化工機械基礎第十五章

1、第十五章 壓力容器通用零部件,15.1 概述,容器的零部件(例如封頭、法蘭、支座、人孔、手孔等)標準化、系列化。 許多化工設備(例如貯槽、換熱器、搪玻璃與陶瓷反應器)也有了相應的標準。 目的：掌握這些標準零部件的選用和理解相應 的標準。,15.2 公稱直徑和公稱壓力,公稱直徑DN：為了設計、制造、使用的方便，制定系列標準時規(guī)定了若干尺寸系列，這些規(guī)定的標準尺寸系列即為公稱直徑，以DN表示，單位mm。（管子：DN10、15、20、25、32、40等等；壓力容器：DN300、350、400、450、500等等） 公稱壓力PN：為了設計、制造、使用的方便，制定系列標準時規(guī)定了若干壓力等級，這些規(guī)定的

2、標準壓力等級即為公稱壓力，以PN表示，單位MPa。（PN0.25、0.6、1.0、1.6、2.5等等）,公稱直徑,1. 壓力容器的公稱直徑 鋼板卷焊:公稱直徑是內徑。,容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作。公稱直徑指鋼管外徑。,無縫鋼管制作筒體時 容器的公稱直徑（mm）,1. 壓力容器的公稱直徑（續(xù)）,設計時，應將工藝計算初步確定的設備內徑，調整為符合表15-1所規(guī)定的公稱直徑。 封頭的公稱直徑與筒體一致。,1. 壓力容器的公稱直徑（續(xù)）,2.管子的公稱直徑,也稱公稱口徑、公稱通徑。 管子的“公稱直徑”既不是管子的內徑，也不是管子的外徑，而是一個與內徑接近的整齊的數。 管子的公稱直徑確定時，其外

3、徑也就確定了。,無縫鋼管的公稱尺寸：,分熱軋管和冷拔管。 無縫鋼管通常不用公稱直徑表示，而是以外徑乘厚度表示。 在管道工程中，管徑超過57mm時，常采用熱軋管。管徑在57mm以內常選用冷拔管。 冷拔管的最大外徑為200mm； 熱軋管的最大外徑為630mm。,3. 容器零部件的公稱直徑,法蘭、支座等公稱直徑是相配的筒體、封頭的公稱直徑。DN2000法蘭，DN2000鞍座 還有一些零部件的公稱直徑是與它相配的管子公稱直徑DN200管法蘭 另有一些容器零部件公稱直徑是指結構中某一重要尺寸，DN80視鏡是指窺視孔的直徑為80mm。, 公稱壓力,為了設計、制造、使用的方便，制定系列標準時規(guī)定了若干壓力等

4、級，這些規(guī)定的標準壓力等級即為公稱壓力，以PN表示，單位MPa。,國際上通用的壓力等級有兩大體系： 歐洲體系和美洲體系,歐洲體系和美洲體系：2.0、5.0、11.0、15.0、26.0、42.0等等。,歐洲體系和美洲體系：0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0等等。,設計時如果選用標準零部件，必須將操作溫度下的最高操作壓力(或設計壓力)調整為所規(guī)定的某一公稱壓力等級，然后根據DN與PN選定該零部件的尺寸。 如果零件不選用標準零部件，而是自行設計，設計壓力就不必符合規(guī)定的公稱壓力。,注意：,15.3 法蘭連接,一、法蘭連接結構,法蘭分類方法較多,按

5、法蘭接觸面寬窄,窄面法蘭：法蘭的接觸面處在螺栓孔 圓周以內,寬面法蘭：法蘭的接觸面擴展到螺栓孔 圓周外側,按法蘭應用場合,容器法蘭,管法蘭,與此對應，法蘭標準也有 容器法蘭和管法蘭標準,1、法蘭的分類,（活套法蘭、螺紋法蘭、搭接法蘭）,（帶頸法蘭、全焊透平焊法蘭）,（焊接法蘭）,法蘭結構類型（松式法蘭）,松式法蘭,活套法蘭,螺紋法蘭,搭接法蘭,指法蘭不直接固定在殼體上或者雖固定而不能保證與 殼體作為一個整體承受螺栓載荷的結構。 如：活套法蘭、螺紋法蘭、搭接法蘭等。,活套法蘭,螺紋法蘭,搭接法蘭,整體法蘭,法蘭結構類型（整體法蘭）,將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或經全焊透的平焊法蘭,整體法蘭,整體法蘭

6、,任意式法蘭,法蘭結構類型（任意式法蘭）,從結構來看，這種法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體法蘭和松式法蘭之間。,任意式法蘭,任意式法蘭,任意式法蘭,2、密封面形式,凹凸面法蘭連接,榫槽面法蘭連接,更具壓力容器法蘭的標準，法蘭可以分為： （1）甲型平焊法蘭 （2）乙型平焊法蘭 （3）長頸對焊法蘭,壓力容器法蘭的標準：JB/T4700 JB/T4707,容器法蘭標準,壓力容器法蘭的使用范圍及所用材料，見表15-4所示。,甲型平焊法蘭,乙型平焊法蘭,長頸對焊法蘭,例： PN2.5長頸對焊法蘭（JB4703），在-20200時的允許工作壓力為2.5MPa，但若將它用于400，它的最高允許工作壓力為1

7、.93MPa；若改用20號鋼制造，則-20200的允許工作壓力為1.81MPa，而溫度升高到400時，允許工作壓力降低為1.26MPa。,公稱壓力是以16Mn、 16MnR在200時的最高工作壓力為依據制定的，因此當法蘭材料和工作溫度不同時，最大工作壓力將降低或升高。（表15-5）,容器法蘭標準（續(xù)）,因此，選用的法蘭壓力等級應不低于法蘭材料在工作溫度下的允許工作壓力。,法蘭的名稱及代號：表15-6 法蘭密封面形式代號：表15-7,壓力容器法蘭的標記：法蘭名稱及代號+密封面形式+公稱直徑+公稱壓力+所用標準號。,容器法蘭標準（續(xù)）,例：公稱壓力為1.6MPa、公稱直徑為1000mm的襯環(huán)榫密封

8、面、乙型平焊法蘭的標記為： 法蘭 C-T1000-1.6 JB/T 4702-2000,考慮到HG2059220635管法蘭標準系列的適用范圍廣、材料品種齊全，在選用管法蘭時建議優(yōu)先采用該標準。,根據容器或管道的公稱直徑、公稱壓力、工作溫度、工作介質特性以及法蘭材料進行選用。,依據：,標準法蘭的選用,管法蘭標準,（1）管法蘭的類型：圖15-7，表15-8。 （2）管法蘭的密封面形式：圖15-8，表15-9、15-10。 （3）管法蘭的標記：標準號、法蘭的類型代號、公稱直徑、公稱壓力、密封面形式代號、鋼管壁厚、材料牌號、其他。,例：公稱通徑DN=100mm、公稱壓力為10.0MPa、配用公制管的

9、凹面帶頸對焊鋼制管法蘭，材料為16Mn。鋼管壁厚為8mm。 標記：HG20592 法蘭 WN100-10.0FM =8mm 16Mn,管法蘭標準(續(xù)),第四節(jié) 容器支座,一、臥式容器支座,形式：鞍座、圈座及支腿三種,其它： 圈座：用于大直徑薄壁容器和 真空容器，增加局部剛 度。 支腿：重量較輕的小型容器。,應用： 常見的大型臥式儲罐、 換熱器等多采用鞍座。 是應用最為廣泛的 一種臥式容器支座。,封頭,筒體,支座 （鞍座）,鞍式支座,A0.5Rm（Rm為圓筒平均半徑）或A0.2L,鞍式支座,墊板,腹板,底板,肋板（筋板）,4.3.6 支座和檢查孔,過程設備設計,鞍式支座,圈座,支腿,鞍式支座,標

10、準： JB/T4712.1-2007鞍式支座 標準鞍座的包角為120和150兩種。 鞍座的公稱直徑為筒體的公稱直徑，每一公稱直徑有輕型（A）和重型（B）。 每一形式的鞍座又有固定式（F）和滑動式（S）兩種安裝形式。,鞍式支座的選用，其步驟如下：,1、已知容器的重量，算出作用在每個鞍座上的實際負荷Q； 2、根據容器的公稱直徑和支座的高度，從JB/T4712.1中查出輕型（A）和重型（B）兩個允許負荷值Q； 3、按Q Q（略大），選取相應的鞍座。,鞍式支座的標記：,1-墊板； 2-筋板； 3-支腳板,耳式支座,（1）耳式支座 （懸掛式支座）,帶墊板的耳式支座,（1）耳式支座 （懸掛式支座）,結構：

11、由筋板和支腳板組成，廣泛用于反應釜及立式換熱器等直立設備上。,特點：簡單、輕便，但對器壁會產生較大的局部應力。因此，當容器較大或器壁較薄時，應在支座與器壁間加一墊板，墊板的材料最好與筒體材料相同。 例如：不銹鋼容器用碳素鋼作支座時，為防止器壁與支座在焊接過程中合金元素的流失，應在支座與器壁間加一不銹鋼墊板。,標準： JB/T4712.3-2007耳式支座， 它將耳式支座分為A型（短臂）和B型（長臂）兩類，每類又有帶墊板和不帶墊板兩種，不帶墊板的分別以AN和BN表示。B型耳式支座有較大的安裝尺寸，當容器外面包有保溫層，或者將容器直接放置在樓板上時，宜選用B型。,耳式支座的選用，其步驟如下：,1、

12、已知容器的重量，算出作用在每個鞍座上的實際負荷Q； 2、根據容器的公稱直徑，從JB/T4712.3中查出相應公稱直徑的允許負荷值Q； 3、按Q Q（略大），選取相應的耳座。,耳式支座的標記：,（2）支承式支座,帶墊板的支承式支座,支承式支座的選用，其步驟如下：,1、已知容器的重量，算出作用在每個鞍座上的實際負荷Q； 2、根據容器的公稱直徑，從JB/T4712.4中查出A型或B型支座的允許負荷值Q ； 3、按Q Q（略大），選取相應的支承式座。,支承式支座的標記：,（3）腿式支座（支腿）,特點：結構簡單、輕巧、安裝方便，在容器下面有較大的操作維修空間。但當容器上的管線直接與產生脈動載荷的機器設備

13、剛性連接時，不宜選用腿式支座。,腿式支座,與支承式支座的區(qū)別：腿式支座是支承在容器的圓柱體部分，而支承式支座是支承在容器的底封頭上。,標準： JB/T4712.2腿式支座。 A型：角鋼支柱，易與容器圓筒相吻合、焊接安裝較為容易，又有帶墊板與不帶墊板 ； B型：鋼管支柱，所有方向上具有相同截面系數、較高抗受壓失穩(wěn)能力，又有帶墊板與不帶墊板。 C型：H型鋼支柱，又有帶墊板與不帶墊板。,應用：多用于高度較小的中小型立式容器中。,選用：1）根據容器公稱直徑DN和總質量選取相應的支座號和支座數量，2）計算支座承受的實際載荷，使其不大于支座允許載荷。 除容器總質量外，實際載荷還應綜合考慮風載荷、地震載荷和

14、偏心載荷。,腿式支座的選用，其步驟如下：,1、已知容器的重量，算出作用在每個鞍座上的實際負荷Q； 2、根據容器的公稱直徑，從JB/T4712. 2中查出A型、B型和C型支座的允許負荷值Q ； 3、按Q Q（略大），選取相應的腿式座。,腿式支座的標記：,裙座結構,（4）裙式支座,裙座結構,裙座的結構,1塔體; 2保溫支承圈; 3無保溫時排氣孔; 4裙座筒體; 5人孔 ; 6螺栓座; 7基礎環(huán); 8有保溫時排氣孔; 9引出管通道; 10排液孔,（4）裙式支座,應用：高大的立式容器， 特別是塔器。,形式：圓筒形裙座和圓錐 形裙座。,標準：JB/T4710-2005鋼制塔式容器。,一、容器主要的開孔裝

15、置,1、管口,物料的進出口，安裝測量、控制儀表等。,2、人孔和手孔,人孔、手孔等，其位置應便于觀察或清理容器內部。,規(guī)定,固定式壓力容器安全技術檢查規(guī)程規(guī)定，檢查孔的開設位置、數量和尺寸等應當滿足進行內部檢測的需要。 （1）Di1000，應至少開設一個人孔； （2）500Di1000，開設一個人孔或兩個手孔； （3） 300Di500，至少開設兩個手孔。,第五節(jié)、容器開孔補強,一、容器主要的開孔裝置,規(guī)定,不必開設檢查孔：（符合下列條件之一）,筒體內徑小于等于300mm的壓力容器； 容器上設有可拆卸的封頭、蓋板或其它能夠開關的 蓋子，其封頭、蓋板或蓋子的尺寸不小于所規(guī)定檢 查孔的尺寸； 無腐蝕

16、或輕微腐蝕，無需做內部檢查和清理的壓力容器； 制冷裝置用壓力容器； 換熱器。,第五節(jié)、容器開孔補強,應在設計時采取相關措施，如對所有對接焊縫進行100%的射線或超聲檢測；在設計圖樣上注明計算厚度，且在壓力容器在用期間或檢驗時重點進行測厚檢查；相應縮短檢驗周期。,不能開設檢查孔時：,二、開孔補強的設計與結構,a.圓筒上開孔的限制 內徑Di1500mm時，開孔最大直徑dDi/2且d500mm. 內徑Di1500mm時，開孔最大直徑d Di/3且d1000mm. b. 凸形封頭或球殼上開孔最大直徑d Di/2. c. 錐殼（或錐形封頭）上開孔最大直徑d Di/3 ，Di為開 孔中心處的錐殼內直徑。

17、d. 在橢圓形或碟形封頭過渡部分開孔時，其孔的中心線宜垂 直于封頭表面。,1、容器上的允許開孔范圍（GB150對開孔最大直徑的限制）,2、允許不另行補強的最大開孔直徑,上述因素相當于對殼體進行了局部加強，降低了薄膜應力從而也降低了開孔處的最大應力。因此，對于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補強。,GB150規(guī)定殼體開孔滿足下述全部條件，可不另行不強：,1、設計壓力2.5MPa； 2、兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的2倍； 3、接管公稱外徑89mm 4、接管最小厚度滿足表15-11的要求。,表15-11 不另行補強的接管最小厚度 mm,接管公稱外徑,最小厚度,3、補

18、強連接形式,補強結構,局部補強,整體補強,補強圈補強,厚壁接管補強,（整鍛件補強）,（1）補強圈補強,結構,補強圈貼焊在殼體與接管連接處，見（a）圖,優(yōu)點,結構簡單，制造方便，使用經驗豐富,圖4-37 （a）補強圈補強,缺點,1）與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時，存在較大熱膨脹差，在補強局部區(qū)域產生較大的熱應力； 2）與殼體采用搭接焊接，容易形成裂紋，抗疲勞性能差。,補強圈補強,補強圈補強,補強圈補強,補強圈,1、中低壓容器應用最多的補強結構，一般使用在 靜載、常溫、中低壓； 2、材料的標準抗拉強度低于540MPa； 3、補強圈厚度小于或等于1.5n； 4、殼體名義厚度n38mm的場合。,應用,JB/T4736-2002補強圈,標準,（2）厚壁接管補強,結構,在開孔處焊上一段厚壁接管，見（b）圖。,特點,補強處于最大應力區(qū)域，能更有效地降低應力集中 系數。接管補強結構簡單，焊縫少，焊接質量容易