《化工容器及设备》第6单元化工设备主要零部件(1)

1、 第一节 法兰连接 第二节 开孔与补强 第三节 支座 第四节 安全附件 压力容器零、部件是化工容器及设备不可少的压力容器零、部件是化工容器及设备不可少的组成部分。它涉及面广，种类多。组成部分。它涉及面广，种类多。一、法兰的分类二、法兰连接的密封三、压力容器法兰标准及选用四、管法兰标准及选用由了生产操作上的需要以及制造、安装、检修和运输上的方便，压力容器经常要设汁为可拆卸的结构。化工设备中，可拆联接的型式很多，其中法兰联接最为普遍。 法兰密封的紧密性与强度是比较好的，基本上能满足可拆联接基本要求，但装拆仍感不便，而且有些类型的法兰还相当昂贵。虽然它有这些缺点、法兰连接仍然得到广泛应用。为保证容器

2、正常而又安全地运行，可拆联接应满足下列基本要求（“紧密不漏“）： (1)联接处密封可靠。在操作压力及温度有波动，介质有腐蚀性的情况下，仍能保证紧密密封； (2)有足够的强度。不因可拆连接的存在而削弱整体结构的强度，联接结构自身也要能抵抗所有的作用力； (3)能迅速并多次重复装拆； (4)经济合理。法兰连接法兰连接螺纹连接螺纹连接插套连接插套连接常见的可拆连接常见的可拆连接压力容器法兰压力容器法兰管法兰管法兰 法兰连接为一对法兰、数个螺栓、螺母和一个垫片组成。垫片较软，在螺栓预紧力的作用下，垫片变形后填平法兰两个密封表面的不平处，阻止介质泄漏，达到密封目的。主要表现为泄漏。泄漏的机理比较复杂，引

3、起泄漏的因素很多、包括设计，制造、安装和使用等各个方面，要确保螺栓法兰联接紧密不漏，必须从上述各方面予以综合考虑。 由于法兰联接中密封垫片性能的优劣异常复杂，至今仍缺乏足够的实验数据和规律性的数学描述。目前国内外多数规范中法兰设计的方法基本上仍从强度考虑即控制法兰中的应力值作为设计依据。虽然在实际中几乎没有出现因法兰强度破坏而造成泄漏，但这种近似方法实际上也反映了一定程度的刚度要求。在使用中一般是成功的。两个基本问题： (1)（设计），即按照工作条件，选取法兰类型，压紧面形状和垫片型式，确定在安装工况和操作工况下，螺栓必须的载荷和尺寸，以达到设计的密封要求。 (2)（计算），即对初定法兰的结构

4、尺寸根据满足密封要求计算得到的螺栓载荷，对法兰进行上述两种工况的受力分析和应力校核，以确定法兰的厚度。一、法兰的分类法兰分类方法较多法兰分类方法较多窄面法兰：法兰的接触面处在螺窄面法兰：法兰的接触面处在螺栓孔圆周以内。栓孔圆周以内。宽面法兰：法兰的接触面扩展到宽面法兰：法兰的接触面扩展到螺栓孔圆周外侧。螺栓孔圆周外侧。容器法兰容器法兰管法兰管法兰按接触面宽度按接触面宽度按应用场合按应用场合容器法兰标准容器法兰标准管法兰标准管法兰标准按整体性程度按整体性程度松式法兰松式法兰整体法兰整体法兰任意式法兰任意式法兰法兰的基本结构形式法兰的基本结构形式组成是圆筒、法兰环、组成是圆筒、法兰环、锥颈三部分。

5、锥颈三部分。活套法兰活套法兰典型的松法兰，其法兰的力矩完全由法典型的松法兰，其法兰的力矩完全由法兰环本身来承担，对设备或管道不产生兰环本身来承担，对设备或管道不产生附加弯曲应力。附加弯曲应力。适用于有色金属和不锈钢制设备或管道适用于有色金属和不锈钢制设备或管道上，且法兰可采用碳素钢制作，以节约上，且法兰可采用碳素钢制作，以节约贵重金属。贵重金属。但是法兰刚度小，厚度较厚，一般只适但是法兰刚度小，厚度较厚，一般只适用于压力较低的场合。用于压力较低的场合。特点特点n 保证壳体与法兰同时受力，使法兰厚度保证壳体与法兰同时受力，使法兰厚度可适当减薄；可适当减薄；n 但会在壳体上产生较大应力。但会在壳体

6、上产生较大应力。带颈法兰：带颈法兰： 提高法兰与壳体的连接刚度，适用于压力、提高法兰与壳体的连接刚度，适用于压力、温度较高的重要场合。温度较高的重要场合。特点特点甲型平焊法兰（标准压力容器法兰）刚度较小，适用于压力较低和简体直径较小的范围。（JB /T 4701-2000）乙型平焊法兰（标准压力容器法兰）有一较厚的短节，短仿与简体或封头焊接，增加了法兰的刚度，因此适用于较大直径和较高压力的场合。（JB /T 4702-2000）长须对焊法兰（标准压力容器法兰）用根部增厚的颈取代丁乙型平焊法兰的短节，更有效地增大了法兰的刚度，适用的压力更高、直径更大。（JB /T 4703-2000）板式平焊法

7、兰（标准管法兰）直接与钢管焊接，在操作时法兰盘会产生变形，使法兰盘产生弯曲应力，也给管壁附加了弯曲应力。（HB 20593-1997）板式平焊法兰板式平焊法兰（PL）带领平焊法兰（标准管法兰）增加了一厚壁的短节法兰颈，可以增加法兰刚度，能承受附加给管壁的弯曲应力，大大减小了法兰变形。（HG 20594-1997）带领平焊法兰带领平焊法兰（SO）带颈对焊法兰（标准管法兰）颈更长，俗称高颈法兰。法兰的刚度较好，加之与管子之间采用的是对焊连接，便于施焊，受力时焊接接头产生的应力集中小，能承受较高的压力，适用范围广。（HG 20595-1997）带颈对焊法兰带颈对焊法兰（WN）二、法兰连接的密封 1.

8、密封机理 2.法兰密封面形式压力容器法兰密封面压力容器法兰密封面平面型平面型凹凸型凹凸型榫槽型榫槽型管法兰密封面管法兰密封面突面突面凹凸面凹凸面全平面全平面榫槽面榫槽面环连接面环连接面平面型（压力容器法兰密封）在突出的平面上加工出几道浅沟，其结构简单，加工方便，但垫圈没有定位处，上紧螺栓后易往两侧伸展，不易压紧。因此，它适用于压力及温度较低的设备。凹凸型密封（压力容器法兰密封） 特点：由一个凹面和一个凸面组成。在凹面上放垫圈，垫圈不会被挤往外侧，密封性能较平面型有所改进。性能介于平面型和樟槽型之间。榫槽型密封面由一个样和一个槽组成，垫圈放在槽内，采用缠绕式或金属包垫圈，密封效果良好。它适用于压

9、力及温度较高的设备。甲型平焊法兰甲型平焊法兰平面型密封面平面型密封面凹凸型密封面凹凸型密封面乙型乎焊法兰乙型乎焊法兰长颈对焊法兰长颈对焊法兰平面型密封面平面型密封面凹凸型密封面凹凸型密封面榫槽型密封面榫槽型密封面密封垫片密封垫片非金属软垫片非金属软垫片缠绕式垫片缠绕式垫片金属包垫片金属包垫片适用于温压低于适用于温压低于35场合的平面密场合的平面密封面和凹凸密封面封面和凹凸密封面适用于乙型平焊适用于乙型平焊法和长颈对焊法法和长颈对焊法兰的各种密封面兰的各种密封面上。上。非金属软垫片非金属软垫片缠绕式垫片缠绕式垫片金属包复垫片金属包复垫片全平面（管法兰密封面）全平面（全平面（FF）突面（管法兰密封

10、面）突面（突面（RF）榫槽面榫槽面（榫槽面（TG）凸凹面（管法兰密封面）凸凹面（凸凹面（MFM）板式平焊法兰的密封面板式平焊法兰的密封面突面突面全平面全平面带颈平焊法兰的密封面带颈平焊法兰的密封面突面突面凹凸面凹凸面榫槽面榫槽面全平面全平面带颈对焊法兰的密封面带颈对焊法兰的密封面突面突面全平面全平面凹凸面凹凸面榫槽面榫槽面环连接面环连接面没有定位挡台，没有定位挡台，密封效果差密封效果差垫圈放在凹面垫圈放在凹面或槽内，不容或槽内，不容易被挤出，密易被挤出，密封效果有较大封效果有较大改进。改进。三、压力容器法兰标准及选用1.法兰的公称直径和公称压力2.压力容器法兰尺寸系列压力容器法兰的尺寸是在规定

11、设计温度为200，法兰材料为16MnR或16Mn，根据不同类型的法兰，确定了垫片的形式、材质、尺寸和螺拴材料的基础上，按照不同的公称直径和公称压力，通过多种方案的比较计算得到的。甲型平焊法兰（JB/T 4701-2000）乙型平焊法兰（ JB/T 4702-2000 ）长颈对焊法兰（ JB/T 4703-2000 ）3. 法兰最大工作压力4.标准压力容器法兰的选用和标记 选用步骤： 根据压力容器的内径(即法兰公称直径)和设计压力，查表6-1初步选定法兰的结构形式。 根据容器的设计压力、设计温度和准备采用的法兰材料，查表6-6确定法兰的公称压力。 根据法兰的公称直径和压力，查表6-1，验证初步选

12、定的法兰是否合适，不合适则重选。 根据确定的公称压力和公称直径及法兰类型，由表6-3表6-5查出相应的尺寸。压力容器法兰标记法兰标准号法兰标准号密封面形式及代号密封面形式及代号法兰名称及代号法兰名称及代号例题例题6-1某填料塔内径为某填料塔内径为600mm，设计压力为，设计压力为1.65MPa，设计温度为设计温度为40，筒体及法兰材料为，筒体及法兰材料为16MnR，若，若两筒节为法兰连接，试为该设备选择标准法兰。两筒节为法兰连接，试为该设备选择标准法兰。解解: (1)初步选定法兰类型初步选定法兰类型根据根据DN600mm，设计压力为，设计压力为1.65MPa，查表查表6-1初步选取乙型平焊法兰

13、。初步选取乙型平焊法兰。(2)选定法兰公称压力选定法兰公称压力 根据法兰材料、容器设计压力及操作温度，查根据法兰材料、容器设计压力及操作温度，查表表6-6可知公称压力为可知公称压力为2.5MPa、法兰材料为、法兰材料为16MnR的乙型平焊法兰在操作温度为的乙型平焊法兰在操作温度为40时的最时的最大允许工作压力为大允许工作压力为2.5MPa纳适合该填料塔使用。纳适合该填料塔使用。(3)验证初步选取的法兰的适用性验证初步选取的法兰的适用性 根据以上选定的法兰公称压力和设备内径选取的根据以上选定的法兰公称压力和设备内径选取的乙型乎焊法兰满足要求。乙型乎焊法兰满足要求。(4)选择密封面选择密封面根据本

14、章第一节的相关知识选择凹凸密封面根据本章第一节的相关知识选择凹凸密封面(5)查出相应尺寸查出相应尺寸由表由表6-4查取，法兰各部分的尺寸为法兰外查取，法兰各部分的尺寸为法兰外径径D760mm；螺栓孔中心回直径；螺栓孔中心回直径D1715mm凹面密封面外径凹面密封面外径 D2676mm凹面密封面内径凹面密封面内径 D3666mm凸面密封面外径凸面密封面外径 D4663mm法兰盘厚度法兰盘厚度 50mm短节高短节高 H200mm短节厚度短节厚度 116mm螺栓孔直径螺栓孔直径=27mm螺栓数量螺栓数量24螺纹螺纹M24(6)写出法兰标记写出法兰标记四、管法兰标准及选用1.管法兰的连接尺寸标准钢制管

15、法兰与配用的钢管外径系列密标准钢制管法兰与配用的钢管外径系列密切相关，目前中国使用两套配管用的外径系列，切相关，目前中国使用两套配管用的外径系列，一套是国际通用的钢管外径系列，通称一套是国际通用的钢管外径系列，通称“英制英制管管”；另一套是中国广泛使用的钢管外径，通称；另一套是中国广泛使用的钢管外径，通称“公制管公制管”。两种管子的外径和壁厚系列参见有。两种管子的外径和壁厚系列参见有关技术手册。关技术手册。2.管法兰及准许的最大工作压力在管法兰中，除了板式平焊法兰可有条件采用在管法兰中，除了板式平焊法兰可有条件采用钢板外，一般应采用锻件。法兰材料尽量与管子一钢板外，一般应采用锻件。法兰材料尽量

16、与管子一致，法兰盖则可用致，法兰盖则可用20R、16MnR、15crMoR以及各以及各种不锈钢板。种不锈钢板。3.标准管法兰的选用和标记选用主要是根据工作压力、工作温度和介质特选用主要是根据工作压力、工作温度和介质特性，同时注意与之相连的设备、机器的接管和阀门、性，同时注意与之相连的设备、机器的接管和阀门、管件的连接方式和公称直径。具体按以下步骤进行。管件的连接方式和公称直径。具体按以下步骤进行。按照按照“管法兰与相连接的管子应具有相同公称管法兰与相连接的管子应具有相同公称直径直径”的原则选取管法兰的公称直径。的原则选取管法兰的公称直径。选定管法兰的材质，并按选定管法兰的材质，并按“同一设备的

17、主体、同一设备的主体、接管、管法兰设计压力相同接管、管法兰设计压力相同”的原则，确定管法的原则，确定管法兰的设计压力。兰的设计压力。根据法兰的材质和工作温度，以及根据法兰的材质和工作温度，以及“管道的设计管道的设计压力不得高于设计温度下法兰允许的最大工作压力压力不得高于设计温度下法兰允许的最大工作压力”的原则查表的原则查表6-8确定管法兰的公称压力。确定管法兰的公称压力。根据公称压力和公称直径，查表根据公称压力和公称直径，查表6-2确定法兰及密确定法兰及密封面形式。封面形式。查管法兰标准得到相关尺寸。查管法兰标准得到相关尺寸。 例如，钢管公称直径例如，钢管公称直径100mm，壁厚，壁厚4mm，

18、公称压，公称压力力1.0MPa，配用板式平焊法兰，突面密封，法兰，配用板式平焊法兰，突面密封，法兰材料为材料为20钢，其标记为钢，其标记为例题例题6-2 某填料塔内径为某填料塔内径为500mm，设计压力为，设计压力为1.65MPa，设计温度为，设计温度为40，筒体材料为，筒体材料为16MnR，下方有一物料出口管，管子材料为下方有一物料出口管，管子材料为20钢，管子的规钢，管子的规格为格为159mm6mm，试选择一接管法兰。，试选择一接管法兰。 解解 (1)确定管法兰公称直径确定管法兰公称直径查表查表67可知，管子的外径为可知，管子的外径为159mm时，时， 其公称直径为其公称直径为150mm按照管法兰与管于应具有相同公称直径的原则得：按照管法兰与管于应具有相同公称直径的原则得：法兰的法兰的DN为为150mm。(2)确定管法兰的公称压力确定管法兰的公称压力根据管子材料选择法兰材料为根据管子材料选择法兰材料为20锻件；管道设计锻件；管道设计压力为压力为1.65MPa，根据管道的设计压力不得高于设，根据管道的设计压力不得高于设计温度下管法兰的最大允许工作压力的原则，查表计温度下管法兰的最大允许工作压力的原则，查表6-8可知，可选择公称压力为可知，可选择公称压力为2.5M