第五章容器零部件

第五章容器零部件5.1.1法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理法蘭連接由一對法蘭、墊片和螺栓組成。墊片裝在兩個法蘭之間，法蘭通過聯(lián)結(jié)螺栓壓緊墊片而實現(xiàn)密封。預(yù)緊時，螺栓力通過法蘭作用到墊片上，使墊片變實而消除墊片內(nèi)部的毛細管，同時依靠墊片的彈性和塑性變形來添滿法蘭密封面上凹凸不平的間隙，阻止介質(zhì)通過墊片內(nèi)部毛細孔的滲透性泄漏和墊片與密封面間的界面泄漏。預(yù)緊時為了形成初始密封條件，作用在墊片上的最小比壓力稱為墊片的預(yù)緊密封比壓。操作時，內(nèi)壓使法蘭密封面趨于分離，作用在墊片上的壓緊力下降，此時壓緊面上仍需要有足夠的壓緊力，才能封住介質(zhì)，工作時墊片上必須維持的壓緊力稱為工作密封比壓。法蘭密封結(jié)構(gòu)5.1.2法蘭的結(jié)構(gòu)與分類（StructureandClassificationofFlange）一、按法蘭接觸面分：窄面法蘭（NarrowFaceFlange）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)外側(cè)。窄面法蘭：法蘭與墊片的整個接觸面積都位于螺栓孔包圍的圓周范圍內(nèi)。寬面法蘭（WideFaceFlange）二、按法蘭與設(shè)備或管道的連接方式分為整體法蘭、松套法蘭、螺紋法蘭三類：整體法蘭法蘭與設(shè)備或管道不可拆地固定在一起。適用于壓力和溫度較高的場合。常見的有兩種：平焊管法蘭對焊法蘭（高頸法蘭或長頸法蘭）平焊設(shè)備法蘭平焊法蘭（Flatweldingflange），又稱任意式法蘭。法蘭與殼體連成一體，但兩者間的整體程度較差，法蘭剛性也較差。由于法蘭結(jié)構(gòu)簡單，廣泛用于溫度、壓力不太高的場合。對焊法蘭（Weldedflange），又稱高頸法蘭或長頸法蘭。這種法蘭的法蘭環(huán)、錐頸和殼體有效地聯(lián)成一整體，法蘭的強度和剛度較高而且采用對接焊縫，較平焊法蘭中的角焊縫強度好，適用于壓力、溫度較高和設(shè)備直徑較大的場合。松套法蘭（Looseflange）法蘭與設(shè)備或管道不直接連接成一體，而是套在設(shè)備或管道的外面。適用于壓力較低的場合。螺紋法蘭（Threadedflange）法蘭與管壁通過螺紋進行連接。適用于高壓管道上。螺紋法蘭二、法蘭密封面（Flangesealingsurface）常用的法蘭密封面形狀有平面、凹凸面和榫槽面。平面型（Planar）密封面是一個光滑平面或在光滑平面上有幾條同心圓的環(huán)形溝槽。結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，適用于中低壓場合。但密封性能差，不適用于介質(zhì)易燃易爆和有毒的場合。凹凸型（Concave）密封面由一個凹面和一個凸面配對組成，墊片放在凹面，便于對中，壓緊時能防止墊片被擠出，密封效果好，適用于壓力較高的場合。榫槽型（Tongueandgroove）密封面由一個榫面和一個槽面配對組成，墊片放在槽中，密封效果好，適用于易燃易爆有毒的介質(zhì)和壓力較高的場合。但密封面加工困難，檢修和更換墊片不大方便。平面型凹凸型榫槽型5.1.3影響法蘭密封的因素一、螺栓預(yù)緊力（Preload）預(yù)緊力必須使墊片壓緊并實現(xiàn)初始密封條件，同時保證墊片不被壓壞或擠出。三、墊片性能與選擇（GasketPerformanceandSelection）法蘭連接密封中，密封效果在很大程度上取決于墊片的密封性能。對于制作墊片的材料，要求耐腐蝕，不污染操作介質(zhì)，具有一定的彈性，適當(dāng)?shù)臋C械強度和柔軟性，在溫度的作用下不易變質(zhì)硬化或軟化。最常用的墊片按材料成分分為三類：1、非金屬墊（Non-metallicpad）（JB4704-2000）常用材料有橡膠、石棉橡膠、聚四氟乙烯等。普通橡膠墊僅用于低壓和溫度低于100℃的水、蒸氣等無腐蝕性介質(zhì)；石棉橡膠主要用于溫度小于等于350℃水、油、蒸氣等場合；聚四氟乙烯主要用于腐蝕性介質(zhì)的設(shè)備上。2、金屬墊（Metalpad）高溫高壓時，采用金屬墊，常用材料有鋁、銅、鐵、蒙耐爾合金、不銹鋼等。3、金屬-非金屬組合墊（Metal-Non-metallic

combinationpad）常用的組合墊片有金屬包墊片（JB4706-2000）和纏繞墊片（JB4705-2000）。金屬包墊片是石面、石棉橡膠作為芯材，外包鍍鋅鐵片或不銹鋼薄板。纏繞墊是由金屬薄帶和非金屬石棉、石墨等相間纏繞而成。法蘭密封墊片的選擇要考慮操作介質(zhì)的性質(zhì)，壓力和溫度。對于高溫高壓和高真空或深冷溫度下的情況，一般采用金屬墊片；中溫、中壓可采用金屬-非金屬組合墊；低壓情況多采用非金屬墊片。墊片的幾何尺寸包括厚度和寬度。內(nèi)壓較高時，宜選較厚、較窄的墊片。5.1.4法蘭標(biāo)準(zhǔn)和選用（StandardandSelectionofFlange）為了增加法蘭的互換性、降低成本，法蘭已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。法蘭標(biāo)準(zhǔn)分為容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)和管法蘭標(biāo)準(zhǔn)。容器法蘭只用于容器殼體的連接，管法蘭只用于管道間的連接。設(shè)計時，可根據(jù)不同的公稱直徑DN和公稱壓力PN從標(biāo)準(zhǔn)中選擇法蘭。法蘭的公稱直徑是指與法蘭配合的容器或管子的公稱直徑。容器的公稱直徑是指容器的內(nèi)徑，而管子的公稱直徑是介于內(nèi)外徑間的某一值。一、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)（PressureVesselFlange）壓力容器法蘭分為平焊法蘭和對焊法蘭兩類1、平焊法蘭（Flatweldingflange）平焊法蘭有甲、乙兩種形式。甲型平焊法蘭與乙型平焊法蘭的區(qū)別在于乙型平焊法蘭有一個厚度不小于16mm的圓筒形短節(jié)，同時甲型的焊縫開V型坡口，乙型的焊縫開U型坡口，因此乙型比甲型具有較高的強度和剛度。甲型平焊法蘭乙型平焊法蘭2、對焊法蘭（Weldedflange

）長頸對焊法蘭具有厚度更大的頸，進一步增加了法蘭盤的剛度，適用于壓力、直徑、溫度較高的場合。平焊法蘭與對焊法蘭都有帶襯環(huán)與不帶襯環(huán)的兩種。當(dāng)設(shè)備由不銹鋼制作時，采用碳鋼法蘭加不銹鋼襯環(huán)，可以節(jié)省不銹鋼材料。不帶襯環(huán)的法蘭代號為“法蘭”，襯環(huán)法蘭的代號為“法蘭C”。帶襯環(huán)的夾型平焊法蘭長頸對焊法蘭（JB4703-2000）法蘭密封面型式代號（GB4700-92）法蘭標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)志方法：例：公稱壓力1.6MPa，公稱直徑1000mm的襯環(huán)凹凸密封面長頸對焊法蘭中的凸面法蘭法蘭C-T1000-1.6JB4703-2000二、管法蘭標(biāo)準(zhǔn)（PipeFlange）管法蘭是壓力容器和設(shè)備與管道連接的標(biāo)準(zhǔn)件和通用件。1、管法蘭標(biāo)準(zhǔn)目前國際上管法蘭標(biāo)準(zhǔn)主要有兩大體系，即歐洲體系（以DIN標(biāo)準(zhǔn)為代表）和美洲體系（以美國ASME標(biāo)準(zhǔn)為代表）。凡同一體系內(nèi)，管法蘭標(biāo)準(zhǔn)的連接尺寸和密封面尺寸可以匹配。我國同時采用這兩種體系，分別為HG20592~20614-97（歐洲體系）標(biāo)準(zhǔn)和HG20615~20635-97（美洲體系）標(biāo)準(zhǔn)。2、管法蘭類型和類型代號5.2容器支座（ContainerBearing）容器的支座用來支撐容器的重量，并將其固定在需要的位置上。在某些情況下，支座還要承受操作時設(shè)備的振動、地震力及風(fēng)載荷等。支座按容器自身的型式分為臥式容器支座和立式容器支座。一、臥式容器支座（HorizontalContainerBearing）臥式容器支座型式有鞍座、圈座和支腿式支座。鞍式支座：由腹板、筋板、底板和墊板組成。鞍式支座應(yīng)用最為廣泛，常見的臥式容器和大型貯槽、熱交換器等多采用鞍座。圈座：增加了筒體的剛度，適用于大型薄壁容器及真空容器。支腿式支座：適用于重量不大的小型臥式容器。臥式容器支座鞍座標(biāo)記方法：標(biāo)記例：JB/T4712-92鞍座A2600-S表示公稱直徑為2600mm的輕型滑動鞍座二、立式容器支座（VerticalContainerBearing）立式容器支座有懸掛式、支承式、腿式和裙式支座。中小型直立容器常采用前三種支座，高大的塔設(shè)備則采用裙式支座。1、懸掛式支座又稱耳式支座，由筋板和支腳板組成。一般設(shè)備采用2～4個支座支撐。設(shè)備通常是通過支座擱置在鋼梁、混凝土基礎(chǔ)或其它設(shè)備上。懸掛式支座結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，但在與支座聯(lián)結(jié)處的器壁產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，因此對直徑較大或器壁較薄的設(shè)備，應(yīng)在器壁與支座之間加一塊墊板。對于不銹鋼設(shè)備，應(yīng)采用不銹鋼墊板。懸掛式支座分為短臂A型和長臂B型兩類，每類又有帶墊板和不帶墊板的兩種，不帶墊板的分別用AN和BN表示。當(dāng)設(shè)備外面有保溫層，或設(shè)備直接放在樓板上時，宜采用B型懸掛式支座。懸掛式支座已標(biāo)準(zhǔn)化（JB/T4725-92），設(shè)計時可根據(jù)設(shè)備的公稱直徑DN及估算每個支座所需承受的載荷選取標(biāo)準(zhǔn)支座，然后校核實際載荷和彎矩。耳式支座（懸掛式支座）懸掛式支座的標(biāo)記方法：JB/T4725-92耳座AN3材料：Q235-AF表示不帶墊板的A型，3號耳式支座支座材料為Q235-AF2、支承式支座通常作為高度不大的直立設(shè)備的支撐，支座焊在設(shè)備的下部封頭上。典型的支承式支座由筋板、底板和墊板組成，有時也可用鋼管制成。支承式支座的標(biāo)準(zhǔn)號為JB/T4724-92，可根據(jù)設(shè)備的公稱直徑DN選取標(biāo)準(zhǔn)支座。支承式支座3、腿式支座由支柱、墊板、蓋板和底板組成，支柱采用角鋼或鋼管制作，支座與容器的連接位于筒體的下側(cè)。這種支座適用于小型直立設(shè)備的支承。標(biāo)準(zhǔn)號為JB/T4713-92，可根據(jù)設(shè)備的公稱直徑DN選取標(biāo)準(zhǔn)支座。腿式支座5.3容器附件（ContainerAttachment）一、接管口（Over）為了控制和監(jiān)測化工操作過程，需開設(shè)測量溫度、壓力的儀表和安全裝置等接口。這類接口采用的接管直徑較小，短管可采用法蘭連接，也可以直接利用內(nèi)螺紋管或外螺紋管直接焊在設(shè)備殼壁上。輸送物料的工藝接管一般直徑較大，常采用設(shè)備上焊接短管，利用法蘭與外管路聯(lián)結(jié)。鑄造設(shè)備可采用鑄造接管。短管長度根據(jù)設(shè)備外壁是否需要設(shè)置保溫層或便于接管法蘭的螺栓裝拆等因素來決定，一般不少于80mm。二、凸緣（Flange）當(dāng)接管長度必須很短時，可用凸緣來代替。由于凸緣與管道法蘭配用，聯(lián)結(jié)尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來確定。具有平面密封的凸緣三、手孔與人孔（HandHoleandManhole）為了便于設(shè)備內(nèi)件的維修、檢查和裝拆，需要在殼壁上開設(shè)手孔或人孔（HG21514~21535-95）。當(dāng)設(shè)備直徑在900mm以下時，一般只考慮開設(shè)手孔。標(biāo)準(zhǔn)手孔的公稱直徑有DN150和DN250兩種。手孔的結(jié)構(gòu)一般是在容器上接一短管，并在取上蓋一盲板。設(shè)備直徑大于900mm時可開設(shè)人孔。人孔由短筒節(jié)、法蘭和蓋板等組成，形式有圓形和橢圓形。人孔的尺寸大小以及位置以設(shè)備內(nèi)件安裝和工人進出方便為原則。手孔圓形人孔長圓形快開人孔四、視鏡（Endoscopy）視鏡主要是用來觀察設(shè)備內(nèi)部反應(yīng)過程的進行情況，也可作料面高度指示。形式有不帶頸視鏡和帶頸視鏡兩種，后者用于設(shè)備直徑較小的場合。為了便于觀察，視鏡應(yīng)成對使用，一個視鏡作照明用，一個視鏡作觀察用。為防止視鏡玻璃發(fā)生破裂，可選用雙層玻璃或帶罩視鏡。不帶頸視鏡帶頸視鏡5.4容器的開孔補強（ContainerOpeningandReinforcement）壓力容器由于開孔，在孔邊附近的局部區(qū)域，應(yīng)力會達到很大的數(shù)值。這種局部的應(yīng)力增長現(xiàn)象，叫做“應(yīng)力集中”。由于應(yīng)力集中，殼體局部的強度受到削弱，因此在設(shè)計時必須考慮采取適當(dāng)?shù)难a強措施，即開孔補強。一、允許不另行補強的最大開孔直徑容器的開孔并不是都要補強。當(dāng)殼體開孔滿足下述全部要求時，可不另行補強：（1）設(shè)計壓力p≤2.5MPa；（2）兩相鄰開孔中心距（對曲面間距以弧長計算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；（3）接管外徑≤89mm；（4）接管最小厚度滿足下列要求。接管最小厚度（mm）二、開孔補強設(shè)計的原則與補強結(jié)構(gòu)1、補強設(shè)計原則（1）等面積補強法的設(shè)計原則在有效的補強范圍內(nèi)，補強金屬的截面積不小于開孔失去的有效金屬截面積，即用與開孔相等截面的外加金屬補償削弱的殼體強度。在中低壓容器的補強設(shè)計中，一般都采用等面積計算。（2）彈性失效補強原則2、補強結(jié)構(gòu)有局部補強和整體補強。局部補強結(jié)構(gòu)有補強圈補強、接管補強。（1）補強圈補強以補強圈作為補強金屬部分焊接在殼體與接管連接處。補強圈材料一般與器壁的材料相同，其厚度一般也與器壁厚度相同。其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用經(jīng)驗豐富。但補強面積分散，補強的效率不高，且補強板與殼體或接管金屬沒有形成一個整體，因而抗疲勞性能差，只適用于中低壓容器。補強圈補強（2）加強元件補強將接管或殼體開孔附近需要加強的部分做成加強元件，然后再與接管和殼體焊在一起。（3）整體補強結(jié)構(gòu)增加殼體的厚度，或用全焊透的結(jié)構(gòu)型式將厚壁接管或整體補強鍛件與殼體相焊。加強元件補強整體補強三、等面積補強的設(shè)計方法1、允許開孔的范圍對于在不同的部位、不同尺寸的容器上開孔，其大小位置等受到一定的限制：（1）當(dāng)圓筒的內(nèi)徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/2，且d≤520mm；當(dāng)圓筒的內(nèi)徑Di＞1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/3，且d≤1000mm。（2）凸形封頭或球殼開孔的最大直徑d≤Di/2。（3）錐形封頭開孔的最大直徑d≤Di/3