化工设备机械基础--容器零部件培训讲义

1、第第6章章 容器零部件容器零部件第一节、法兰连接第一节、法兰连接第二节、容器支座第二节、容器支座第三节、容器的开孔补强第三节、容器的开孔补强第四节、容器附件第四节、容器附件在石油、化工设备和管道中，由于生产工艺的要求，或者为制造、在石油、化工设备和管道中，由于生产工艺的要求，或者为制造、运输、安装、检修方便，常采用运输、安装、检修方便，常采用可拆卸的可拆卸的联接结构。常见的可拆卸联接结构。常见的可拆卸结构有结构有法兰联接、螺纹联接和承插式联接法兰联接、螺纹联接和承插式联接。采用可拆卸联接之后，。采用可拆卸联接之后，确保接口密封的可靠性，是保证化工装置正常运行的必要条件。由确保接口密封的可靠性，

2、是保证化工装置正常运行的必要条件。由于法兰联接有较好的强度和紧密性，适用的尺寸范围宽，在设备和于法兰联接有较好的强度和紧密性，适用的尺寸范围宽，在设备和管道上都能应用，所以应用最普遍。但法兰联接时，不能很快地装管道上都能应用，所以应用最普遍。但法兰联接时，不能很快地装配与拆卸，制造成本较高。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。在很大的公称直径和公称压力设备法兰与管法兰均已制定出标准。在很大的公称直径和公称压力范围内，法兰规格尺寸都可以从标准中查到，只有少量超出标准规范围内，法兰规格尺寸都可以从标准中查到，只有少量超出标准规定范围的法兰，才需进行设计计算。定范围的法兰，才需进

3、行设计计算。第一节、法兰连接第一节、法兰连接法兰联接结构是组合件，是由一对法兰、若干螺栓、螺母和一个垫片所组成。法兰联接结构是组合件，是由一对法兰、若干螺栓、螺母和一个垫片所组成。在实际应用中，压力容器由于联接件或被联接件的强度破坏所引起法兰密封失在实际应用中，压力容器由于联接件或被联接件的强度破坏所引起法兰密封失效是很少见的，较多的是因为密封不好而泄漏。故效是很少见的，较多的是因为密封不好而泄漏。故法兰联接的设计中主要解决法兰联接的设计中主要解决的问题是防止介质泄漏的问题是防止介质泄漏。1. 1. 法兰连接结构与密封原理法兰连接结构与密封原理 1). 法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于密封面之

4、间的垫片法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于密封面之间的垫片压紧。施加于单位面积上的压力（压紧应力）必须达到一定的数压紧。施加于单位面积上的压力（压紧应力）必须达到一定的数值才能使垫片变形而被压实，密封面上由机械加工形成的微隙被值才能使垫片变形而被压实，密封面上由机械加工形成的微隙被填满，形成填满，形成初始密封条件初始密封条件。所需的这个压紧应力叫垫片密封比压。所需的这个压紧应力叫垫片密封比压力，单位为力，单位为MPa。密封比压力主要决定于垫片材质。密封比压力主要决定于垫片材质。法兰密封原理 2). 当设备或管道在工作状态时，介质内压形成的轴向力使当设备或管道在工作状态时，介质内压形成的轴向力使螺

5、栓被拉伸，法兰密封面沿着彼此分离的方向移动，降低了密封螺栓被拉伸，法兰密封面沿着彼此分离的方向移动，降低了密封面与垫片之间的压紧应力。如果垫片具有足够的回弹能力，使压面与垫片之间的压紧应力。如果垫片具有足够的回弹能力，使压缩变形的回复能补偿螺栓和密封面的变形，而使预紧密封比压值缩变形的回复能补偿螺栓和密封面的变形，而使预紧密封比压值至少降到不小于某一值至少降到不小于某一值(这个比压值称为工作密封比压这个比压值称为工作密封比压)，则法兰，则法兰密封面之间能够保持良好的密封状态。反之，垫片的回弹力不足，密封面之间能够保持良好的密封状态。反之，垫片的回弹力不足，预紧密封比压下降到工作密封比压以下，甚

6、至密封处重新出现缝预紧密封比压下降到工作密封比压以下，甚至密封处重新出现缝隙，则此密封失效。隙，则此密封失效。法兰密封原理 3). 因此，为了实现法兰联接处的密封，必须使密封组合件因此，为了实现法兰联接处的密封，必须使密封组合件各部分的变形与操作条件下的密封条件相适应，即使密封元件在各部分的变形与操作条件下的密封条件相适应，即使密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。为此，螺栓和法操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。为此，螺栓和法兰都必须具有足够大的强度和刚度，使螺栓在容器内压形成的轴兰都必须具有足够大的强度和刚度，使螺栓在容器内压形成的轴向力作用下不发生过大的变形。向力作用

7、下不发生过大的变形。法兰密封原理预紧密封比压预紧密封比压：形成初始密封条件时在垫片单位面积上受到的压紧力；工作密封比压工作密封比压：一个已经形成初始密封条件的法兰连接，在通入介质后为了不使介质泄漏，在密封面与垫圈之间所必须保留下来的最低比压。2. 2. 法兰的结构与分类法兰的结构与分类按接触面分类：窄面法兰宽面法兰 平焊法兰（图平焊法兰（图(a)、(b)） 法兰盘焊接在设备筒体或管道上，制造容易，应法兰盘焊接在设备筒体或管道上，制造容易，应用广泛，但刚性较差。法兰受力后，法兰盘的矩形截面发生微小转动，见用广泛，但刚性较差。法兰受力后，法兰盘的矩形截面发生微小转动，见下图，与法兰相联的筒壁或管壁

8、随着发生弯曲变形。于是在法兰附近筒壁下图，与法兰相联的筒壁或管壁随着发生弯曲变形。于是在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（PN1500mm，开孔最大直径dDi/3，且d1000mm; 凸形封头或球壳开孔的最大直径dDi/2； 锥壳或锥形封头开孔的最大直径dDi/3，Di为开孔中心处的锥体内径； 在椭圆形或蝶形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头表面。 4.1 4.1 适用的开孔范围适用的开孔范围当采用局部补强时，筒体及封头上开孔的最大直径不得超过以下数值：当采用局部补强时，筒体及封头

9、上开孔的最大直径不得超过以下数值：d：开孔直径；S：圆筒或球壳开孔处的计算壁厚；Set：接管有效厚度；fr：强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比，若大于1，按fr=1计算；4.2 4.2 容器壳体开孔补强的要求容器壳体开孔补强的要求AretfSSdSA124.3 4.3 开孔有效补强范围开孔有效补强范围有效宽度：有效宽度：ntnSSdBdB222取二者较大值有效高度：有效高度：接管实际外伸高度11hdShnt取二者较小值外侧高度：外侧高度：内侧高度：内侧高度：接管实际内伸高度11hdShnt取二者较小值 A1的计算的计算4.4 4.4 补强面积的计算补强面积的计算reet

10、efSSSSSdBA121 A2的计算的计算retrtetfCShfSShA221222 A3：一般远远小于：一般远远小于A1与与A2补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力小于壳补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力小于壳体材料许用应力，则补强面积应按壳体材料与补强材料许用应体材料许用应力，则补强面积应按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加；若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力，力之比而增加；若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力，则所需补强面积也不得减少；则所需补强面积也不得减少；当相邻两孔中心距小于该两孔平均直径的两倍时，其补强面积当相邻两孔中心距小于该两孔平均直径的

11、两倍时，其补强面积不应小于各孔单孔补强所需面积，而且必须将总补强面积中不不应小于各孔单孔补强所需面积，而且必须将总补强面积中不少于少于50%50%的面积置于两孔之间，在计算各孔单独补强所需面积的面积置于两孔之间，在计算各孔单独补强所需面积时，补强范围区内重叠的多余面积，如果作为补强金属计入时，时，补强范围区内重叠的多余面积，如果作为补强金属计入时，不得重复计算；不得重复计算；4.5 4.5 关于补强的几个小点：关于补强的几个小点：1 11 1当多个开孔集中在一起时，且其中任意两孔中心距均小于该两当多个开孔集中在一起时，且其中任意两孔中心距均小于该两孔平均直径的孔平均直径的1.331.33倍时，

12、可以按一个假想孔对待，这个假象孔倍时，可以按一个假想孔对待，这个假象孔将该处几个小孔都包括在内。将该处几个小孔都包括在内。第四节、容器附件第四节、容器附件1. 1. 接口管接口管 设备上的接口管与凸缘，既可用于装置测量、控制仪表，也可用于连接其他设备和介质的输送管道。公称直径公称直径DN不保温接管长不保温接管长保温设备接管长保温设备接管长 适用公称压力适用公称压力PN（MPa）15801304.020501001501.670350150 2001.6705001.0接管长度及其应用范围2. 2. 凸缘凸缘 当接管长度必须很短时，可用凸缘(又叫突出接口)来代替接管，如图所示。凸缘本身具有加强开

13、孔的作用，不需再另外补强。缺点是当螺柱折断在螺栓孔中时，取出较困难。由于凸缘与管道法兰配用，因此它的联接尺寸应根据所选用的管法兰来确定。压力容器开设手孔和人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。手孔直径一般为150mm250mm，标准手孔公称直径有DN150和DN250两种。手孔的结构一般是在容器上接一短管，并在其上盖一盲板。当设备的直径超过900mm时，不仅开有手孔，必要时还应开设人孔。人孔的形状有圆形和椭圆形两种。椭圆形人孔的短轴应与受压容器的筒身轴线平行。圆形人孔的直径一般为400mm600mm，容器压力不高或有特殊需要时，直径可以大一些。椭圆形人孔(或称长圆形人孔)的

14、最小尺寸为400mm300mm。手孔（HG2151521527-95）和人孔（HG2152821535-95）已制有标准，设计时可根据设备的公称压力，工作温度以及所用材料等按标准直接选用。3. 3. 手孔与人孔手孔与人孔回转盖快开人孔 视镜除了用来观察设备内部情况外，也可用作物料液面指示镜。 视镜玻璃容易因冲击、震动或高温剧变而可能发生事故时，可选用双层玻璃安全视镜或带罩视镜； 视镜分为两种：4. 4. 视镜视镜不带颈视镜：不带颈视镜：用凸缘构成的视镜，其结构简单，不易结料，有比较宽阔的视察范围。带颈视镜：带颈视镜：当视镜需要斜装或设备直径较小时，则采用带颈视镜。在现有标准中，有反射式玻璃板液面计、反射式防霜液面计、透在现有标准中，有反射式玻璃板液面计、反射式防霜液面计、透光式板式液面计和磁性液面计。光式板式液面计和磁性液面计。液面计种类很多。公称压力不超过液面计种类很多。公称压力不超过0.7M