水工艺设备与仪表-第5章-容器(塔)设备

第五章容器（塔）设备主要内容§5.1压力容器法兰§5.2管法兰§5.3支座§5.4安全泄放装置§5.5填料及其支承装置§5.6布（气、汽）装置法兰为了工艺、操作、制造、安装、维修、运输的方便，设备和管道采用可拆连接。法兰连接：是可拆连接的一种组合件。分类：压力容器法兰，管法兰（不能互换，P188）。§5.1压力容器法兰对法兰联接的要求密封性（尤其是在高温及压力有波动、介质有腐蚀的场合）强度可靠结构简单装拆方便经济合理§5.1压力容器法兰法兰联接的组成一对法兰数个螺栓（螺柱）、螺母一个垫片封头螺栓筒体法兰垫圈§5.1压力容器法兰密封原理和影响密封的因素密封原理介质通过密封口的阻力大于密封口两侧介质的压力差介质在密封口的泄漏途径垫片的渗漏（渗透）取决于垫片的材质和型式密封面泄漏取决于压紧面结构，是泄漏的主要途径§5.1压力容器法兰预紧预紧前密封面和密封介质之间存在间隙此时无密封性能预紧时法兰密封面和垫片被压紧，当预紧力达到一定程度后，垫片填满密封面的凹凸不平形成初始密封条件时单位密封面上的压紧力——形成密封的初始条件——预紧密封比压，与材料有关§5.1压力容器法兰工作状态在介质压力（轴向力）作用下，螺栓伸长，联结分开，预紧力下降，垫片变形回弹回弹量足够，密封性保证回弹量不足，密封失效只要预紧力不小于某一临界值，就能保证良好的密封状态§5.1压力容器法兰几个概念1、初始密封条件：法兰在螺栓予紧力的作用下，把垫圈压紧，使其变形将法兰密封面上的凹凸不平处填满，形成了防止容器内介质泄漏的初始密封条件。2、预紧密封比压：初始密封条件下，垫圈单位面积上的压紧力称作予紧密封比压。3、工作密封比压：当容器内介质升压到某一临界值时，介质将发生泄漏，这个临界比压称为法兰连接的工作密封比压，即法兰密封面和垫圈间所必须保留的最低比压。§5.1压力容器法兰影响密封的主要因素（一）螺栓预紧力要求：大小合适、分布均匀提高预紧力可增加预紧密封比压，而且在操作条件下还可残留较大的密封比压过大的预紧力会把垫片压坏或挤出在满足紧固和拆卸螺栓所需空间的情况下，增加螺栓个数可使预紧力分布均匀，但装拆麻烦§5.1压力容器法兰影响密封的主要因素（二）垫片性能变形能力弹性变形塑性变形回弹能力弹性变形具有回弹能力垫片性能由其材料性能确定§5.1压力容器法兰影响密封的主要因素（三）密封面的型式和表面性能密封面型式减少密封面和垫片接触面积预紧力大小及分布表面性能密封面平直度表面粗糙度密封面与法兰中心轴线垂直、同心§5.1压力容器法兰影响密封的主要因素（四）法兰刚度法兰刚度取决于法兰厚度、法兰外径、螺栓力作用的力臂刚度不足——翘曲刚度太大——价格法兰的翘曲变形§5.1压力容器法兰影响密封的主要因素（五）操作条件温度压力介质的物理、化学性质单独的压力、介质影响不大，与温度联合作用时影响较大§5.1压力容器法兰法兰联接的密封性设计密封面型式垫片材质尺寸§5.1压力容器法兰一、密封面型式1、平面型密封面2、凹凸型密封面3、榫槽型密封面§5.1压力容器法兰1.平面（突面）（P189）一、密封面型式及适用场合§5.1压力容器法兰结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里，应用广泛密封面与垫片接触面积较大，预紧时垫片容易向两侧伸展，不易对中压紧，密封性能较差适用于压力不能很高和介质无毒的场合密封面代号：RF平面§5.1压力容器法兰凹凸面§5.1压力容器法兰便于对中，能防止软质垫片在预紧时被挤出，密封面比平面窄，容易造成较大密封比压加工量稍大适用于压力比平面型稍高的场合密封面代号：凹面FM，凸面M凹凸面§5.1压力容器法兰榫槽面§5.1压力容器法兰密封面不与介质接触，垫片不会挤入设备或管道内，密封面面积小，密封比压大拆卸比较困难，垫片被挤压在槽内不易取出适用于压力更高、密封要求严格的场合密封面代号：榫面T，槽面G榫槽面§5.1压力容器法兰二、容器法兰类型（P189）1、甲型平焊法兰2、乙型平焊法兰3、长颈对焊法兰§5.1压力容器法兰适用于公称直径较小、公称压力也较小的压力容器（1）甲型平焊法兰§5.1压力容器法兰直接与桶体或封头焊接，会给器壁一附加弯矩，法兰刚度小适用于公称直径较小、公称压力也较小的压力容器（1）甲型平焊法兰§5.1压力容器法兰适用于公称直径较大而公称压力也较大的压力容器。具有一个厚度δ的短节，δ一般大于容器壁厚，法兰具有较大刚度。短节代替法兰与容器直接连接，如法兰受内压变形，筒体不受附加弯矩的影响。（2）乙型平焊法兰§5.1压力容器法兰（3）长颈对焊法兰短节（颈部）和法兰盘面本身是一个整体，消除了焊接时产生残余应力的可能，因为颈的根部厚度大，大大增加了法兰整个的强度和刚度。§5.1压力容器法兰适用范围最大，可用于中、高压压力容器如果筒壁厚度小于δ0，应在端部增加一个δ0短节（a）平面密封面

（3）长颈对焊法兰§5.1压力容器法兰法兰分类及参数表§5.1压力容器法兰金属垫片非金属垫片金属与非金属组合垫片带骨架的非金属垫片金属缠绕垫片金属包垫片三、压力容器法兰的密封垫片§5.1压力容器法兰（1）非金属软垫片这类密封垫片的材料是厚度为3mm的耐油石棉橡胶板和石棉橡胶板。这类垫片可用于甲型、乙型平焊和长颈对焊类型的法兰上，但不适用于榫槽型的密封面。非金属材料虽具有很好的柔软性、压缩性和螺栓载荷能力低等优点。但它的主要确定是强度不高，回弹性差，不适合高压高温场合。

§5.1压力容器法兰压力容器法兰垫片标准JB/T4704-2000非金属软垫片垫片标准§5.1压力容器法兰（2）缠绕式垫片结合金属材料强度高、回弹性好、经受得起高温的特点，形成两者组合结构的垫片、即半金属垫片。缠绕式垫片是由薄金属波形带与石棉或柔性石墨等非金属地交替绕成螺旋状，将金属带的始末端点焊接制成。国外也称作螺旋垫片。用0Cr13或0Cr18Ni9或08F等V型和W型钢带与石棉、聚氯乙烯或柔性石墨等填充带相间缠卷而成。这类垫片只能用于乙型和长颈法兰，它的外径与非金属垫片相同，但宽度窄于非金属垫片。§5.1压力容器法兰JB/T4705-2000缠绕垫片基本型用于榫槽型密封面带内加强环用于凹凸型密封面带外加强环用于平面型密封面带内外加强环，用于光滑型密封面垫片标准§5.1压力容器法兰（3）金属包垫片以石棉胶板作为内芯，外包厚度为0.2～0.5mm厚的薄金属板构成。金属板材可以是铝、铜及其合金，也可以是不锈钢或优质碳钢。金属包垫片也只能使用于乙型和长颈对焊法兰。§5.1压力容器法兰JB/T4706-2000金属包垫片垫片标准§5.1压力容器法兰压力容器法兰标准JB/T4700-2000《压力容器法兰分类与技术条件》JB/T4701-2000《甲型平焊法兰》JB/T4702-2000《乙型平焊法兰》JB/T4703-2000《长颈对焊法兰》JB/T4704-2000《非金属软垫片》JB/T4705-2000《缠绕垫片》JB/T4706-2000《金属包垫片》JB/T4707-2000《等长双头螺柱》§5.1压力容器法兰法兰、垫片、螺柱

、螺母材料匹配表§5.1压力容器法兰法兰标记§5.1压力容器法兰压力容器法兰连接的设计步骤确定法兰型式由法兰型式和工作温度，确定法兰材料，由材料确定公称压力确定法兰各部分尺寸选择垫片的种类、材料以及螺栓、螺母材料画法兰图§5.1压力容器法兰主要内容§5.1压力容器法兰§5.3支座§5.4安全泄放装置§5.5填料及其支承装置§5.6布（气、汽）装置§5.2管法兰管法兰的类型常用七种，密封面五种不同形式：§5.2管法兰管法兰的类型1、板式平焊法兰刚性较低，易发生变形而导致泄漏。仅适用中低压容器（PN≤1.0MPa），并不得用于有毒、易燃、易爆以及真空度要求较高的场所。2、带颈平焊法兰其平板上增加了一个短颈，使法兰的刚度大大增加，并且有多种密封面，适用的压力范围较广。§5.2管法兰管法兰的类型3、带颈对焊法兰颈较高，且与钢管的连接处采用对接焊，故其有很高的承载能力，适用于中高压场所。

4、承插法兰在法兰和钢管之间仅有单面填角焊，承载力较差，只适用于DN≤50mm的小口径管道上，且公称压力不得大于10MPa。§5.2管法兰管法兰的类型5、平焊环松套板式法兰松套法兰也称作活套法兰，指法兰未能有效地与接管连接成一个整体的法兰。适用的公称压力较低（PN≤1.6MPa），适用于具有腐蚀性介质或有色金属管道系统。6、翻边松套板式法兰其密封面仅有突面一种形式，其适用的公称压力和公称直径较平焊环松套法兰更小。7、法兰盖用于管道端头、人孔及手孔的封头，与法兰匹配§5.2管法兰管法兰密封面形式§5.2管法兰环连接面（梯形面）环连接面§5.2管法兰与椭圆金属垫片或八角形金属垫片配用槽的锥面与垫片成线接触密封适用于温度、压力有波动，介质渗透性大的高压容器密封面代号：RJ环连接面§5.2管法兰管法兰的密封垫片1、石棉橡胶板垫片耐热和耐腐蚀性较好，有适宜的弹性，制造方便，价格低廉。可以用于全平面法兰，也可以用于突面、凹凸面和榫槽面法兰。其厚度一般为2～3mm。§5.2管法兰管法兰的密封垫片2、柔性石墨复合垫片具有冲齿的金属板和膨胀石墨粒子的复合板制成，由于柔性石墨具有耐高温、耐腐蚀、回弹能力强的特点，金属芯板又提高了垫片的机械强度，故其性能良好，是石棉橡胶垫片的代用品。§5.2管法兰管法兰的密封垫片3、聚四氟乙烯包覆垫在厚度为2mm的石棉橡胶板外面包覆0.5mm厚度聚四氟乙烯构成，主要用于强腐蚀介质和物料不允许受污染的情况。但聚四氟乙烯具有冷流和热蠕度的特点，所以压力一般不应大于4.0MPa，温度不超过200～300℃，且只适用于突面密封面。§5.2管法兰管法兰的密封垫片4、金属缠绕垫其型式与压力容器法兰用的完全相同。§5.2管法兰管法兰的密封垫片5、金属齿形组合垫由厚度为3～4mm的金属齿形环和上下两面覆盖厚度为0.5mm的柔性石墨或聚四氟乙烯薄板组成，适用于公称压力为6.3～16MPa的中高压管道，适用的密封面为突面和凹凸面。§5.2管法兰管法兰的密封垫片6、金属环垫金属环垫是用08、0Cr13、0Cr19Ni19等金属材料制成，截面有八角形和椭圆形两种。适用于高温高压系统。§5.2管法兰主要内容§5.4安全泄放装置§5.5填料及其支承装置§5.6布（气、汽）装置§5.3支座§5.1压力容器法兰§5.2管法兰一、卧式容器支座鞍式支座应用最广圈座因自身重量可能造成严重挠曲的大直径薄壁容器真空操作的容器支座多于两个支腿（支承式支座）小型设备§5.3支座鞍式支座标准（JB/T4712-92）适用于双支点支承的钢制卧式容器的鞍式支座。对于多支点支承的卧式容器鞍式支座其结构型式和结构尺寸亦可参照本标准使用。鞍式支座§5.3支座底板轴向腹板（轴向直立筋板）横向腹板（横向直立筋板）垫板鞍式支座的结构对于不同的型号，上述各部分特点及尺寸有变化有些支座可不带垫板包角有120°和150°两种轴向筋板数量有1、2、4、6横向筋板和底板的连接有焊制和弯制两种§5.3支座根据：有无垫板、包角大小、筋板的数量、直径大小以及腹板与底板的连接轻型A重型BⅠBⅡBⅢBⅣBⅤ根据螺栓孔形状F（固定）S（滑动）同一容器使用的两个鞍座必须一个是F型，一个是S型。只有公称直径小于1米的鞍座才允许不带垫板鞍式支座型式§5.3支座支座Q235-A·F（235Mpa的A级沸腾钢）垫板材料与筒体材料相同支座的标记JB/T4712-92鞍座①②－③①——型号②——公称直径③——F或S鞍座的材料§5.3支座JB/T4712-92的设计条件设计温度：200℃地震设防烈度：8度鞍座的选用§5.3支座鞍座设置应尽可能靠近封头，即A应小于或等于DO/4且不宜大于0.2L，当需要时，A最大不得大于0.25L鞍座的位置§5.3支座标准高度下鞍座的允许载荷按标准中规定当鞍座高度增加时，允许载荷随之降低，其值可从标准附录中查出鞍座允许载荷§5.3支座按鞍座实际承载的大小选用轻型或重型鞍座鞍座承受载荷通过计算支座反力得到按容器圆筒强度的需要选用120°包角或150°包角的鞍座圆筒强度计算按JB/T4731-2005标准鞍座型式确定§5.3支座公称直径小于和等于900mm的容器，鞍座分为带垫板和不带垫板两种结构型式，当符合下列条件之一时，必须设置垫板容器圆筒有效厚度小于或等于3mm时容器圆筒鞍座处周向应力大于规定值时容器圆筒有热处理要求时容器圆筒与鞍座间温差大于200℃时当容器圆筒材料与鞍座材料不具有相同或相近化学成分和性能指标时垫板选用§5.3支座当容器基础为钢筋混凝土时，滑动鞍座底板下面必须安装基础垫板基础垫板必须保持平整光滑垫板尺寸参照附录C确定基础垫板由设计者在图样上规定其供货关系基础垫板§5.3支座受力情况好于鞍式支座大直径薄壁容器；真空操作容器等圈式支座§5.3支座局部壳体可能有较大的局部应力，多个支座地基的下沉问题。适用于小型卧式容器。支承式支座§5.3支座腿式支座（JB/T4713-92）支承式支座（JB/T4724-92）耳式支座（JB/T4725-92）裙式支座二、立式容器支座§5.3支座腿式支座：将角钢或钢管直接焊在筒体或筒体的加强版上。适用范围：适用于安装在刚性基础上，且符合下列条件的容器：公称直径DN400～1600圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN≤5容器总高度H1≤5000不适用于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器1、腿式支座（JB/T4713-92）§5.3支座支柱垫板底板盖板结构型式§5.3支座尺寸、允许载荷、高度、最大支承高度支腿数量直径较小时（DN≤700）3个直径较大时（DN≥800）4个型式支座号适用公称直径/mm结构特征A1~7DN400～1600角钢支柱，带垫板AN1~7角钢支柱，不带垫板B1~5钢管支柱，带垫板BN1~5钢管支柱，不带垫板型式特征§5.3支座支柱角钢：Q235-A·F钢管：10垫板：与筒体相同底板：Q235-A·F盖板：Q235-A·F支座材料§5.3支座

JB/T4713-92支座①②－③①——

型式②——

号数③——

支承高度支座的标记§5.3支座支腿设计条件设计温度：200℃设计载荷：基本风压值800Pa地震设防烈度：8度（Ⅱ类场地土）重力载荷：支座的选用§5.3支座应在施工图中标注实际需要的支承高度及垫板厚度符合下列情况之一，应设置垫板用合金钢制的容器壳体容器壳体有热处理要求与支腿连接处的圆筒有效厚度小于标准中给出的最小厚度支座的选用§5.3支座适用范围：本标准适用于下列条件的钢制立式圆筒形容器公称直径DN800～4000圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN≤5容器总高度H0≤10000不适用于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器2、支承式支座（JB/T4724-92）§5.3支座结构型式支腿：筋板（钢板焊制）、钢管垫板底板与支腿相比：高度低、承载量大，支承在封头上§5.3支座3、耳式支座又称悬挂式支座。适用于公称直径不大于4000mm的立式圆筒形容器结构型式筋板垫板底板增加支座的刚性§5.3支座（JB/T4725-92）4、裙式支座适用于较高大的设备，特别是塔器。§5.3支座4、裙式支座对于承受较大风载或地震载荷的塔器，需要设置较多的地脚螺栓和承载面积较大的基础环。需采用圆锥形裙式支座§5.3支座主要内容§5.5填料及其支承装置§5.6布（气、汽）装置§5.4安全泄放装置§5.1压力容器法兰§5.2管法兰§5.3支座容器设备附件安全阀爆破片压力表液面计测温仪表紧急切断装置快开门式压力容器的安全连锁装置§5.4安全泄放装置安全泄放装置压力容器的泄放装置是为了保证压力容器安全运行而当容器超压时能自动泄放压力的装置。最常使用的安全泄放装置是安全阀和爆破片。§5.4安全泄放装置安全阀的结构§5.4安全泄放装置安全阀工作原理由阀座、阀瓣和加载机构三部分组成阀座与容器联通阀瓣带有阀杆，紧扣在阀座上阀瓣上面是加载机构当容器内压力大于工作压力阀瓣离开阀座，安全阀开启；当容器内压力小于工作压力加载机构使阀瓣压紧阀座。§5.4安全泄放装置安全阀分类按加载方式分：1、重锤杠杆式安全阀2、弹簧式安全阀按阀瓣开启高度分：1、全启式2、微启式按排放方式分：1、全封闭式2、半封闭式3、敞开式按开启动力分：1、直接作用式2、非直接作用式§5.4安全泄放装置重锤杠杆式安全阀利用重锤和杠杆来平衡作用在阀瓣上的力§5.4安全泄放装置重锤杠杆式安全阀优点：结构简单、可移动重锤位置或改变重锤重量调整阀瓣开启、荷载不随阀瓣升高而增大、不受高温影响缺点：尺寸大、震动泄漏适用于压力较低、高温、无振动的场合§5.4安全泄放装置弹簧式安全阀利用弹簧被压缩的弹力平衡阀瓣上的力适用于移动式设备和介质压力脉动的固定式设备优点灵敏度较高，安装方位不受限制，对振动不敏感缺点：弹簧的弹力会随阀的开启而增大，高温下因应力松弛而弹力下降。§5.4安全泄放装置全启式和微启式弹簧式安全阀分全启式和微启式两种。全启式，宜用于高压容器和安全泻放量较大的中低压容器。微启式，制造、减小和调节比较方便，宜用于排放量不大，要求不高的场合。§5.4安全泄放装置爆破片又称防爆膜，利用膜片的断裂来泄压。适应于以下场合：工作介质为黏性或粉状物质，或易产生结晶体（堵塞安全阀；阀瓣和阀座粘在一起）；压力会迅速上升的压力容器（安全阀无法迅速降压）；工作介质为剧毒气体（安全阀难以达到防漏要求）；工作介质具有强腐蚀性（易腐蚀阀瓣和阀座，产生泄露；或使阀瓣与阀座粘结）§5.4安全泄放装置爆破片的类型利用膜片的断裂来泄压1、正拱普通型爆破片由塑性良好的金属如不锈钢、镍、铜等材料制成过载破坏是拉伸型§5.4安全泄放装置爆破片的类型2、正拱开缝型内外两片曲率相同的爆破片外片开有小孔的金属膜片内片耐腐蚀的含氟材料膜片§5.4安全泄放装置爆破片的类型3、反拱型面向被保护的容器§5.4安全泄放装置爆破片的类型4、剪切型中间厚周边薄的金属片§5.4安全泄放装置爆破片的类型5、弯曲型脆性材料如铸铁、硬塑料、石墨制成过载时，弯曲应力达到材料的抗弯强度而破裂§5.4安全泄放装置爆破片的选用应考虑容器的工作压力、介质、温度和泄放量四方面的要求。（1）压力我国有关标准规定了爆破片的最低标定爆破压力，可根据容器的工作压力PW按表5.4选取，或由设计者根据成熟的经验和可靠的数据确定.（2）介质首先应考虑选定的膜片在工作温度下不会被介质所腐蚀，必要时可以在与介质接触的膜面上覆盖保护膜。另外，如果介质是可燃气体，则不应选用破裂时会产生火花的铸铁和碳钢爆破片。（3）温度爆破片的最高允许使用温度取决于爆破片及其保护膜（4）泄放量爆破片的泄放量必须大于容器的安全泄放量。§5.4安全泄放装置爆破片的布置根据压力容器的用途、介质的性质和运转条件，可以单独使用爆破片作为泄压装置或爆破片与安全阀组合作为安全泄压装置。（1）破爆片单独作为泄压装置一般在爆破片进口处设置截止阀，以便更换膜片时切断气流。当使用两个或两个以上的爆破片时，根据需要可以串联安装，也可以并联安装。（2）爆破片与安全阀串联使用用爆破片将安全阀与容器内介质隔开，可以避免介质对安全阀的腐蚀和堵塞，同时也避免了介质在安全阀密封面处的微量泄漏。（3）爆破片与安全阀的并联使用这种设置中爆破片是一个附加的安全设施，以补充安全阀泄放能力的不足。§5.4安全泄放装置主要内容§5.6布（气、汽）装置§5.5填料及其支承装置§5.1压力容器法兰§5.2管法兰§5.3支座§5.4安全泄放装置离子交换树脂§5.5填料及其支承装置活性炭吸附塔§5.5填料及其支承装置过滤器填料石英砂无