～70MPa。梯形槽材料的硬度值宜比墊圈材料硬度高30～40HBS。圖12-9梯形槽壓緊面12.1法蘭連接3.墊片墊片是法蘭連接的核心，密封效果的好壞主要取決于墊片的密封性能。按材料特性墊片可分成三種。①非金屬墊片：常用的有橡膠墊、石棉橡膠墊、聚四氟乙烯墊和膨脹石墨墊等，如圖12-10(a)。②金屬墊片：當(dāng)壓力PN≥6.4MPa、溫度t≥3500C時(shí)，采用金屬墊片或墊圈。常用的有軟鋁、鋼、軟鋼、鉻鋼和不銹鋼等，如圖12-10(e)、(f)。③金屬-非金屬組合墊片：以上兩者優(yōu)點(diǎn)兼顧，常用的有金屬包墊片和金屬纏繞墊片。如圖12-10(b)、(c)、(d)。圖12-10

墊片斷面形狀RR12.1法蘭連接4.法蘭剛度在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常見(jiàn)到由于法蘭剛度不足而使密封失效的現(xiàn)象。所以法蘭的設(shè)計(jì)既要保證正常使用中不能使密封失效，也要注意是法蘭的設(shè)計(jì)過(guò)于笨重，提高整個(gè)法蘭連接的造價(jià)。5.操作條件操作條件即壓力、溫度和介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)。單純的壓力或介質(zhì)因素對(duì)泄漏的影響并不是主要的，只有和溫度聯(lián)合作用時(shí)，問(wèn)題才變得嚴(yán)重。操作條件是生產(chǎn)所給定的，無(wú)法回避，為了彌補(bǔ)這種影響，只能從密封組合件的結(jié)構(gòu)和選材上加以解決。12.1法蘭連接五、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用法蘭已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，以便增加互換性、降低成本；對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)法蘭如大直徑，特殊工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式才須自行設(shè)計(jì)。石油化工上用的法蘭標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，一個(gè)是壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)（JB4700～4707-2000），另一個(gè)是管法蘭標(biāo)準(zhǔn)。1.壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭分平焊法蘭和對(duì)焊法蘭兩大類(lèi)，三種形式。①平焊法蘭:分為甲型平焊法蘭（如圖12-12所示）和乙型平焊法蘭（圖12-13所示）兩種。圖12-12甲型平焊法蘭（JB4701－92）對(duì)焊法蘭圖12-13乙型平焊法蘭（JB4702－92）12.1法蘭連接它們的主要區(qū)別，乙型帶一厚的短節(jié)，一般大于16mm，增加了法蘭的剛度。另外，甲型法蘭的焊縫坡口為V型，而乙型法蘭的焊縫坡口為U型。兩種法蘭的壓力等級(jí)及使用范圍見(jiàn)表12-2。②對(duì)焊法蘭長(zhǎng)徑對(duì)焊法蘭，如圖12-14（a）所示。它由具有較大的錐徑與法蘭盤(pán)構(gòu)成一體，進(jìn)一步增加了法蘭盤(pán)的剛度。具體的壓力等級(jí)和使用范圍見(jiàn)教材表12-2。以上三種法蘭都有帶襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩種。當(dāng)設(shè)備是由不銹鋼制作時(shí)，采用碳鋼法蘭加不銹鋼襯環(huán)，可以節(jié)省不銹鋼材。其結(jié)構(gòu)如圖12-14（b）所示。圖12-14長(zhǎng)徑對(duì)焊法蘭（JB4703-92）(a)(b)12.1法蘭連接2.壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)的選用選擇壓力容器法蘭的主要參數(shù)是公稱(chēng)壓力和公稱(chēng)直徑。法蘭的公稱(chēng)壓力的選擇與設(shè)備或容器的最大工作壓力、工作溫度及法蘭材料有關(guān)。因法蘭標(biāo)準(zhǔn)系列的制定是以16MnR在2000C時(shí)的力學(xué)性能為基準(zhǔn)來(lái)確定的。若選用不同材料和溫度時(shí)的法蘭可查手冊(cè)或教材的表12-3。①標(biāo)準(zhǔn)法蘭的標(biāo)注方法：標(biāo)準(zhǔn)號(hào)公稱(chēng)壓力，MPa公稱(chēng)直徑，mm密封面形式代號(hào)法蘭類(lèi)型代號(hào)12.1法蘭連接注：法蘭類(lèi)型，分為一般法蘭和襯環(huán)法蘭兩類(lèi)，一般法蘭的代號(hào)為“法蘭”，襯環(huán)法蘭的代號(hào)為“法蘭C”。法蘭密封面形式可用代號(hào)表示，見(jiàn)手冊(cè)或教材表12-4或圖12-7和圖2-13。②標(biāo)記示例：法蘭C-S800-1.6JB4702-2000表示：公稱(chēng)直徑為800mm，公稱(chēng)壓力1.6MPa的襯環(huán)榫槽密封面乙型平焊法蘭中的榫面法蘭。③法蘭連接的螺栓與螺母的材料也有規(guī)定，詳見(jiàn)教材171頁(yè)表12-5和JB4700-2000。④甲、乙型平焊法蘭的尺寸系列參見(jiàn)JB4701～4702-2000。⑤非金屬軟墊片的選擇可參照J(rèn)B4704-2000。12.1法蘭連接3.管法蘭標(biāo)準(zhǔn)目前在石油、化工行業(yè)使用的管法蘭標(biāo)準(zhǔn)較多，既有國(guó)標(biāo)，又有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如2001年7月1日頒布的GB/T9112～9114-2000系列標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要是原化工部頒布的。1998年2月1日起執(zhí)行的HG20592～20635-1997《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》等。中國(guó)目前使用的大部分是公制管，屬于歐洲體系。12.2容器支座容器和設(shè)備的支座，是用來(lái)支承其重量，并使其固定在一定的位置上。在某些場(chǎng)合下，支座還要承受操作時(shí)設(shè)備的震動(dòng)，承受風(fēng)載荷和地震載荷等。容器和設(shè)備支座的結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)容器和設(shè)備自身的型式，支座可分成兩大類(lèi)，即臥式容器支座和立式容器支座。一、臥式容器支座臥式容器的支座有三種形式：鞍座、圈座和支腿。1.雙鞍式支座及支座標(biāo)準(zhǔn)雙鞍式支座常用于臥式容器。鞍座由一塊底板、一塊豎板和若干塊肋板焊接而成。臥式容器由于溫度或載荷變化時(shí)都會(huì)產(chǎn)生軸向的伸縮，因此容器兩端的支座不同時(shí)固定在基礎(chǔ)上，一端的支座制成滾動(dòng)支座或開(kāi)有長(zhǎng)孔，如圖12-17、18所示。臥式容器支座-鞍座12.2容器支座①雙鞍式支座的選取原則雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡(jiǎn)化為受均布載荷的外伸梁，有材料力學(xué)知，當(dāng)外伸長(zhǎng)度A=0.207L時(shí)，跨度中央的彎矩與支座截面處的彎矩絕對(duì)值相等，所以一般近似取A≤0.2L。當(dāng)鞍座鄰近封頭時(shí)，則封頭對(duì)支座處筒體有加強(qiáng)剛性的作用，為了充分利用這一加強(qiáng)效應(yīng)，在滿足A≤0.2L下應(yīng)盡量使A≤0.5R0（R0為圓筒的外半徑），如圖12-16(b)所示。②雙鞍式支座的標(biāo)準(zhǔn)雙鞍式支座已標(biāo)準(zhǔn)化（JB/T4712-92），可根據(jù)PN、DN選用。鞍座標(biāo)準(zhǔn)分為輕型（A）和重型（B）兩大類(lèi)，重型又分為BⅠ～BⅤ五種型號(hào)，見(jiàn)教材表12-6。鞍座的具體尺寸可查閱表12-7和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。圖12-16(b)臥式容器支座-鞍座AL12.2容器支座③鞍座的標(biāo)記方法JB/T4712-92鞍座××-×

固定鞍座F，滑動(dòng)鞍座S

公稱(chēng)直徑，mm

型號(hào)(A,BⅠ,BⅡ,BⅢ,BⅣ,BⅤ)如公稱(chēng)直徑為1600mm的輕型（A型）鞍座，標(biāo)記為：JB/T4712-92鞍座A1600-FJB/T4712-92鞍座A1600-S12.2容器支座2.圈式支座圈式支座使用的范圍是：因自身重量而可能在支座處造成殼體較大變形的薄壁容器，某些外壓或真空容器，多于兩個(gè)支座的長(zhǎng)容器。圈座的結(jié)構(gòu)如圖12-16（C）所示。3.支腿這種支座由于在與容器相連接處會(huì)造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力，因此一般只用于小型容器，支腿的結(jié)構(gòu)如圖12-16（d)所示。圖12-16(C)臥式容器支座-圈座Lh1h1AAFFF/2F/2圈座中性軸圖12-16(d)

臥式容器支座-支腿式支座Lh1h1AAFF補(bǔ)強(qiáng)墊板12.2容器支座二、立式容器支座立式容器支座有四種：耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。中、小型直立容器廠采用前三種支座，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。1.耳式支座耳式支座又稱(chēng)懸掛式支座，它有筋板和支腳板組成，廣泛用于反映釜及立式換熱器等直立設(shè)備上，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、輕便，但對(duì)器壁會(huì)產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。因此，常在器壁與支座之間加一墊板，墊板的材料最好與器壁相同。耳式支座推薦的標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4725-92，它將耳式支座分成A型（短臂）和B型（長(zhǎng)臂）兩類(lèi)，每類(lèi)又有帶墊板和不帶墊板兩種不帶墊板的用AN和BN表示，結(jié)構(gòu)及尺寸等見(jiàn)圖12-19、圖12-20及標(biāo)準(zhǔn)JB/T4725-92。圖12-19

A、AN型耳式支座圖12-20B、BN型耳式支座支座號(hào)型號(hào)A、AN、B、BN

JB/T4725－92，耳座××如A型、不帶墊板，3號(hào)耳式支座，支座材料為Q235A.F標(biāo)記為：JB/T4725-92，耳座AN3，Q235A.FJB/T4724標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了耳式支座的標(biāo)記：12.2容器支座2.支承式支座對(duì)于高度不大的中小型設(shè)備，可采用支承式支座。它已標(biāo)準(zhǔn)化并分A、B兩類(lèi)，A類(lèi)有鋼板拼焊而成，B類(lèi)有鋼管制作，兩類(lèi)都帶墊板，如圖12-21所示。具體內(nèi)容可查閱標(biāo)準(zhǔn)JB/T4724-92。圖12-21支承式支座B型A型12.2容器支座3.腿式支座腿式支座與支承式支座的最大區(qū)別在于：腿式支座是支在容器的圓筒體部分，而支承式支座是支承在容器的封頭上。腿式支座也已標(biāo)準(zhǔn)化，它的形式特征見(jiàn)教材表12-11，支座形式見(jiàn)圖12-22。有關(guān)支座的具體形式、尺寸、選用可查閱標(biāo)準(zhǔn)：腿式支座JB/T4713-92。4.裙式支座裙式支座是高大的塔設(shè)備最廣泛采用的一種支座形式。目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，它的各部分尺寸均需通過(guò)計(jì)算或?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)確定。有關(guān)裙式支座的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)計(jì)算可參見(jiàn)JB4710-92《鋼制塔式容器》。典型形式見(jiàn)圖12-23。圖12-22腿式支座圖12-23裙式支座12.3

容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)化工容器不可避免的要開(kāi)孔并往往接有管子或凸緣，容器開(kāi)孔接管后在應(yīng)力分布與強(qiáng)度方面將帶來(lái)如下影響：開(kāi)孔破壞了原有的應(yīng)力分布并引起應(yīng)力集中，較大的局部應(yīng)力，再加上作用于管子上的各種載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力，溫度差造成的溫差應(yīng)力，以及容器材質(zhì)和焊接缺陷等因素的綜合作用，接管處往往會(huì)成為容器的破壞源，特別是在有交變應(yīng)力及腐蝕的情況下變得更為嚴(yán)重，遠(yuǎn)高于容器中的薄膜應(yīng)力，造成容器的破壞。因此容器開(kāi)孔接管后，必須考慮器補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題。12.3

容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)一、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)1.補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)原則①等面積補(bǔ)強(qiáng)法的設(shè)計(jì)原則補(bǔ)強(qiáng)法規(guī)定：局部補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積必須等于或大于開(kāi)孔所減去的殼體截面積，其含義在于補(bǔ)強(qiáng)殼壁的平均強(qiáng)度，用于開(kāi)孔等截面的外加金屬來(lái)補(bǔ)償削弱的殼壁強(qiáng)度。優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)便，使用歷史長(zhǎng)有使用經(jīng)驗(yàn)。缺點(diǎn)：補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于根部時(shí)效果較好，但分散時(shí)效果差。即使100%等面積補(bǔ)強(qiáng)，仍不能有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)。②塑性失效補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)原則這是一種極限設(shè)計(jì)方法，同時(shí)又考慮到結(jié)構(gòu)的安定性。12.3

容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)其基本點(diǎn)是：開(kāi)孔容器的接管處達(dá)到全域塑性時(shí)的極限應(yīng)力應(yīng)等于無(wú)孔殼體的屈服應(yīng)力；同時(shí)，按彈性計(jì)算的最大應(yīng)力不超過(guò)2σs,即：σmax=2σs,而σs=1.5[σ]，所以：σmax=3[σ]即：薄膜應(yīng)力控制在許用應(yīng)力之下，那么應(yīng)力集中區(qū)的最大應(yīng)力集中系數(shù)可以允許達(dá)到3.0。此方法只允許采用整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。2.補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)常用的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)有下列幾種：①補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：如圖12-24(a)、(b)、(c)所示。圖12-24(a)、(b)、(c)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)12.3

容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)：制造方便，造價(jià)低，使用經(jīng)驗(yàn)成熟。缺點(diǎn)：a.補(bǔ)強(qiáng)區(qū)過(guò)于分散，補(bǔ)強(qiáng)效率不高；b.補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體焊接之間存在一層靜氣隙，傳熱效率差，會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；c.補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體焊接處，剛度變大，容易造成焊接處開(kāi)裂；d.抗疲勞能力差。所以，此結(jié)構(gòu)適用于中、低壓、靜壓容器。②厚壁管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：如圖12-24(d)、(e)、(f)所示。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造和檢驗(yàn)方便，但必須保證焊接處全焊透。其中圖2-24（f）效果最好，但內(nèi)伸長(zhǎng)度要適當(dāng)，如過(guò)長(zhǎng)，其效果反會(huì)降低。常用于低合金鋼容器或某些高壓容器。圖12-24(d)、(e)、(f)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)12.3

容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)③整鍛件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：如圖12-24(g)、(h)、(i)。優(yōu)點(diǎn)：補(bǔ)強(qiáng)金屬集中，能有效降低應(yīng)力集中系數(shù)；全部采用對(duì)接焊接接頭，易探傷，易保證質(zhì)量；整體性好，抗疲勞性能最好，疲勞壽命僅降低10%～15%。缺點(diǎn)：鍛件供應(yīng)困難，制造麻煩，成本高。所以，常用在σb≥540MPa級(jí)的鋼板制作的容器上及受低溫、高溫、反復(fù)載荷的大直徑開(kāi)孔容器、高壓容器、核容器上等。圖12-24(g)、(h)、(i)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)12.3

容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)二、適宜的開(kāi)孔范圍當(dāng)采用局部補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，GB150-1998規(guī)定，筒體及封頭上最大直徑不得超過(guò)以下數(shù)值：①筒體內(nèi)經(jīng)Di≤1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d≤Di/2,且d≤520mm(d為開(kāi)孔直徑)；②筒體內(nèi)經(jīng)Di＞1500mm時(shí),開(kāi)孔最大直徑d≤Di/3,且d≤1000;③凸形封頭或球殼的開(kāi)孔最大直徑d≤Di/2；④錐殼的開(kāi)孔最大直徑d≤Dk/3,Dk為開(kāi)孔中心處的錐殼內(nèi)直徑；見(jiàn)圖12-25。凸形封頭上開(kāi)孔時(shí)，應(yīng)盡量開(kāi)設(shè)在封頭中心部位附近。當(dāng)需要靠近封頭邊緣開(kāi)孔時(shí)，應(yīng)符合圖12-26的要求。另外，任意兩個(gè)相鄰孔邊緣間連接的投影距離至少等于小孔的直徑。圖12-25開(kāi)孔的錐形封頭圖12-26開(kāi)孔封頭邊緣距離限制12.3

容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)三、不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑關(guān)于不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑，GB150-1998規(guī)定，殼體滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：①設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa；②兩相鄰開(kāi)孔中心的距離（弧面以弧長(zhǎng)計(jì)）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；③接管公稱(chēng)外徑小于或等于89mm；④接管最小厚度滿足表12-12要求。接管公稱(chēng)直徑253238454857657689最小厚度3.54.05.06.012.3

容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)四、等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法所謂等面積補(bǔ)強(qiáng)，就是使補(bǔ)強(qiáng)的金屬量等于或大于開(kāi)孔所削弱的金屬量。補(bǔ)強(qiáng)金屬在通過(guò)開(kāi)孔中心線的縱截面的正投影面積，必須等于或大于殼體由于開(kāi)孔而在這個(gè)縱截面上所削弱的正投影面積。具體計(jì)算參見(jiàn)GB150-1998。五、補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)強(qiáng)圈已有標(biāo)準(zhǔn)：JB/T4736-95和HG21506-92，可參考選用。12.4

容器附件容器上開(kāi)孔，是為了安裝操作與檢修用的各種附件，如接管視鏡、人孔和手孔等。一、接管化工設(shè)備上的接管分兩類(lèi),一類(lèi)是容器上的工藝接管,多是帶法蘭的短接管,如圖12-27所示。其接管長(zhǎng)度應(yīng)考慮所設(shè)置的保溫層厚度及便于按裝螺栓,可按教材表12-13選用。接管上焊縫之間的距離不小于50mm,鑄造設(shè)備可與殼體一起鑄出,見(jiàn)圖12-28。圖12-27帶有法蘭的短接管圖12-28鑄造接管12.4

容器附件對(duì)于軸線不垂直于殼壁的接管，其伸長(zhǎng)長(zhǎng)度應(yīng)是法蘭外緣與保溫層之間的垂直距離不小于25mm,如圖12-29所示。對(duì)于較細(xì)的接管，如伸出長(zhǎng)度較長(zhǎng)則要考慮加固。例如低壓容器上DN≤40mm的接管，可采用管接頭加固，如圖12-30所示。圖12-30管接頭加固圖12-29軸線不垂直于殼壁的接管12.4

容器附件對(duì)于DN≤25mm，l≥150mm，以及DN=32～50mm，伸出長(zhǎng)度l≥200mm的任意方向接管，均應(yīng)設(shè)置筋板予以支撐，位置按圖12-31要求，其筋板斷面尺寸可根據(jù)筋板長(zhǎng)度按表2-14選取。圖12-31

筋板加固12.4

容器附件另一類(lèi)是儀表類(lèi)接管，為了控制操作過(guò)程，在容器上需裝置一些接管，以便和測(cè)量溫度、壓力及液面等的儀表相連接。此類(lèi)儀表接管直徑較小，除用帶法蘭的短接管外，也可簡(jiǎn)單的用內(nèi)螺紋或外螺紋管焊接在設(shè)備上，如圖12-32所示。12.4

容器附件二、凸緣當(dāng)接管長(zhǎng)度必須很短時(shí)，可用凸緣來(lái)代替，如圖12-33所示。凸緣本身具有加強(qiáng)開(kāi)孔的作用，不需再另行補(bǔ)強(qiáng)。缺點(diǎn)是當(dāng)螺栓折斷在螺栓孔中時(shí)，取出較困難。由于凸緣與管道法蘭配用，因此它的連接尺寸應(yīng)根據(jù)所選的管法蘭來(lái)確定。圖12-33

具有平面密封的凸緣12.4

容器附件三、手孔與人孔安裝手控何人孔時(shí)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。兩孔已標(biāo)準(zhǔn)化，目前所用標(biāo)準(zhǔn)為HG21514～21535-95《碳素鋼、低合金鋼制人孔和手孔》，該標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍工稱(chēng)壓力0.25～6.3MPa，工作溫度-40～5000C。手孔直徑一般為150～250mm，標(biāo)準(zhǔn)中手孔的公稱(chēng)直徑有DN150和DN250兩種。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的手孔一共有8種形式，它們是：常壓手孔、板式平焊法蘭手孔、帶頸平焊法蘭手孔、帶頸對(duì)焊法蘭手孔、回轉(zhuǎn)蓋帶頸對(duì)焊法蘭手孔、常壓快開(kāi)手孔、旋柄快開(kāi)手孔、回轉(zhuǎn)蓋快開(kāi)手孔。如圖12-34、35所示。手孔、人孔12.4

容器附件四、視鏡視鏡除用來(lái)觀察設(shè)備內(nèi)部情況外，也可用做料面視鏡。它分不帶頸視鏡和帶頸視鏡兩種。①用凸緣構(gòu)成的視鏡稱(chēng)不帶頸視鏡，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易沾料有比較寬闊的視覺(jué)范圍。標(biāo)準(zhǔn)中視孔的公稱(chēng)直徑有50～250mm五種公稱(chēng)壓力達(dá)2.5MPa，設(shè)計(jì)時(shí)可選用，如圖12-36所示。②當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時(shí)，須采用帶頸視鏡。視鏡玻璃是硅硼玻璃，容易因沖擊、振動(dòng)或溫度劇變破裂，此時(shí)可選用雙層玻璃安全鏡或帶罩視鏡，如圖12-37所示。③視鏡因介質(zhì)結(jié)晶等現(xiàn)象時(shí)，可采用沖洗裝置，見(jiàn)圖12-38.視鏡的形式較多，可根據(jù)具體情況查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。不帶頸視鏡帶頸視鏡、視鏡沖洗裝置12.4

容器附件五、液位計(jì)液位計(jì)種類(lèi)很多，公稱(chēng)壓力不超過(guò)0.07MPa的設(shè)備，可以直接在設(shè)備上開(kāi)長(zhǎng)孔，利用矩形凸緣或法蘭把玻璃固定在設(shè)備上。對(duì)于承壓設(shè)備，一般都是將液面計(jì)通過(guò)法蘭[圖12-39(a)]、活接頭[圖12-39(b)]或螺紋