第十二章 容器零部件

第十二章容器零部件

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。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。法兰连接是一种能较好地满足上述要求的可拆连接。法兰连接结构是一个组合件，有一对法兰，数个螺栓、螺母和一个垫片组成一、法兰联接结构与密封原理组合件联接件强度破坏很少见，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（一）松式法兰法兰与容器或管道不连接，比整体式连接强度差活套法兰（a）螺纹法兰（b）搭接法兰（c）（二）整体法兰１．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（PN<4.0MPa）。平焊法兰的适用范围：２．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。

整体法兰与壳体锻或铸成一体（d）、(e)或经全焊透的平焊法兰(f)

（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。计算按整体法兰或松式法兰

圆形法兰最常见，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。法兰的形状三、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。㈠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㈡密封面

法兰联接密封性能与密封面型式有关，密封面型式选择，主要考虑工艺条件（压力、温度、介质）、密封直径以及准备采用的垫片等进行选择。表12-1垫片选用表。1、平面光滑平面，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。2、凹凸面

凸面和凹面相配合，凹面上放置片，防止垫片被挤出，适用于压力较高。3、榫槽面槽中垫片不被挤动。螺栓力较小。获得良好的密封效果。结构复杂，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、锥形或梯形密封面高压容器和高压管道用球面（透镜）和椭圆或八角形截面金属垫片㈢垫片

垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件，是法兰连接的核心。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，而是要求软韧。常用是软铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金(含Ni67％，Cu30％，Cr4～5％)钢等。主要用于中、高温和中、高压法兰联接密封。垫片的选择：根据温度、压力以及介质决定，同时考虑密封面形式等。查表12-1四、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㈠压力容器法兰标准

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(PN0.6MPa～6.4MPa)和直径范围(DN300mm～2000mm)，适用温度范围为-20℃～450℃。乙型平焊法兰中DN2000mm以下规格包括在长颈对焊法兰的规定范围之内。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DN1000mm的压力容器，应当配用DN1000mm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℃时的材料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PNO.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。容器法兰选用步骤

①根据容器DN和计算压力Pc从P169表12-2确定法兰类型。②根据容器设计p、t和拟用法兰材料确定法兰PN——P169表12-3。③根据法兰PN、DN从JB4700-4707-92尺寸系列表确定尺寸。④画法兰图。㈡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HG20592～HG20602-97；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。法兰的标注方法法兰类型：一般法兰为：法兰；带衬环法兰为：法兰C不锈钢设备用碳钢法兰带不锈钢衬环可以节省不锈钢。标准号公称压力，MPa公称直径,mm密封面型式代号法兰类型代号思考题：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？第二节容器支座容器支座，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一、卧式容器的支座卧式容器的支座有三种：鞍座圈座支腿㈠鞍式

支座

应用最广泛的卧式容器支座。已有标准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。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。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BⅠ～BⅤ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。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）鞍座与筒体端部距离A确定：当L/D较大，且无加强圈，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取A≤0.25D；当筒体的L/D较小，d/D较大，或有加强圈时，取A≤0.2L。㈡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。㈢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（DN≤1600、L≤5m）。腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准JB/T4714-92《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。㈠耳式支座

简称耳座，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/T4725-92《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4-19或表4-20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的基础上。㈡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/T4724-92《支承式支座》。

适用范围和结构：支承式支座分A型和B型。形式支座号适用的公称直径（mm）结构特征A1～6DN800～3000

钢板焊制，带垫板B1～8

DN800～4000钢管焊制，带垫板支承式支座的选用：选用见标准规定，尺寸按表4-22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。㈢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。有关裙式支座的结构及其设计方法详见第十七章。

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？由于结构和工艺的需要，必须在设备的筒体或封头上开孔。如：人孔、手孔、进出料口等。开孔影响：

1、载荷应力

2、应力集中——截面形状突变；

3、边缘应力——壳体与接管处不连续应力从而使局部应力>>壳体中的薄膜应力,导致疲劳破坏或脆性裂口。第三节容器的开孔与补强1、开孔补强的设计原则（1）等面积补强法的设计原则

开孔被削弱的有效面积（承受强度的面积）≤可起补强作用的金属截面（补强面积）。可恢复壳体的平均强度，但不能完全解决应力集中问题。为使用最早的方法，适用范围广，且简便。中国容器标准采用。一、开孔补强的设计原则与补强结构是一种极限设计方法，同时又考虑到结构的安定性。其基本点是：开孔接管处达到全域塑性时的极限应力应等于无孔壳体的屈服应力；同时按弹性计算的最大应力（2）塑性失效补强设计原则如果将薄膜应力控制在许用应力之下，那么应力集中区的最大应力集中系数可以允许达到3.0。这种方法只允许采用整锻件补强结构。中国容器标准及专业标准采用因开孔是局部的，所以补强也可以是局部的—在开孔附近安置一种补强元件。局部补强结构有三种：（1）补强圈补强（贴板补强）（2）加强管补强（接管、厚壁管补强）（3）整锻件补强2、补强结构（1）补强圈补强（贴板补强）a）平齐接管外补强，最常用；b）内伸接管外补强--可降低应力集中系数。c）内伸接管内外补强--单面补不能满足要求时用。

大多数中低压化工容器均用此。补强圈尺寸、结构已有标准（JB/T4736-95）优点：结构简单、制造方便，使用经验丰富；缺点：与壳体为搭接焊缝，抗疲劳性能差；与壳壁间形成一静止气隙，于传热不利，容易产生附加热应力。（2）加强管补强在开孔处焊一段加厚的接管，加厚部分位于最大应力区域，比补强圈能更有效地降低应力集中系数。多用于低合金、高强度钢容器--对应力集中比碳钢敏感。结构简单，焊缝少，焊接质量容易掌握；厚