容器零部件设计PPT课件

1、第十一章 容器零部件设计,主要内容,法兰联接结构与密封原理；法兰标准及选用。 容器支座的类型和其它附件的结构与应用。 开孔补强的原理与方法,第一节 法兰联接,生产工艺要求，或为制造、运输、安装、检修方便，常采用可拆卸的联接结构。 常见的可拆卸结构有： 法兰联接 螺纹联接 承插式联接。 可拆卸联接应确保接口密封的可靠性。 法兰联接强度较好和紧密性，适用尺寸范围宽，设备和管道应用最普遍。 法兰联接不能很快装配与拆卸，制造成本较高。 设备法兰与管法兰均已制定出标准。根据公称直径和公称压力，可以从标准中查到，少量超出标准规定范围法兰，才需进行设计,一、法兰联接结构与密封原理,组合件,联接件强度破坏很少

2、见，多是密封不好而泄漏。设计中要防止介质泄漏,法兰密封的原理,预紧力压紧垫片。 压紧应力（垫片密封比压力）到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始密封条件。 密封比压力主要决定于垫片材质。 垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫片不应过宽，更不应该把整个法兰面都铺满垫片,工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧应力。垫片有足够回弹，补偿变形，预紧密封比压值不小于某一值(工作密封比压)，保持良好密封。反之，回弹不足，则此密封失效。 密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。螺栓和法兰须有足够大的强度和刚度，不发生过大的变形,二、法兰的分类,

3、一）整体法兰,平焊法兰，制造容易，应用广泛，但刚性较差,法兰附近筒壁的截面上，将产生附加的弯曲应力。所以平焊法兰适用的压力范围较低（PN4.0MPa,平焊法兰的适用范围,对焊法兰,又称高颈法兰或长颈法兰,颈提高刚性，厚度比筒体厚，降低根部弯曲应力。 对接焊缝，比平焊法兰的角焊缝强度好，对焊法兰适用于压力、温度较高或设备直径较大的场合,二）松式法兰,法兰与容器或管道不连接，比整体式连接强度差,法兰盘可用不同材料，用于铜制、铝制、陶瓷、石墨及其非金属材料的设备或管道上。 受力后无附加弯曲应力，只适用于压力较低场合,三）任意式法兰,整体性介于整体法兰和松式法兰之间，包括未焊透的焊接法兰,圆形法兰最常

4、见，方形法兰利于管子排列紧凑，椭圆形法兰常用于阀门和小直径的高压管子上,三、影响法兰密封的因素,影响法兰密封的因素主要有： 螺栓预紧力； 密封面型式； 垫片性能； 法兰刚度； 操作条件,螺栓预紧力,螺栓预紧力是影响密封一个重要因素。 预紧力使垫片压紧并实现初始密封。 预紧力过大则垫片被压坏或挤出。 预紧力通过法兰密封面传递给垫片，良好的密封，必须使预紧力均匀地作用于垫片。 当需要预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径对密封有利,1、突面（RF） 光滑平面，可车制密纹水线。结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。 接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧,密封面,法兰联接密封性能与密封面

5、型式有关，密封面型式选择，主要考虑压力、温度、介质。 压力容器和管道中常用的法兰密封面型式和特点,2、凹凸面（MFM,凸面和凹面相配合，凹面上放置垫片，防止垫片被挤出，适用于压力较高,3、榫槽面(TG,槽中垫片不被挤动。 螺栓力较小。获得良好的密封效果。 结构较复杂，更换垫片较困难。 榫面容易损坏。 适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。 压力不大时，即使直径较大，也能很好密封,4、全平面（FF）与环连接面（RJ,全平面密封适合于压力较小的场合（PN1.6MPa）； 环连接面主要用在带颈对焊法兰与整体法兰上，适用压力范围为（6.3MPaPN25.0MPa,5、其他类型密封面,高压容器和高压管道用

6、 球面（透镜）和椭圆或八角形截面金属垫片,垫片性能,垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。 最常用垫片分为： 非金属、金属、非金属与金属混合制的垫片,非金属垫片,橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。 柔软 耐温度和压力性能较金属垫片差。 只适用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密封,金属与非金属混合制垫片,金属包垫片及缠绕垫片等。 金属包垫片用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni9等）将非金属包起来； 金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢带)与石棉带一起绕制而成。不带定位圈和带定位圈,金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属垫片有较好的性能，适应的温度与压力范围较高一些,金属垫片,材料一般并不要求强度高，

7、而是要求软韧。 常用是软铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金(含Ni67，Cu30，Cr45)钢等。 主要用于中、高温和中、高压法兰联接密封,垫片材料的选择,根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。 查表10-15,压力容器法兰标准,四、法兰标准及选用,石油、化工上用的法兰标准有两类， 一类是压力容器法兰标准 一类是管法兰标准,1平焊法兰,2对焊法兰,长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚性大。 更高压力范围(PN 0.6MPa6.4MPa)和直径范围(DN300mm2000mm)，适用温度范围为-20450,乙型平焊法兰中DN 2000mm以下规格包括在长颈对焊法

8、兰的规定范围之内。两者联接尺寸和法兰厚度一样。DN2000mm以下的乙型平焊法兰可用轧制长颈对焊法兰代替，以降低成本,平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。 当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢,3、公称直径与公称压力,根据公称直径与公称压力由法兰标准确定法兰尺寸 压力容器法兰公称直径同压力容器 例如DN 1000mm的压力容器，应当配用DN 1000mm的压力容器法兰,法兰公称压力,与最大操作压力、操作温度以及材料有关。 定义：以16MnR在200时的机械性能为基准确定法兰尺寸，在200时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。 公称压力PN

9、O.6MPa法兰，用16MnR制造的，在200时，最大允许操作压力0.6MPa。 高于200的最大操作压力将低于它的公称压力0.6MPa。 低于200仍按200确定其最高工作压力,材料改为Q235-A，机械性能比16MnR差，公称压力PN0.6MPa的法兰，200操作，最大允许操作压力也低于公称压力。 材料由16MnR改为15MnVR，机械性能优于16MnR，公称压力PN0.6MPa的法兰，在200操作时，最大允许操作压力将高于它的公称压力。 只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法兰的尺寸也就确定了,最大允许工作压力的确定,为操作温度300，设计压力0.6MPa的容器选配法兰。 材料15MnV

10、R按公称压力0.6MPa查取。 材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸,课堂作业,管法兰标准,同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，不能互相代用。 管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。 管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同,GB9119.7-88外，常用标准还有：化工部标准HG20592HG20602-97；中石化标准SH3406-96等。其中化工部标准中分为欧洲体系、美洲体系等，我国常用的为欧洲体系,例11-1：塔身与封头的法兰。塔内径1000mm，操作温度280，设计压力0.2MPa。Q235-A,根据操作温度、设计压力和所用材料，应按

11、公称压力为0.6MPa查选尺寸。 压力不高，直径不大，表11-2用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板。 法兰的各部尺寸从附录表9中查， 联接螺栓材料Q235-A，M20共36个,思考题,1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因素有哪些？ 2.法兰的型式有哪些？各有什么特点？ 3.法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？ 4.常用的垫片材料有哪些？ 作业 ：P224 1、2、3,概述,容器支座：支承容器重量、固定容器位置并使容器在操作中保持稳定。 结构型式由容器自身的型式决定，分： 卧式容器支座 立式容器支座 球形容器支座,第二节 容器支座,鞍式支座,应用最广泛的卧式容器支座。 已有标准

12、JB/T4712-92 鞍式支座，根据容器公称直径和重量选用。 由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。在与设备连接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构,一、卧式容器的支座,卧式容器的支座有三种：鞍座、圈座、支腿,鞍座包角120或150，安放稳定。 高度200、300、400和500mm。 宽度b根据容器公称直径查出,每种型式鞍座又分为固定式支座（代号F)：底板上开圆形螺栓孔和滑动式支座（S) ：底座开长圆形螺栓孔（安装,鞍座的种类与安装,鞍座分为A型（轻型）和B型（重型），重型又分为BB五种型号。A型和B型的筋板和底板、垫板等尺寸不同或数量不同,鞍座与筒体端部距离A确定： 当L/D较大，且

13、无加强圈，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取A0.25D； 当筒体的L/D较小，d/D较大，或有加强圈时，取A0.2L,圈座,采用圈座的情况： 对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成严重挠曲； 多于两个支承的长容器。 除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈座是滑动支承的,腿式支座,简称支腿 连接处造成严重的局部应力，只适用于小型设备（DN1600、L5m）。 腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准JB/T 4714-92 腿式支座,二、立式容器的支座,立式容器的支座主要有： 耳式支座 支承式支座 裙式支座 中、小型直立容器常采用前二种， 高大的塔设备则广泛采用裙式支座,耳式

14、支座,简称耳座：垫板、筋板和支脚板。 广泛用在反应釜及立式换热器等直立设备上。 简单、轻便，但局部应力较大。 当设备较大或器壁较薄应加垫板。 不锈钢制设备，用碳钢作支座，防止合金元素流失，也需加一个不锈钢垫板,已标准化JB/T 4725-92 耳式支座。 该标准分A型（短臂）和B型（长臂）（有保温层或直接放在楼板上） 每类又分带垫板与不带垫板两种结构,耳式支座选用的方法,1）估算设备总重，算每个支座（按2个计算）的负荷Q值； （2）确定支座型式，从表11-5或表11-6按允许负荷Q允大于实际负荷Q，选支座。 小型设备耳式支座，可支承在管子或型钢制的立柱上。 大型设备的支座往往搁在钢梁或混凝土制

15、的基础上,支承式支座,用钢管、角钢、槽钢制作，或用数块钢板焊成， 型式、结构、尺寸及材料JB/T 4724-92 支承式支座,适用范围和结构,支承式支座分A型和B型,支承式支座的选用,选用见标准规定，尺寸按表10-8查。 简单轻便 局部应力较大，当壳体刚度较小、壳体和支座材料差异或温度差异较大时，或壳体需焊后热处理，应设置加强板。 加强板的材料应和壳体材料相同或相似,裙式支座,塔设备最常用裙式支座。 目前还没有标准。 各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定,思考题,1、卧式容器和立式容器的支座有哪几种？ 2、双鞍座卧式容器支座位置按哪些原则确定,一、容器的开孔与补强,容器为什么要开孔？ 工艺、安

16、装、检修的要求。 开孔后，为什么要补强？ 削弱器壁的强度，出现不连续，形成高应力集中区,第三节 容器的开孔与附件,峰值应力通常较高，达到甚至超过材料屈服极限。 局部应力较大，加之材质和制造缺陷等, 为降低峰值应力，需要对结构开孔部位进行补强，以保证容器安全运行,开孔的形状,应力集中和开孔形状有关，圆孔的应力集中程度最低,开孔补强的设计与补强结构,在开孔附近区域增加补强金属，提高器壁强度，满足强度设计要求。 容器开孔补强的形式分为整体补强和补强圈补强,1整体补强,增加整个壳体的厚度，或用全焊透将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊，降低开孔附近的应力。 应力集中的局部性，除非制造或结构需要，一般不把

17、整个容器壁加厚,2补强圈补强,开孔周围贴焊一圈钢板，即补强圈。 补强圈与器壁搭接，材料相同，补强圈尺寸参照标准确定，或等面积补强。 为方便焊接，外面单面补强。 检验紧密性，M10螺孔通入压缩空气,补强圈搭焊结构的使用范围,GB150用补强圈结构补强时，规定： 钢材的标准抗拉强度下限值sb540MPa； 补强圈厚度小于或等于1.5dn； 壳体名义厚度dn38mm,允许开孔的范围,筒体及封头开孔最大直径不允许超过： （1） 圆筒Di1500mm，开孔最大直径d1/2Di，且d520mm；圆筒Di1500mm时，开孔最大直径d1/3Di，且d1000mm； （2） 凸形封头或球壳的开孔最大直径d1/

18、2Di。 （3） 锥壳开孔最大直径d1/3Di，Di为开孔中心处的锥壳内直径,不需补强的最大开孔直径,计算壁厚考虑了焊缝系数，钢板规格，壳体壁厚超过实际强度，最大应力值降低，相当于容器已被整体加强。 且容器开孔总有接管相连，其接管多于实际需要的壁厚也起补强作用。 容器材料有一定塑性储备，允许承受不是十分过大的局部应力，所以当孔径不超过一定数值时，可不进行补强,壳体开孔满足全部条件，可不另行补强,1) 设计压力小于或等于2.5MPa； (2) 两相邻开孔中心的间距(对曲面间距以弧长计算)应不小于两孔直径之和的两倍； (3) 壳体名义壁厚大于12mm，接管公称外径小于或等于80mm；壳体名义壁厚小于或等于12mm ，接管公称外径小于或等于50mm (4) 接管最小壁厚满足表11-9的要求,二、容器的接口管与凸缘,用于装置测量、控制仪表，或连接其他设备和介质的输送管道,接口管,焊接设备的接口管长度,铸造设备接管可与筒体一并铸出。 螺纹管主要用来接温度计、压力表或液面计等，阴螺纹或阳螺纹,凸缘,接管长度必须很短时可用凸缘代替(又叫突出接口,凸缘本身有加强作用，不需另外补强。 当螺柱折断在螺栓孔中，取出较困难。 凸缘与管道法兰配用，联接尺寸应根据所选用的管法兰来确定,三、手孔与人孔,检查设备内部空间以及安装和拆卸内部构件。 手孔直径