法兰连接及容器裙座的介绍

1 第 十 章 法 兰 连 接第 一 节 压 力 容 器 法 兰 连 接u压 力 容 器 的 法 兰 连 接 ；u管 法 兰 连 接 。 2 一 、 法 兰 连 接 的 密 封 原 理 3 u 在 垫 圈 单 位 面 积 上 的 最 小 压 紧 力 称 为 垫 圈 的 预 紧 密 封 比 压 。u 工 作 密 封 比 压 含 义 是 ： 一 个 已 经 形 成 了 密 封 条 件 的 法兰 连 接 （ 即 垫 圈 已 被 压 缩 到 预 紧 密 封 比 压 ） ， 在 通 入 压力 介 质 后 ， 为 不 使 介 质 泄 漏 ， 在 密 封 面 与 垫 圈 之 间 所 必须 保 留 下 来 的 最 低 比 压 。 4 二 、 法 兰 连 接 受 力 分 析 1、 法 兰 所 受 外 力 5 2、 法 兰 在 外 力 偶 矩 作 用 下 的 变 形 和 内 力 6 u例 如 ： 分 离 松 节 油 和 蒎 烯 的 分 离 塔 ， 真空 操 作 ， 700mmH g， 平 型 压 紧 面 ， 由 于 刚度 不 足 使 法 兰 翘 曲 造 成 密 封 失 效 。 7 3、 通 过 分 析 得 出 如 下 的 几 点 结 论 ： （ 1） 密 封 垫 片 是 整 个 法 兰 连 接 （ 包 括 法 兰 、 垫 片 、 螺 柱 、 螺 母 ） 的 基础 。 垫 片 的 材 质 、 结 构 和 尺 寸 是 影 响 螺 栓 力 和 法 兰 力 矩 大 小 的 主 要 因素 之 一 。（ 2） 增 加 与 法 兰 盘 连 接 处 器 壁 （ 或 管 壁 ） 的 壁 厚 ， 不 但 会 减 小 法 兰 加给 器 壁 的 弯 曲 应 力 ， 而 且 增 厚 的 器 壁 会 反 过 来 增 大 法 兰 盘 的 刚 度 、 减小 法 兰 盘 中 的 弯 曲 应 力 。（ 3） 对 法 兰 强 度 起 主 要 作 用 的 三 个 应 力 都 是 弯 曲 应 力 ， 而 弯 曲 应 力 的大 小 又 与 受 弯 构 件 的 厚 度 平 方 成 反 比 ， 所 以 决 定 法 兰 强 度 大 小 的 关 键尺 寸 是 法 兰 盘 的 厚 度 。 对 于 带 颈 的 法 兰 ， 增 加 颈 的 厚 度 对 提 高 法 兰 强度 会 有 比 增 加 法 兰 盘 厚 度 更 好 的 效 果 。 （ 4） 在 螺 栓 力 一 定 的 条 件 下 ， 法 兰 螺 孔 中 心 圆 与 密 封 垫 片 中 径 之 间 的距 离 越 小 ， 法 兰 所 承 受 的 外 力 偶 矩 越 小 。 在 确 定 螺 栓 直 径 与 数 目 时 ，应 以 螺 孔 中 心 圆 直 径 尽 可 能 小 为 原 则 。 8 三 、 压 力 容 器 法 兰 标 准1、 类 型u 甲 型 平 焊 法 兰 9 乙 型 平 焊 法 兰 10 长 颈 对 焊 法 兰 11 18 2、 结 构 法 兰 密 封 面 形 式（ 1） 平 面 型 密 封 面 ： （ a） （ b） ；（ 2） 凹 凸 型 密 封 面 ： （ c） ；（ 3） 榫 槽 型 密 封 面 ： （ d） ； 12 19 （ 一 ） 平 面 型 密 封 面 压 紧 面 是 光 滑 的 ， （ b）形 式 有 三 角 形 断 面 的 沟 槽 。适 用 于 公 称 压 力 P 2.5Mpa，广 泛 应 用 于 P 0.6Mpa, 压 紧面 的 宽 度 ： 压 力 容 器 法 兰 ：20 60mm， 管 法 兰 ： 1020mm。 13 20 (二 )凹 凸 型 密 封 面 在 凹 型 面 内 放 置 垫片 ， 其 优 点 是 便 于 对中 ， 能 够 防 止 软 质 垫片 的 挤 出 ， 而 且 比 平行 面 窄 ， 容 易 压 紧 。最 大 DN=3000mm, PN6.4 Mpa 14 （ 三 ） 榫 槽 型 密 封 面 榫 槽 法 兰 由 一 个 榫面 和 一 个 槽 面 组 成 ， 垫片 放 在 槽 内 ， 由 于 压 紧面 积 小 ， 垫 片 又 受 到 槽的 阻 挡 ， 不 会 从 周 边 挤出 ， 容 易 获 得 较 好 的 密封 效 果 。u主 要 用 于 ： 易 燃 ， 易爆 ， 有 毒 介 质 的 场 合 ，当 PN=20Mpa, 可 用 到DN=800 mm 15 法 兰 连 接 是 工 业 生 产 中 广 泛 使 用 的 连 接 方 法 。当 前 ， 国 内 外 均 已 将 法 兰 标 准 化 。 我 国 实 施 的 法 兰 标 准 ： JB4701 2000 甲 型 平 焊 法 兰 ； JB4702 2000 乙 型 平 焊 法 兰 ； JB4703 2000 长 颈 对 焊 法 兰 ； JB/T84 94 凹 凸 面 对 焊 环 板 式 松 套 钢 制 法 兰 ； JB/T85 94 翻 边 板 式 松 套 钢 制 法 兰 。法 兰 标 准 16 u 法 兰 标 准 中 所 含 内 容 : 技 术 条 件）（ 垫 片 型 式 与 材 质）（ 法 兰 尺 寸）（ 密 封 面 型 式）（ 结 构 类 型）（ 公 称 压 力）（ 公 称 直 径）（ 7 6 5 4 3 PN 2 DN 1法 兰 标 准 17 公 称 直 径 DN1.管 道 法 兰 ： 其 公 称 直 径 与 相 配 的 管 子 直 径 相 一 致 。 管 子的 公 称 直 径 不 是 管 子 的 内 径 或 外 径 ， 是 与 管 子 内 径 相 近的 一 个 圆 整 数 值 。 例 如 ： DN100， 具 体 尺 寸 为 ： 108 3.5， 108 4， 108 4.5， （ 摘 ： GB8163 87， 热 轧 钢 管 ） DN100， (4 inch) 114 4， （ 摘 ： GB3091 82， GB3092 82， 水 、 煤 气 输 送 钢 管 ）2.化 工 容 器 及 设 备 法 兰 ： 其 公 称 直 径 为 设 备 内 径 DN 300 4000mm 小 直 径 设 备 常 用 无 缝 钢 管 制 造 。 18 公 称 压 力 PN 法 兰 标 准 中 所 列 的 能 够 承 受 的 公 称 压 力 PN， 是 以 法 兰 材质 为 16MnR时 计 算 而 得 ， 操 作 温 度 为 ： 200 。 19 第 二 节 管 法 兰 连 接 20 一 、 管 法 兰1、 管 法 兰 类 型 与 密 封 面 型 式 21 2、 管 法 兰 的 标 记 方 法 22 23 3、 垫 片 材 料 类 型 及 选 择u 选 用 垫 片 的 原 则 ： (1)耐 腐 蚀 ， 不 污 染 介 质 ； （ 2） 具有 良 好 的 变 形 能 力 和 回 弹 能 力 ； （ 3） 有 一 定 的 机 械 强 度和 适 当 的 柔 软 性 ； （ 4） 在 工 作 温 度 下 不 变 形 和 软 化 。u 常 用 垫 片 的 断 面 形 状 常 用 垫 片 的 断 面 形 状 23 第 二 节 检 查 孔 为 了 检 查 压 力 容 器 在 使 用 过 程 中是 否 产 生 裂 纹 、 变 形 、 腐 蚀 ， 以及 安 装 拆 卸 设 备 的 内 部 装 置 ， 压力 容 器 均 应 开 检 查 孔 。 包 括 ： 人孔 、 手 孔 和 螺 纹 管 塞 孔 。 24 容 器 上 开 设 人 孔 、 手 孔 的 规 定 ： 25 回 转 盖 人 孔从 人 孔 盖 的 开 启 方 式 及 开 启 后 人 孔 盖 所 处 的 位 置 ， 将 人 孔 分为 回 转 盖 人 孔 、 垂 直 吊 盖 人 孔 和 水 平 吊 盖 人 孔 。 26 垂 直 吊 盖 人 孔 27 水 平 吊 盖 人 孔 28 第 三 节 容 器 支 座设 置 容 器 支 座 的 作 用 ： 支 承 容 器 的 设 备 重 量 ， 固 定 设 备 于 工 艺 设 计 位 置 ， 支 承 操 作 引 起 的 振 动 ， 承 受 地 震 载 荷 和 风 载 荷 。容 器 支 座 类 型 ： 立 式 容 器 支 座 ， 卧 式 容 器 支 座 ， 球 形 容 器 支 座 。 29 （ 1） 卧 式 容 器 支 座 30 一 、 卧 式 容 器 支 座 类 型 图 卧 式 容 器 支 座卧 式 容 器 的 支 座有 鞍 座 、 圈 座 和支 腿 。 小 型 的 设备 采 用 支 腿 ， 而因 为 自 身 的 重 量可 能 造 成 严 重 挠曲 的 薄 壁 容 器 可采 用 圈 座 。 31 鞍 座 有 焊 制 和 弯 制 32 鞍 座 有 焊 制 和 弯 制 33 二 、 鞍 座 的 放 置 位 置支 座 位 置 的 确 定 原 则 ： 当 容 器 放 置 于 鞍 座 上 ， 鞍 座的 约 束 反 力 将 几 种 作 用 于 容 器 的 局 部 器 壁 上 ， 引起 复 杂 而 且 相 当 大 的 局 部 应 力 。1、 鞍 座 中 心 线 至 圆 筒 体 端 部 的 距 离 A小 0.2L。 其 中 ， L为 圆 筒 体 长 度 (两 封 头 切 线 间 距 离 )， A为 鞍 座 中 心 线 至 圆 筒 体 端 部 的 距 离 。2、 当 鞍 座 邻 近 封 头 时 ， 则 封 头 对 支 座 处 筒 体 有 加 强 刚 性 的 作 用 。 因 此 ， 在 满 足 A0.2L时 ， 尽 量 使 A0.5Ri(Ri为 筒 体 内 半 径 )。 34 三 、 鞍 座 的 选 择 搭 配 卧 式 容 器 由 于 温 度和 载 荷 变 化 等 原 因 使 容器 产 生 了 轴 向 移 动 ， 如果 支 座 都 是 固 定 式 的 ，由 于 自 由 伸 缩 受 阻 使 容器 器 壁 中 可 能 引 起 过 大的 附 加 应 力 ， 所 以 双 鞍座 式 中 的 一 个 鞍 座 为 固定 支 座 ， 另 一 个 为 活 动支 座 。 图 3-15 滚 动 支 座 35 四 、 筒 体 的 应 力 计 算 与 校 核 对 于 卧 式 容 器 除 了 考 虑 由 操 作 压 力 引 起 的 薄 膜 应 力 外 ， 还 要 考 虑 容 器 质 量 导 致 筒 体 横 截 面 上 的 纵 向 弯 矩 和 剪 力 。 跨 中 截 面 和 支 座 截 面 是 容 器 可 能 发 生 失 效 的 危 险 截 面 。 为 此 必 须 进 行 强 度 或 稳 定 性 校 核 。 36 五 、 鞍 座 的 包 角 选 择 增 大 鞍 座 的 包 角 可 以 使 筒 体 中 的 应 力 降 低 ，但 使 鞍 座 变 得 笨 重 ， 过 分 的 减 小包 角 ， 使 容 器 容 易 从 鞍 座 上 倾倒 ， 所 以 一 般 =120 150度 。鞍 座 宽 度 b的 大 小 ， 一 边 决 定 于设 备 给 与 支 座 的 载 荷 大 小 ， 另一 边 要 考 虑 支 座 处 筒 体 内 周 向应 力 不 超 过 允 许 值 。 图 3-25 鞍 座 上 的 载 荷 37图 3-26 设 置 加 强 板 的 鞍 座 38 立 式 设 备 支 座（ 1） 悬 挂 式 支 座 主 要 有 底 板 、 筋 板 和 垫 板 组 成 ， 广 泛应 用 于 反 应 釜 和 立 式 换 热 器 上 ， 优 点 是 简 单 、 轻 便 ， 但易 产 生 较 大 的 局 部 应 力 ， 如 图 示 。 悬 挂 式 支 座 标 准 分 为A型 和 B型 两 个 类 型 。 图 悬 挂 式 支 座 39 40 41 （ 2） 支 承 式 支 座 用 钢 板 焊 制 的 支 承 式 支 脚 和 支 座 ， 或 者 是 钢 管 做 成如 图 示 。 图 4-3-14 支 承 式 支 脚 图 4-3-15 支 承 式 支 座 a.荷 重 4t 42 （ 3） 圆 筒 形 裙 座图 4-3-16 圆 筒 形 裙 座 43 3 球 形 容 器 支 座（ 1） 柱 式 支 座 ： 赤 道 正 切 柱 式 支 座 ， （ a） V型 支 座 ， （ b） 三 柱 汇 一 型 支 座 ， （ c） 图 4-3-18 球 形 容 器 支 座 44 45 （ 2） 裙 式 支 座 裙 式 支 座 ， 图 ， 半 埋 式 支 座 ， 图 ， 高 架 式 支 座 ， 图 。 图 裙 式 支 座 图 半 埋 式 支 座 图 高 架 式 支 座