化工设备通用零部件

化工设备设计基础主讲教师：刘剑16.1概述16.2筒体和封头16.3法兰联接16.4设备的支座16.5设备的开孔与附件16.6容器设计举例16.7容器设计中的几种强度失效准则第十六章化工设备通用零部件16.1概述

为了方便化工设备的设计工作、有利于设备及零部件的批量生产和施工安装，我国有关部门已将某些化工设备及其常用零部件制订了系列标准。设备如贮槽、换热器、搪瓷反应釜等；零部件如封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜、液位计、填料箱、搅拌桨等，都有了相应的标准。设备及零部件标准的最基本的参数是公称直径DN和公称压力PN。16.1.1公称直径DNA压力容器的公称直径用钢板卷制而成的筒体，其公称直径的数值是指内径；当筒体较小时可直接使用无缝钢管，此时的公称直径的数值是指钢管的外径。16.1概述表16-1压力容器的公称直径DN筒体由钢板卷制而成3003504004505005506006507007508009001000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000筒体由无缝钢管制作159219273325377426公称直径的标注方法，如：直径1200㎜的容器：公称直径DN120016.1.1公称直径DN管子的公称通径，它既不是管子的内径也不是管子的外径，而是一个略小于外径的数值。只要管子的公称通径一定，它的外径也就确定了。我国石油化工部门广泛使用的钢管公称通径和钢管外径配有A、B两个系列：A系列为国际通用系列（俗称英制管），B系列为国内沿用系列（俗称公制管）。B、管子的公称通径B管子的公称通径（见P315表16-2）

表16-2公称通经和钢管的外径公称通径DN101520253240506580100125150200250钢管外径A17.221.326.933.742.448.360.376.188.9114.3139.7168.3219.1273B141825323845577689108133159219273公称通径DN300350400500600700800900100012001400160018002000钢管外径A323.0355.6406.4508610711813914101612191422162618292032B325377426530630720820920102012201420162018202020

公称直径相同的零部件，由于工作压力不同，某些尺寸将有所不同。制定系列标准，就得规定若干压力等级。这种规定的标准压力等级就是公称压力等级。公称压力以“PN”为其代号。

我国标准GB1048规定公称压力十个等级：0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4MPa、6.3MPa、10MPa、16MPa、25Mpa。16.1.2公称压力16.2.1筒体

设计时筒体的相应直径必须符合表16-1的规定，否则就没有标准的封头可与之相配。常见筒体的公称尺寸见P316表16-3。16.2筒体和封头16.2.2封头常见封头的名称及型式参数见P317表16-4和P321表示16-7（注意以外径计和以内径计的差别）。

以内径作为公称直径的标准椭圆形封头（代号为EHA）的总深度H、内表面积A和容积V的系列尺寸，如表16-5所示，其名义厚度和封头质量如表16-6所示。（1）以内径为基准的椭圆形封头DN2600mm，δn=20mm，材质为16MnR，其标记为：EHA2600×20-16MnRJB/T4746-2002（2）夹套内径1600mm，翻边直径di=1520mm，转角半径r=50mm，名义厚度δn=10mm，总高度H=1700mm，其标记为：JA1600/1520×10×50×1700HG-21607标记示例椭圆封头标准蝶形封头标准法兰联接的特点：（1）密封可靠在规定的工作压力、温度下和介质的腐蚀情况下能保证紧密不漏；（2）强度足够附加法兰等结构后不致于削弱整体的强度；（3）适用面广在设备和管道上都能应用，尺寸范围大；（4）可拆结构可多次重复装拆，但较费事；（5）经济和理小型法兰大批生产，成本低，大型法兰则成本高。16.3法兰联接16.3.1工作原理（图16-1）16.3法兰联接A按法兰与设备（或管道）的联接型式分类（1）焊接法兰16.3.2法兰的结构与种类松套法兰

法兰不与筒体、封头或管段联成一体，它可以套在翻边上，（图16-3（a）），也可以套在焊环上（图16-3（b））。一般只用于压力较低的场合。16.3.2法兰的结构与种类螺纹法兰

法兰与管段用螺纹联接，见图16-4。16.3.2法兰的结构与种类（1）平密法速兰密封面睛是一圈廊平面，拒有时在肾平面上始车制出减两圈或蔬多圈V型沟槽。（2）凹凸挨密封面一个法兰裳制成凸面烂，一个法柏兰制出凹拖面，垫片佳放在凹面汁上，压紧筛时不会被突挤出。（3）榫槽瓣密封面一个法稿兰上制临成一圈叨凸榫，担另一个为法兰上杀制出一卷圈凹槽呼，垫片后放在凹唇槽中，秀且较窄木，易被阳压紧，龙密封性布好。（4）环密封即面在两联接维法兰面上捉各车制一块圈梯形槽咽，中间配粮以截面为领椭怀圆刃形或八角嚷形的环形迟金属垫片潮。B按法兰滨密封面议的形式宴分（1）圆形法继兰制造方便奸，最为常碎用。（2）方形邮法兰便于管姨道排列艇紧凑。（3）腰圆拐形法兰常用于阀劈燕门和小直证径高压管钓道上。见图16-6C按法兰端膛面形状分毒类A压力容器丽法兰标准选用标准绍法兰，必闲须已知设凯备的公称助直径与公煎称压力，宿法兰的公肿称直径必成须与其一叙致，法兰婶的公称压呜力须视法景兰的材料菠与工作温蛛度而定。表16-参12给出甲乙白型法兰的明适用材料馋及在各温能度下的最窃大允许工叼作压力。16.3樱.3法兰标拍准已知设谢备的DN=幕120配0mm，PN=0粱.59M旺Pa，操作温劳度为150℃，则哪法兰的DN必须是1200乞mm，如选用目甲型平焊贫法兰，材别料为16M室nR，则PN可用0.6移MPa级这一云规格，餐因其允烈许工作三压力为0.6M争Pa。如法兰幸材料选用Q23桥5-A，则PN应选用1.0攻0MP脏a的规格。表16-1绍3甲型平焊飘法兰的结骗构尺寸表16纳-20字PN酬0.2艳5及P学N0.彩6MP膛a板式鲜平焊钢倘制管法凶兰B、管法兰谎标准化工设目备上的犁支座是扒支承设洪备重量嘴和固定灯设备位奖置用的德一种不煮可缺少塔的部件朱。在某畜些场合球，支座蕉还可能路承受设上备操作技时的振幅动、地傲震载荷绢、风雪渠载荷等巧。支座立的结构博形式和层尺寸往弦往决定闸于设备维的型式伤、载荷守情况及务构造材情料。最猛常见的繁有：耳舰式支座盐、支承士式支座处和鞍式埋支座。16.4设备的支拆座耳式支半座又称普悬挂式娃支座，沙其安装朝位置见P273图14-2。16.4嫁.1耳式支遣座要求：了趋解A、AN（不带永垫板）问和B、BN（不带垫非板）的差翠别、结构摇尺寸和选兆用方法。16.4怠.1耳式支皂座16.4侨.1耳式支剃座表16-2犁2A、AN型支座国系列参墓数尺寸表16-2跌3B、BN型系列参把数尺寸掌握根据岔设备总重增选择支座恨类型或数档量。16.锹4.2支承式比支座其结构见P34悲6，结构尺兵寸和选用灵参见P34挽7表16-2印5。16.赏4.3鞍式支寄座为了使蛾设备能束够进行兄正常的为操作与浴维修、棒在封头葵和筒体集上需要团开必要疤的孔道灾以便安扶装各中侵附件，热如各种证物料的贵进出管逗口、仪户表的接层口装置抬、人孔滥、手孔顽和视镜尚等。在设备捏上开孔浅，需要王考虑孔膨的位置尺、大小赏对设备润强度的饱削弱程触度及是岩否需要团补强等蚁问题。16.勾5设备的开齿孔与附件A设备的管这口与凸缘设备与管赞道的连接阻，设备上薄测量、控置制仪表的灶安装，都剪是通过设州备上的管陆口与凸缘津来实现的箱。16.妈5.1设备开凤孔的装姐置人孔、手蔑孔、检查为孔（349页见表16-2始7）16.5常.1设备开孔流的装置人孔、茶手孔、撞检查孔盗（349页见表16-2谈7）16.5遇.1设备开价孔的装促置视镜16.踢5.1设备开孔剪的装置视镜16.5涝.1设备开碑孔的装捉置为了使设镰备能够进验行正常的或操作与维只修、在封横头和筒体飘上需要开呈必要的孔肥道以便安耐装各中附低件，如各惑种物料的柳进出管口劲、仪表的夹接口装置辛、人孔、愧手孔和视怠镜等。在设备携上开孔轨，需要葵考虑孔泻的位置返、大小传对设备悲强度的践削弱程撞度及是袍否需要抵补强等承问题。16.5厉.2设备的开漠孔与补强局部补鼠强：16.卷5.2设备的开胸孔与补强整体补强16.良5.2设备的蛛开孔与易补强1、弹性失盛效准则2、塑性宇失效准债则3、弹塑性回失效准则4、疲劳失据效准则5、断裂够失效准华则6、蠕变占失效准熟则16.骑7容器设备价中的几种建强度失效多准则弹性失畏效准则座是把远魄离与封卵头、法秒兰连接久边缘处乓、而又且非接管渐区的壳透体上可广能出现宜的最大另应力，脆限制在垮弹性范蹄围即屈矛服极限师之下，费如果考萄虑安全尘系数，督可使上旅述最大铅应力限懂制在许咸用应力[σ]之下。1、弹性失拾效准则持塑性失顿效准则导个致容器失钻效的观点悉认为，壳壁体上一点忘的应力达材到屈服极伙限时，并纵不导致容梅器的失效峡，只有当朝壳体整体捡屈服，容追器才算失剧效。塑性私失效准则赶的限制条泽件可由极仰限设计法识予以确定授。2、塑性槽失效准供则在壳体暮应力远著低于屈立服极限猪的情况若下，壳径体边缘劳处的局呀部区域趟可能已钱达到材添料屈服觉极限，伸并产生点弹性变设形。3、弹塑性珠失效准则在交变宪应力作饲用下，滤容器局疯部结构堵不连续甜处将成汁为疲劳证失效的霉起源。湖压力容兵器由于爆疲劳而隶引起的叉破坏占洞有相当剖的比重剑。4、疲劳失祖效准则根据传统贪的强度设吼计观点，胸工作应力灯达到屈服优极限时，滴发生屈服曲，当工作放应力达到薄强度极限守时发生断赔裂。随着高沸强度钢龄的普遍丧采用，疯材料强薯度提高猛而韧性器往往降出低，而仔且由于凡漏检缺锦陷的存本在，水乡丰压试验昼或操作烛时就有取可能在删工作应冈力低于箱屈服极士限甚至姓低于许置用应力别的情况薪下发生续脆性断献裂——低应力破乐坏。这种贤失效现象策称为断裂惑失效。5、断裂液失效准课则压力容聚器在高寺温和内专压的长详期作用拥下，缓