第14章 压力容器零部件

1、容器的基本构件是筒体和封头，除此之外，还有容器的基本构件是筒体和封头，除此之外，还有法兰、法兰、支座、接管和人孔（手孔）支座、接管和人孔（手孔）等零部件。等零部件。 14 1 法法 兰兰由于生产工艺要求，以及为了制造、运输、安装和检修由于生产工艺要求，以及为了制造、运输、安装和检修方便，在筒体与筒体、筒体与封头、管道与管道、管道方便，在筒体与筒体、筒体与封头、管道与管道、管道与阀门之间，与阀门之间，常用可拆卸的法兰连接形式。常用可拆卸的法兰连接形式。尽管可拆卸结构有尽管可拆卸结构有法兰联接、螺纹联接和承插式联接法兰联接、螺纹联接和承插式联接等。等。但法兰连接以其特有的密封可靠、强度高、适应范围

2、广但法兰连接以其特有的密封可靠、强度高、适应范围广等优点在化工、制药设备和管道上应用最广。等优点在化工、制药设备和管道上应用最广。第第14章章 压力容器零部件压力容器零部件容器零部件间的连接有容器零部件间的连接有不可拆（焊接）、可拆两种。不可拆（焊接）、可拆两种。(flange) 14.1.1 法兰连接的结构及密封机理法兰连接的结构及密封机理封头封头筒体筒体垫片垫片螺栓组件螺栓组件主要由一对法兰、垫片和螺栓组成。主要由一对法兰、垫片和螺栓组成。法兰法兰工作机理工作机理： 通过螺栓通过螺栓预紧预紧，使法兰密封面，使法兰密封面间的垫片被压紧变实，并填满法兰密封面间的垫片被压紧变实，并填满法兰密封面

3、上凹凸不平的间隙，阻止了介质通过上凹凸不平的间隙，阻止了介质通过垫片垫片内部毛细孔的渗透性泄漏内部毛细孔的渗透性泄漏和和垫片与密封面垫片与密封面间的界面泄漏间的界面泄漏。从而实现预密封。从而实现预密封。操作时操作时，内压升起后使法兰密封面趋于分离，内压升起后使法兰密封面趋于分离，作用在垫片上的压紧力下降，此时，压紧面上作用在垫片上的压紧力下降，此时，压紧面上仍需留有足够的压紧力，才能封住介质。这里，仍需留有足够的压紧力，才能封住介质。这里，出现了两种压紧力出现了两种压紧力：预紧时预紧时形成初始密封条件时对应作用于形成初始密封条件时对应作用于垫片上的最小比压称为垫片上的最小比压称为预紧密封比压预

4、紧密封比压y，MPa；工作时工作时为维持不漏而必需保持的最低为维持不漏而必需保持的最低比压称为比压称为工作密封比压工作密封比压g，MPa 。综上所述，保证法兰连接密封不漏的条件是：综上所述，保证法兰连接密封不漏的条件是：预紧时，预紧力作用在垫片上的预紧比压不低预紧时，预紧力作用在垫片上的预紧比压不低于预紧密封比压；工作时，作用在垫片上的剩于预紧密封比压；工作时，作用在垫片上的剩余比压不低于工作密封比压。余比压不低于工作密封比压。14.1.2 法兰类型法兰类型对焊法兰：适用于压力、温度较高对焊法兰：适用于压力、温度较高及有毒、易燃、易爆的重要场合。及有毒、易燃、易爆的重要场合。造价高。造价高。平

5、焊法兰：用于温度、压力不太高平焊法兰：用于温度、压力不太高的场合。的场合。(标准中有具体的温度、压标准中有具体的温度、压力值）力值）1. 整体法兰整体法兰根据法兰与设备或管道连接的整体性程度根据法兰与设备或管道连接的整体性程度来分类：来分类：带颈对焊法兰带颈对焊法兰平焊管法兰平焊管法兰平焊设备法兰平焊设备法兰连连接接刚刚性性好好全焊透时连全焊透时连接刚性好接刚性好 平焊（任意式）平焊（任意式）法兰法兰对焊（高颈、长颈）对焊（高颈、长颈） 法兰法兰2. 松式法兰松式法兰套在翻边上套在翻边上套在焊环上套在焊环上套在带环上套在带环上特点：法兰未能与管道或容器特点：法兰未能与管道或容器连接在一起，适用

6、于压力较低连接在一起，适用于压力较低的场合。的场合。如有色金属和不锈钢如有色金属和不锈钢设备或管道上，它对设备和管设备或管道上，它对设备和管道壳体不产生附加弯曲应力。道壳体不产生附加弯曲应力。用碳钢制造时，用碳钢制造时，可节省贵重可节省贵重金属消耗。金属消耗。缺点：刚性差。缺点：刚性差。 螺纹法兰螺纹法兰广泛用于小直径高压管道上，法兰对广泛用于小直径高压管道上，法兰对管壁产生的附加应力较小。管壁产生的附加应力较小。补充：补充： 法兰的形状法兰的形状有有圆盘形圆盘形或或带颈圆盘形带颈圆盘形，也有部分方形或椭圆，也有部分方形或椭圆形（腰形）。形（腰形）。影响法兰密封的因素主要有：影响法兰密封的因素

7、主要有：螺栓预紧力、螺栓预紧力、密封面形式、垫片性能、法兰刚度和操作条密封面形式、垫片性能、法兰刚度和操作条件等。件等。平面型平面型凹凸型凹凸型榫槽型榫槽型14.1.3 影响法兰密封的因素影响法兰密封的因素密封面的形式：密封面的形式：各种型式密封面的特点及适用范围如下：各种型式密封面的特点及适用范围如下：压紧面的选择原则为：确保密封可靠，力压紧面的选择原则为：确保密封可靠，力求加工容易、装配方便、成本低。求加工容易、装配方便、成本低。 平面型平面型：结构简单，加工方便，便于防腐或结构简单，加工方便，便于防腐或衬里。但垫片易挤出且不易压紧，用于低压、衬里。但垫片易挤出且不易压紧，用于低压、小尺寸

8、、无毒、密封要求不高的场合。小尺寸、无毒、密封要求不高的场合。 凹凸型凹凸型：对中性好，密封性能较好，用于中对中性好，密封性能较好，用于中压且温度较高的场合。压且温度较高的场合。 榫槽型：对中性好，密封可靠，垫片宽度小，榫槽型：对中性好，密封可靠，垫片宽度小，所需压紧力也小，适用于易燃、易爆、有毒及所需压紧力也小，适用于易燃、易爆、有毒及高压场合。加工、检修比较困难。高压场合。加工、检修比较困难。在法兰连接中，密封效果在很大程度上取在法兰连接中，密封效果在很大程度上取决于垫片的密封性能。决于垫片的密封性能。1. 材质要求：材质要求：耐腐蚀，不污染产品，具有耐腐蚀，不污染产品，具有一定的弹性，适

9、当的机械强度和柔韧性，一定的弹性，适当的机械强度和柔韧性，在温度变化时不易变质硬化或软化。在温度变化时不易变质硬化或软化。2. 分类：分类： 垫片性能垫片性能非金属非金属金金 属属非金属与金属组合非金属与金属组合橡胶：橡胶：低压和温度低压和温度1000时应至少开一个人孔，若时应至少开一个人孔，若L6m应开两个；应开两个； DN=5001000，应开一个人孔或两个手孔；，应开一个人孔或两个手孔； DN=300500，应开两个手孔；，应开两个手孔；圆形人孔的公称直径为圆形人孔的公称直径为400、450、500、600。手孔的公。手孔的公称直径为称直径为150、250。14.3.2 开孔补强开孔补强

10、 开孔对壳体强度的影响：开孔对壳体强度的影响：（1）使壳体承受压力载荷的面积减小。）使壳体承受压力载荷的面积减小。（2）由于器壁结构的连续性受到破坏，在孔边会产生类似于边）由于器壁结构的连续性受到破坏，在孔边会产生类似于边缘应力的应力集中。缘应力的应力集中。 因此对开孔要考虑补强。因此对开孔要考虑补强。1. 补强结构补强结构图图14.14 14.14 局部补强结构局部补强结构 补强圈补强：补强圈补强：中低压容器中常用，但有限制：中低压容器中常用，但有限制：（1）钢材的）钢材的b540MPa；（2）补强圈厚度）补强圈厚度1.5n；（3）壳体的名义厚度）壳体的名义厚度n 38mm。 接管补强（厚壁

11、管补强）：接管补强（厚壁管补强）：结构简单，补强面积集结构简单，补强面积集中，能有效降低应力集中系数。中，能有效降低应力集中系数。 锻件补强：锻件补强：补强效果最好，但制造麻烦。常用于高补强效果最好，但制造麻烦。常用于高压容器。压容器。对于一些直径较小的开孔可不另行补强。对于一些直径较小的开孔可不另行补强。2. 允许不另行补强的最大开孔直径允许不另行补强的最大开孔直径 同时满足下列要求的开孔，可不另行补强。同时满足下列要求的开孔，可不另行补强。（1）设计压力）设计压力p 2.5MPa；（2）两相邻开孔中心距不小于两孔直径之和的两倍；）两相邻开孔中心距不小于两孔直径之和的两倍；（3）接管公称外径）接管公称外径do89mm；（4）接管最小壁厚满足下表的要求；）接管最小壁厚满足下表的要求；注：注：1 钢材的标准抗拉强度下限值钢材的标准抗拉强度下限值 MPa时，接管与壳体的连接宜时，接管与壳体的连接宜采用全焊透的结构型式采用全焊透的结构型式2 接管的腐蚀裕量为接管的腐蚀裕量为1mm。540b3. 允许的开孔直径范围允许的开孔直径范围圆筒上：圆筒上：Di 1500时，时，dmax Di/2，且，且dmax 520； Di 1500时，时