化工机械基础第十五章VIP

1、第十五章 压力容器通用零部件,15.1 概述,容器的零部件(例如封头、法兰、支座、人孔、手孔等)标准化、系列化。 许多化工设备(例如贮槽、换热器、搪玻璃与陶瓷反应器)也有了相应的标准。 目的：掌握这些标准零部件的选用和理解相应 的标准。,15.2 公称直径和公称压力,公称直径DN：为了设计、制造、使用的方便，制定系列标准时规定了若干尺寸系列，这些规定的标准尺寸系列即为公称直径，以DN表示，单位mm。（管子：DN10、15、20、25、32、40等等；压力容器：DN300、350、400、450、500等等） 公称压力PN：为了设计、制造、使用的方便，制定系列标准时规定了若干压力等级，这些规定的

2、标准压力等级即为公称压力，以PN表示，单位MPa。（PN0.25、0.6、1.0、1.6、2.5等等）,公称直径,1. 压力容器的公称直径 钢板卷焊:公称直径是内径。,容器直径较小，可直接用无缝钢管制作。公称直径指钢管外径。,无缝钢管制作筒体时 容器的公称直径（mm）,1. 压力容器的公称直径（续）,设计时，应将工艺计算初步确定的设备内径，调整为符合表15-1所规定的公称直径。 封头的公称直径与筒体一致。,1. 压力容器的公称直径（续）,2.管子的公称直径,也称公称口径、公称通径。 管子的“公称直径”既不是管子的内径，也不是管子的外径，而是一个与内径接近的整齐的数。 管子的公称直径确定时，其外

3、径也就确定了。,无缝钢管的公称尺寸：,分热轧管和冷拔管。 无缝钢管通常不用公称直径表示，而是以外径乘厚度表示。 在管道工程中，管径超过57mm时，常采用热轧管。管径在57mm以内常选用冷拔管。 冷拔管的最大外径为200mm； 热轧管的最大外径为630mm。,3. 容器零部件的公称直径,法兰、支座等公称直径是相配的筒体、封头的公称直径。DN2000法兰，DN2000鞍座 还有一些零部件的公称直径是与它相配的管子公称直径DN200管法兰 另有一些容器零部件公称直径是指结构中某一重要尺寸，DN80视镜是指窥视孔的直径为80mm。, 公称压力,为了设计、制造、使用的方便，制定系列标准时规定了若干压力等

4、级，这些规定的标准压力等级即为公称压力，以PN表示，单位MPa。,国际上通用的压力等级有两大体系： 欧洲体系和美洲体系,欧洲体系和美洲体系：2.0、5.0、11.0、15.0、26.0、42.0等等。,欧洲体系和美洲体系：0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0等等。,设计时如果选用标准零部件，必须将操作温度下的最高操作压力(或设计压力)调整为所规定的某一公称压力等级，然后根据DN与PN选定该零部件的尺寸。 如果零件不选用标准零部件，而是自行设计，设计压力就不必符合规定的公称压力。,注意：,15.3 法兰连接,一、法兰连接结构,法兰分类方法较多,按

5、法兰接触面宽窄,窄面法兰：法兰的接触面处在螺栓孔 圆周以内,宽面法兰：法兰的接触面扩展到螺栓孔 圆周外侧,按法兰应用场合,容器法兰,管法兰,与此对应，法兰标准也有 容器法兰和管法兰标准,1、法兰的分类,（活套法兰、螺纹法兰、搭接法兰）,（带颈法兰、全焊透平焊法兰）,（焊接法兰）,法兰结构类型（松式法兰）,松式法兰,活套法兰,螺纹法兰,搭接法兰,指法兰不直接固定在壳体上或者虽固定而不能保证与 壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。 如：活套法兰、螺纹法兰、搭接法兰等。,活套法兰,螺纹法兰,搭接法兰,整体法兰,法兰结构类型（整体法兰）,将法兰与壳体锻或铸成一体或经全焊透的平焊法兰,整体法兰,整体法兰

6、,任意式法兰,法兰结构类型（任意式法兰）,从结构来看，这种法兰与壳体连成一体，但刚性介于整体法兰和松式法兰之间。,任意式法兰,任意式法兰,任意式法兰,2、密封面形式,凹凸面法兰连接,榫槽面法兰连接,更具压力容器法兰的标准，法兰可以分为： （1）甲型平焊法兰 （2）乙型平焊法兰 （3）长颈对焊法兰,压力容器法兰的标准：JB/T4700 JB/T4707,容器法兰标准,压力容器法兰的使用范围及所用材料，见表15-4所示。,甲型平焊法兰,乙型平焊法兰,长颈对焊法兰,例： PN2.5长颈对焊法兰（JB4703），在-20200时的允许工作压力为2.5MPa，但若将它用于400，它的最高允许工作压力为1

7、.93MPa；若改用20号钢制造，则-20200的允许工作压力为1.81MPa，而温度升高到400时，允许工作压力降低为1.26MPa。,公称压力是以16Mn、 16MnR在200时的最高工作压力为依据制定的，因此当法兰材料和工作温度不同时，最大工作压力将降低或升高。（表15-5）,容器法兰标准（续）,因此，选用的法兰压力等级应不低于法兰材料在工作温度下的允许工作压力。,法兰的名称及代号：表15-6 法兰密封面形式代号：表15-7,压力容器法兰的标记：法兰名称及代号+密封面形式+公称直径+公称压力+所用标准号。,容器法兰标准（续）,例：公称压力为1.6MPa、公称直径为1000mm的衬环榫密封

8、面、乙型平焊法兰的标记为： 法兰 C-T1000-1.6 JB/T 4702-2000,考虑到HG2059220635管法兰标准系列的适用范围广、材料品种齐全，在选用管法兰时建议优先采用该标准。,根据容器或管道的公称直径、公称压力、工作温度、工作介质特性以及法兰材料进行选用。,依据：,标准法兰的选用,管法兰标准,（1）管法兰的类型：图15-7，表15-8。 （2）管法兰的密封面形式：图15-8，表15-9、15-10。 （3）管法兰的标记：标准号、法兰的类型代号、公称直径、公称压力、密封面形式代号、钢管壁厚、材料牌号、其他。,例：公称通径DN=100mm、公称压力为10.0MPa、配用公制管的

9、凹面带颈对焊钢制管法兰，材料为16Mn。钢管壁厚为8mm。 标记：HG20592 法兰 WN100-10.0FM =8mm 16Mn,管法兰标准(续),第四节 容器支座,一、卧式容器支座,形式：鞍座、圈座及支腿三种,其它： 圈座：用于大直径薄壁容器和 真空容器，增加局部刚 度。 支腿：重量较轻的小型容器。,应用： 常见的大型卧式储罐、 换热器等多采用鞍座。 是应用最为广泛的 一种卧式容器支座。,封头,筒体,支座 （鞍座）,鞍式支座,A0.5Rm（Rm为圆筒平均半径）或A0.2L,鞍式支座,垫板,腹板,底板,肋板（筋板）,4.3.6 支座和检查孔,过程设备设计,鞍式支座,圈座,支腿,鞍式支座,标

10、准： JB/T4712.1-2007鞍式支座 标准鞍座的包角为120和150两种。 鞍座的公称直径为筒体的公称直径，每一公称直径有轻型（A）和重型（B）。 每一形式的鞍座又有固定式（F）和滑动式（S）两种安装形式。,鞍式支座的选用，其步骤如下：,1、已知容器的重量，算出作用在每个鞍座上的实际负荷Q； 2、根据容器的公称直径和支座的高度，从JB/T4712.1中查出轻型（A）和重型（B）两个允许负荷值Q； 3、按Q Q（略大），选取相应的鞍座。,鞍式支座的标记：,1-垫板； 2-筋板； 3-支脚板,耳式支座,（1）耳式支座 （悬挂式支座）,带垫板的耳式支座,（1）耳式支座 （悬挂式支座）,结构：

11、由筋板和支脚板组成，广泛用于反应釜及立式换热器等直立设备上。,特点：简单、轻便，但对器壁会产生较大的局部应力。因此，当容器较大或器壁较薄时，应在支座与器壁间加一垫板，垫板的材料最好与筒体材料相同。 例如：不锈钢容器用碳素钢作支座时，为防止器壁与支座在焊接过程中合金元素的流失，应在支座与器壁间加一不锈钢垫板。,标准： JB/T4712.3-2007耳式支座， 它将耳式支座分为A型（短臂）和B型（长臂）两类，每类又有带垫板和不带垫板两种，不带垫板的分别以AN和BN表示。B型耳式支座有较大的安装尺寸，当容器外面包有保温层，或者将容器直接放置在楼板上时，宜选用B型。,耳式支座的选用，其步骤如下：,1、

12、已知容器的重量，算出作用在每个鞍座上的实际负荷Q； 2、根据容器的公称直径，从JB/T4712.3中查出相应公称直径的允许负荷值Q； 3、按Q Q（略大），选取相应的耳座。,耳式支座的标记：,（2）支承式支座,带垫板的支承式支座,支承式支座的选用，其步骤如下：,1、已知容器的重量，算出作用在每个鞍座上的实际负荷Q； 2、根据容器的公称直径，从JB/T4712.4中查出A型或B型支座的允许负荷值Q ； 3、按Q Q（略大），选取相应的支承式座。,支承式支座的标记：,（3）腿式支座（支腿）,特点：结构简单、轻巧、安装方便，在容器下面有较大的操作维修空间。但当容器上的管线直接与产生脉动载荷的机器设备

13、刚性连接时，不宜选用腿式支座。,腿式支座,与支承式支座的区别：腿式支座是支承在容器的圆柱体部分，而支承式支座是支承在容器的底封头上。,标准： JB/T4712.2腿式支座。 A型：角钢支柱，易与容器圆筒相吻合、焊接安装较为容易，又有带垫板与不带垫板 ； B型：钢管支柱，所有方向上具有相同截面系数、较高抗受压失稳能力，又有带垫板与不带垫板。 C型：H型钢支柱，又有带垫板与不带垫板。,应用：多用于高度较小的中小型立式容器中。,选用：1）根据容器公称直径DN和总质量选取相应的支座号和支座数量，2）计算支座承受的实际载荷，使其不大于支座允许载荷。 除容器总质量外，实际载荷还应综合考虑风载荷、地震载荷和

14、偏心载荷。,腿式支座的选用，其步骤如下：,1、已知容器的重量，算出作用在每个鞍座上的实际负荷Q； 2、根据容器的公称直径，从JB/T4712. 2中查出A型、B型和C型支座的允许负荷值Q ； 3、按Q Q（略大），选取相应的腿式座。,腿式支座的标记：,裙座结构,（4）裙式支座,裙座结构,裙座的结构,1塔体; 2保温支承圈; 3无保温时排气孔; 4裙座筒体; 5人孔 ; 6螺栓座; 7基础环; 8有保温时排气孔; 9引出管通道; 10排液孔,（4）裙式支座,应用：高大的立式容器， 特别是塔器。,形式：圆筒形裙座和圆锥 形裙座。,标准：JB/T4710-2005钢制塔式容器。,一、容器主要的开孔装

15、置,1、管口,物料的进出口，安装测量、控制仪表等。,2、人孔和手孔,人孔、手孔等，其位置应便于观察或清理容器内部。,规定,固定式压力容器安全技术检查规程规定，检查孔的开设位置、数量和尺寸等应当满足进行内部检测的需要。 （1）Di1000，应至少开设一个人孔； （2）500Di1000，开设一个人孔或两个手孔； （3） 300Di500，至少开设两个手孔。,第五节、容器开孔补强,一、容器主要的开孔装置,规定,不必开设检查孔：（符合下列条件之一）,筒体内径小于等于300mm的压力容器； 容器上设有可拆卸的封头、盖板或其它能够开关的 盖子，其封头、盖板或盖子的尺寸不小于所规定检 查孔的尺寸； 无腐蚀

16、或轻微腐蚀，无需做内部检查和清理的压力容器； 制冷装置用压力容器； 换热器。,第五节、容器开孔补强,应在设计时采取相关措施，如对所有对接焊缝进行100%的射线或超声检测；在设计图样上注明计算厚度，且在压力容器在用期间或检验时重点进行测厚检查；相应缩短检验周期。,不能开设检查孔时：,二、开孔补强的设计与结构,a.圆筒上开孔的限制 内径Di1500mm时，开孔最大直径dDi/2且d500mm. 内径Di1500mm时，开孔最大直径d Di/3且d1000mm. b. 凸形封头或球壳上开孔最大直径d Di/2. c. 锥壳（或锥形封头）上开孔最大直径d Di/3 ，Di为开 孔中心处的锥壳内直径。

17、d. 在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂 直于封头表面。,1、容器上的允许开孔范围（GB150对开孔最大直径的限制）,2、允许不另行补强的最大开孔直径,上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接管，可以不予补强。,GB150规定壳体开孔满足下述全部条件，可不另行不强：,1、设计压力2.5MPa； 2、两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的2倍； 3、接管公称外径89mm 4、接管最小厚度满足表15-11的要求。,表15-11 不另行补强的接管最小厚度 mm,接管公称外径,最小厚度,3、补

18、强连接形式,补强结构,局部补强,整体补强,补强圈补强,厚壁接管补强,（整锻件补强）,（1）补强圈补强,结构,补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（a）图,优点,结构简单，制造方便，使用经验丰富,图4-37 （a）补强圈补强,缺点,1）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热应力； 2）与壳体采用搭接焊接，容易形成裂纹，抗疲劳性能差。,补强圈补强,补强圈补强,补强圈补强,补强圈,1、中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在 静载、常温、中低压； 2、材料的标准抗拉强度低于540MPa； 3、补强圈厚度小于或等于1.5n； 4、壳体名义厚度n38mm的场合。,应用,JB/T4736-2002补强圈,标准,（2）厚壁接管补强,结构,在开孔处焊上一段厚壁接管，见（b）图。,特点,补强处于最大应力区域，能更有效地降低应力集中 系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易