第十章_法兰连接

1、1 第十章第十章 法兰连接法兰连接第一节第一节 压力容器法兰连接压力容器法兰连接u压力容器的法兰连接压力容器的法兰连接 ；u管法兰连接。管法兰连接。2一、法兰连接的密封原理一、法兰连接的密封原理 3u 在垫圈单位面积上的最小压紧力称为垫圈的预紧密封比压。u 工作密封比压含义是：一个已经形成了密封条件的法兰连接（即垫圈已被压缩到预紧密封比压），在通入压力介质后，为不使介质泄漏，在密封面与垫圈之间所必须保留下来的最低比压。4二、法兰连接受力分析二、法兰连接受力分析 1、法兰所受外力52、法兰在外力偶矩作用下的变形和内力6u例如：分离松节油例如：分离松节油和和蒎烯的分离塔，真蒎烯的分离塔，真空操作，

2、空操作，700mmHg，平型压紧面，由于刚，平型压紧面，由于刚度不足使法兰翘曲造成密封失效。度不足使法兰翘曲造成密封失效。7 3 3、通过分析得出如下的几点结论：、通过分析得出如下的几点结论： （1 1）密封垫片是整个法兰连接（包括法兰、垫片、螺柱、螺母）的基）密封垫片是整个法兰连接（包括法兰、垫片、螺柱、螺母）的基础。垫片的材质、结构和尺寸是影响螺栓力和法兰力矩大小的主要因础。垫片的材质、结构和尺寸是影响螺栓力和法兰力矩大小的主要因素之一。素之一。（2 2）增加与法兰盘连接处器壁（或管壁）的壁厚，不但会减小法兰加）增加与法兰盘连接处器壁（或管壁）的壁厚，不但会减小法兰加给器壁的弯曲应力，而且

3、增厚的器壁会反过来增大法兰盘的刚度、减给器壁的弯曲应力，而且增厚的器壁会反过来增大法兰盘的刚度、减小法兰盘中的弯曲应力。小法兰盘中的弯曲应力。（3 3）对法兰强度起主要作用的三个应力都是弯曲应力，而弯曲应力的）对法兰强度起主要作用的三个应力都是弯曲应力，而弯曲应力的大小又与受弯构件的厚度平方成反比，所以决定法兰强度大小的关键大小又与受弯构件的厚度平方成反比，所以决定法兰强度大小的关键尺寸是法兰盘的厚度。对于带颈的法兰，增加颈的厚度对提高法兰强尺寸是法兰盘的厚度。对于带颈的法兰，增加颈的厚度对提高法兰强度会有比增加法兰盘厚度更好的效果。度会有比增加法兰盘厚度更好的效果。（4 4）在螺栓力一定的条

4、件下，法兰螺孔中心圆与密封垫片中径之间的）在螺栓力一定的条件下，法兰螺孔中心圆与密封垫片中径之间的距离越小，法兰所承受的外力偶矩越小。在确定螺栓直径与数目时，距离越小，法兰所承受的外力偶矩越小。在确定螺栓直径与数目时，应以螺孔中心圆直径尽可能小为原则。应以螺孔中心圆直径尽可能小为原则。8三、压力容器法兰标准三、压力容器法兰标准1、类型、类型u甲型平焊法兰甲型平焊法兰 9乙型平焊法兰乙型平焊法兰10长颈对焊法兰长颈对焊法兰1118 2、结构 法兰密封面形式（1 1）平面型密封面：）平面型密封面： （a a） （b b）；）；（2 2） 凹凸型密封面：凹凸型密封面： （c c）；）；（3 3）榫槽

5、型密封面：）榫槽型密封面： （d d）；）； 1219（一）平面型密封面（一）平面型密封面 压紧面是光滑的，（压紧面是光滑的，（b b）形式有三角形断面的沟槽。形式有三角形断面的沟槽。适用于公称压力适用于公称压力P2.5MpaP2.5Mpa，广泛应用于广泛应用于P0.6Mpa, P0.6Mpa, 压紧压紧面的宽度：压力容器法兰：面的宽度：压力容器法兰：202060mm60mm，管法兰：，管法兰：101020mm20mm。1320(二二)凹凸型密封面凹凸型密封面 在凹型面内放置垫在凹型面内放置垫片，其优点是便于对片，其优点是便于对中，能够防止软质垫中，能够防止软质垫片的挤出，而且比平片的挤出，而

6、且比平行面窄，容易压紧。行面窄，容易压紧。最大最大DN=3000mm, PN6.4 Mpa14（三）榫槽型密封面（三）榫槽型密封面 榫槽法兰由一个榫榫槽法兰由一个榫面和一个槽面组成，垫面和一个槽面组成，垫片放在槽内，由于压紧片放在槽内，由于压紧面积小，垫片又受到槽面积小，垫片又受到槽的阻挡，不会从周边挤的阻挡，不会从周边挤出，容易获得较好的密出，容易获得较好的密封效果。封效果。u主要用于：主要用于： 易燃，易易燃，易爆，有毒介质的场合，爆，有毒介质的场合，当当PN=20Mpa, 可用到可用到DN=800 mm15 法兰连接是工业生产中广泛使用的连接方法。法兰连接是工业生产中广泛使用的连接方法。

7、当前，国内外均已将法兰标准化。当前，国内外均已将法兰标准化。 我国实施的法兰标准：我国实施的法兰标准： JB47012000 甲型平焊法兰；甲型平焊法兰； JB47022000 乙型平焊法兰；乙型平焊法兰； JB47032000 长颈对焊法兰；长颈对焊法兰； JB/T8494 凹凸面对焊环板式松套钢制法兰；凹凸面对焊环板式松套钢制法兰； JB/T8594 翻边板式松套钢制法兰。翻边板式松套钢制法兰。法法 兰兰 标标 准准16u法兰标准中所含内容法兰标准中所含内容:技术条件）（垫片型式与材质）（法兰尺寸）（密封面型式）（结构类型）（公称压力）（公称直径）（ 7 6 5 4 3PN 2DN 1法法

8、 兰兰 标标 准准17公称直径公称直径DN1.1.管道法兰：其公称直径与相配的管子直径相一致。管子管道法兰：其公称直径与相配的管子直径相一致。管子的公称直径不是管子的内径或外径，是与管子内径相近的公称直径不是管子的内径或外径，是与管子内径相近的一个圆整数值。的一个圆整数值。 例如：例如：DN100DN100，具体尺寸为：，具体尺寸为：1081083.53.5，1081084 4，1081084.54.5，（摘：，（摘：GB8163GB81638787，热轧钢管），热轧钢管） DN100 DN100，(4 inch) 114(4 inch) 1144 4， （摘：（摘：GB3091GB30918

9、282，GB3092GB30928282，水、煤气输送钢管），水、煤气输送钢管）2.2.化工容器及设备法兰：其公称直径为设备内径化工容器及设备法兰：其公称直径为设备内径 DN 300 DN 3004000mm4000mm 小直径设备常用无缝钢管制造。小直径设备常用无缝钢管制造。 18 公称压力公称压力PN 法兰标准中所列的能够承受的公称压力法兰标准中所列的能够承受的公称压力PNPN，是以法兰材，是以法兰材质为质为16MnR16MnR时计算而得，操作温度为：时计算而得，操作温度为：200200。19第二节第二节 管法兰连接管法兰连接20一、管法兰一、管法兰1、管法兰类型与密封面型式、管法兰类型与

10、密封面型式212、管法兰的标记方法、管法兰的标记方法22233、垫片材料类型及选择、垫片材料类型及选择u 选用垫片的原则：选用垫片的原则：(1)耐腐蚀，不污染介质；（耐腐蚀，不污染介质；（2）具）具有良好的变形能力和回弹能力；（有良好的变形能力和回弹能力；（3）有一定的机械强度）有一定的机械强度和适当的柔软性；（和适当的柔软性；（4）在工作温度下不变形和软化。）在工作温度下不变形和软化。u 常用垫片的断面形状常用垫片的断面形状 常用垫片的断面形状 23第二节 检查孔 为了检查压力容器在使用过程中为了检查压力容器在使用过程中是否产生裂纹、变形、腐蚀，以是否产生裂纹、变形、腐蚀，以及安装拆卸设备的

11、内部装置，压及安装拆卸设备的内部装置，压力容器均应开检查孔。包括：人力容器均应开检查孔。包括：人孔、手孔和螺纹管塞孔。孔、手孔和螺纹管塞孔。24容器上开设人孔、手孔的规定： 25回转盖人孔从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖所处的位置，将人孔分从人孔盖的开启方式及开启后人孔盖所处的位置，将人孔分为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔。为回转盖人孔、垂直吊盖人孔和水平吊盖人孔。 26垂直吊盖人孔27水平吊盖人孔28第三节 容器支座设置容器支座的作用：设置容器支座的作用：支承容器的设备重量，支承容器的设备重量，固定设备于工艺设计位置，固定设备于工艺设计位置，支承操作引起的振动，支承操作引起的振动，承

12、受地震载荷和风载荷。承受地震载荷和风载荷。容器支座类型：容器支座类型：立式容器支座，立式容器支座，卧式容器支座，卧式容器支座，球形容器支座。球形容器支座。29（1）卧式容器支座卧式容器支座30一、卧式容器支座类型一、卧式容器支座类型 图 卧式容器支座卧式容器的支座卧式容器的支座有鞍座、圈座和有鞍座、圈座和支腿。小型的设支腿。小型的设备采用支腿，而备采用支腿，而因为自身的重量因为自身的重量可能造成严重挠可能造成严重挠曲的薄壁容器可曲的薄壁容器可采用圈座。采用圈座。31鞍座有焊制和弯制32鞍座有焊制和弯制33二、鞍座的放置位置支座位置的确定原则：当容器放置于鞍座上，鞍座支座位置的确定原则：当容器放

13、置于鞍座上，鞍座的约束反力将几种作用于容器的局部器壁上，引的约束反力将几种作用于容器的局部器壁上，引起复杂而且相当大的局部应力。起复杂而且相当大的局部应力。1 1、鞍座中心线至圆筒体端部的距离、鞍座中心线至圆筒体端部的距离A A小小0.2L0.2L。 其中，其中，L L为圆筒体长度为圆筒体长度( (两封头切线间距离两封头切线间距离) )， A A为鞍座中心线至圆筒体端部的距离。为鞍座中心线至圆筒体端部的距离。2 2、当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强、当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强 刚性的作用。因此，在满足刚性的作用。因此，在满足A0.2LA0.2L时，尽量使时，尽量使 A

14、0.5Ri(RiA0.5Ri(Ri为筒体内半径为筒体内半径) )。34三、鞍座的选择搭配三、鞍座的选择搭配 卧式容器由于温度卧式容器由于温度和载荷变化等原因使容和载荷变化等原因使容器产生了轴向移动，如器产生了轴向移动，如果支座都是固定式的，果支座都是固定式的，由于自由伸缩受阻使容由于自由伸缩受阻使容器器壁中可能引起过大器器壁中可能引起过大的附加应力，所以双鞍的附加应力，所以双鞍座式中的一个鞍座为固座式中的一个鞍座为固定支座，另一个为活动定支座，另一个为活动支座。支座。图3-15 滚动支座35四、筒体的应力计算与校核四、筒体的应力计算与校核 对于卧式容器除了考虑由操作压力引起的薄膜对于卧式容器除

15、了考虑由操作压力引起的薄膜 应力外，还要考虑容器质量导致筒体横截面上应力外，还要考虑容器质量导致筒体横截面上 的纵向弯矩和剪力。跨中截面和支座截面是容的纵向弯矩和剪力。跨中截面和支座截面是容 器可能发生失效的危险截面。为此必须进行强器可能发生失效的危险截面。为此必须进行强 度或稳定性校核。度或稳定性校核。36五、鞍座的包角选择五、鞍座的包角选择 增大鞍座的包角可以使筒体中的应力降低，增大鞍座的包角可以使筒体中的应力降低，但使鞍座变得笨重，过分的减小但使鞍座变得笨重，过分的减小包角，使容器容易从鞍座上倾包角，使容器容易从鞍座上倾倒，所以一般倒，所以一般=120150度。度。鞍座宽度鞍座宽度b的大

16、小，一边决定于的大小，一边决定于设备给与支座的载荷大小，另设备给与支座的载荷大小，另一边要考虑支座处筒体内周向一边要考虑支座处筒体内周向应力不超过允许值。应力不超过允许值。NoImageNoImage37NoImage38立式设备支座（1）悬挂式支座）悬挂式支座 主要有底板、筋板和垫板组成，广泛主要有底板、筋板和垫板组成，广泛应用于反应釜和立式换热器上，优点是简单、轻便，但应用于反应釜和立式换热器上，优点是简单、轻便，但易产生较大的局部应力，如图示易产生较大的局部应力，如图示 。悬挂式支座标准分为。悬挂式支座标准分为A型和型和B型两个类型。型两个类型。图图 悬挂式支座悬挂式支座394041（2）支承式支座）支承式支座 用钢板焊制的支承式支脚和支座，或者是钢管做成用钢板焊制的支承式支脚和支座，或者是钢管做成如图示。如图示。图图4-3-14 支承式支脚支承式支脚 图图4-3-15