化工容器設(shè)計第八講

1、化工容器設(shè)計第八講 引引 言言 容器的支座，是用來支承容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保容器的支座，是用來支承容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保 持穩(wěn)定。支座的結(jié)構(gòu)型式很多，主要由容器的自身的型式?jīng)Q定，分臥式容器持穩(wěn)定。支座的結(jié)構(gòu)型式很多，主要由容器的自身的型式?jīng)Q定，分臥式容器 支座、立式容器支座和球形容器支座。支座、立式容器支座和球形容器支座。 一、臥式容器的支座一、臥式容器的支座 臥式容器的支座有三種：鞍座、圈座和支腿。臥式容器的支座有三種：鞍座、圈座和支腿。 化工容器設(shè)計第八講 鞍式支座 容器支座容器支座 引引 言言 化工容器設(shè)計第八講 鞍座是應(yīng)用最廣泛的一種臥式容器

2、支座，常見的臥式容器和 大型臥式貯槽，熱交換器等多采用這種支座。鞍式支座如上 圖所示，為了簡化設(shè)計計算，鞍式支座已有標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712- 92 鞍式支座，設(shè)計時可根據(jù)容器的公稱直徑和容器的 重量選用標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)格。 鞍座是由橫向筋板、若干軸向筋板 和底板焊接而成。在與設(shè)備連接處，有帶加強墊板和不帶加 強墊板兩種結(jié)構(gòu)。 容器支座容器支座 引引 言言 化工容器設(shè)計第八講 鞍式支座的鞍座包角q為120或150，以保證容器在支座上安放穩(wěn) 定。鞍座的高度有200、300、400和500mm四種規(guī)格，但可以根據(jù)需 要改變，改變后應(yīng)作強度校核。鞍式支座的寬度b可根據(jù)容器的公稱 直徑查出。 鞍座分為A型（輕型

3、）和B型（重型）兩類，其中重型又分為B B五種型號。其中B型結(jié)構(gòu)如B型鞍座結(jié)構(gòu)圖所示。A型和B型的 區(qū)別在于筋板和底板、墊板等尺寸不同或數(shù)量不同。 容器支座容器支座 引引 言言 化工容器設(shè)計第八講 鞍座的底板尺寸應(yīng)保證基礎(chǔ)的水泥面不被壓壞。根據(jù)底板上螺栓 孔形狀的不同，每種型式的鞍座又分為固定式支座（代號F)和滑 動式支座（代號S)兩種安裝形式，固定式鞍座底板上開圓形螺栓 孔，滑動式支座開長圓形螺栓孔。在一臺容器上，兩個總是配對 使用。在安裝活動支座時，地腳螺栓采用兩個螺母。第一個螺母 擰緊后倒退一圈，然后用第二個螺母鎖緊，這樣可以保證設(shè)備在 溫度變化時，鞍座能在基礎(chǔ)面上自由滑動。長圓孔的長度

4、須根據(jù) 設(shè)備的溫差伸縮量進(jìn)行校核。 一臺臥式容器的鞍式支座，一般情況下不宜多于兩個。因為鞍座 水平高度的微小差異都會造成各支座間的受力不均，從而引起筒 壁內(nèi)的附加應(yīng)力。采用雙鞍座時，鞍座與筒體端部的距離A可按 下述原則確定：當(dāng)筒體的L/D較大，且鞍座所在平面內(nèi)又無加強 圈時，應(yīng)盡量利用封頭對支座處筒體的加強作用，取A0.25D； 當(dāng)筒體的L/D較小，d/D較大，或鞍座所在平面內(nèi)有加強圈時， 取A0.2L 。 容器支座容器支座 引引 言言 化工容器設(shè)計第八講 圈座 容器支座容器支座 引引 言言 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 引引 言言 在下列情況下可采用圈座：對于大直徑薄壁容器和真空操作 的容

5、器，因其自身重量可能造成嚴(yán)重?fù)锨?；多于兩個支承的 長容器。圈座的結(jié)構(gòu)如上圖所示。除常溫常壓下操作的容器 外，若采用圈座時則至少應(yīng)有一個圈座是滑動支承的。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 引引 言言 腿式支座簡稱支腿，結(jié)構(gòu)如上圖所示。因為這種支座在與容器殼壁連接處 會造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力，故只適合用于小型設(shè)備（DN1600、L5m）。 腿式支座的結(jié)構(gòu)型式、系列參數(shù)等參見標(biāo)準(zhǔn)JB/T 4714-92 腿式支座。 腿式支座 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 公稱通徑、公稱壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用公稱通徑、公稱壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用 二、立式容器的支座 立式容器的支座主要有耳式支座、支承式支座和裙式 支座三

6、種。中、小型直立容器常采用前二種支座，高 大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。下面來分別介紹這 三種支座。 耳式支座 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 公稱通徑、公稱壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及公稱通徑、公稱壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及 其應(yīng)用其應(yīng)用 耳式支座簡稱耳座，它由筋板和支腳板組成。廣泛用在反應(yīng)釜 及立式換熱器等直立設(shè)備上。它的優(yōu)點是簡單、輕便，但對器 壁會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。因此，當(dāng)設(shè)備較大或器壁較薄時， 應(yīng)在支座與器壁間加一墊板。對于不銹鋼制設(shè)備，當(dāng)用碳鋼作 支座時，為防止器壁與支座在焊接過程中不銹鋼中合金元素的 流失，也需在支座與器壁間加一個不銹鋼墊板。上圖是帶有墊 板的耳式支座。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭

7、蘭 公稱通徑、公稱壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及公稱通徑、公稱壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及 其應(yīng)用其應(yīng)用 表4-18 耳式支座結(jié)構(gòu)型式特征 型式型式支座號支座號適用公稱直徑適用公稱直徑結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征 A18 DN3004000 短臂、帶墊板 AN13短臂、不帶墊板 B18 長臂、帶墊板 BN13長臂、不帶墊板 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 公稱通徑、公稱壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及公稱通徑、公稱壓力、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及 其應(yīng)用其應(yīng)用 耳式支座已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，它們的型式、結(jié)構(gòu)、規(guī)格尺寸、材 料及安裝要求應(yīng)符合JB/T 4725-92 耳式支座。該標(biāo) 準(zhǔn)分為A型（短臂）和B型（長臂）兩類，每類又分為帶 墊板與不帶墊板兩種結(jié)構(gòu)，見 表4-18

8、。它們的各部分尺 寸見耳式支座結(jié)構(gòu)尺寸圖。A型耳式支座的筋板底邊較窄， 地腳螺栓距容器殼壁較近，僅適用于一般的立式鋼制焊接 容器。B型耳式支座有較寬的安裝尺寸，故又叫長臂支座。 當(dāng)設(shè)備外面有保溫層或者將設(shè)備直接放在樓板上時，宜采 用B型耳式支座。標(biāo)準(zhǔn)耳式支座的材料為Q235-A.F，若有 改變，需在設(shè)備裝備圖中加以注明。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 耳式支座選用的方法是： （1）根據(jù)設(shè)備估算的總重量，算出每個支座（按 2個支座計算）需要承擔(dān)的負(fù)荷Q值； （2）確定支座的型式后，按照支座允許負(fù)荷Q允 大于實際負(fù)荷Q的原則，選出合適的支座。每臺設(shè)備

9、可 配置兩個或四個支座，考慮到設(shè)備在安裝后可能出現(xiàn)全 部支座未能同時受力等情況，在確定支座尺寸時，一律 按兩個計算。 小型設(shè)備的耳式支座，可以支承在管子或型鋼制的 立柱上。大型設(shè)備的支座往往擱在鋼梁或混凝土制的基 礎(chǔ)上。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 支承式支座 支承式支座可以用鋼管、角鋼、槽鋼來制作，也可以用數(shù)塊鋼板焊 成，見支承式支座圖。它們的型式、結(jié)構(gòu)、尺寸及所用材料應(yīng)符合JB/T 4724-92 支承式支座。 支承式支座分為A型和B型，適用的范圍和結(jié)構(gòu)見表4-21所示。A型 支座筋板和底板的材料為Q235-AF；B型支座鋼管材料為10，底

10、板材料 均為Q235-AF。支承式支座的選用見標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 表4-21 支承式支座的適用范圍 形 式 支 座 號 適用的公 稱直徑 （mm） 結(jié)構(gòu)特 征 A 1 6 DN800 3000 鋼板焊 制，帶 墊板 B 1 8 DN800 4000 鋼板焊 制，帶 墊板 支承式支座的優(yōu)點是簡單輕便，但它和耳式支座一樣，對殼壁會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，因此 當(dāng)容器殼體的剛度較小、殼體和支座的材料差異或溫度差異較大時，或殼體需焊后熱處理時， 在支座和殼體之間應(yīng)設(shè)置加強板。加強板的材料應(yīng)和殼體材料相同或相似。 化工容器設(shè)計第八講

11、法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 整整 體體 法法 蘭蘭 裙式支座 對高大的塔設(shè)備最常用的支座就是裙式支座。 它與前兩種支座不同，目前還沒有標(biāo)準(zhǔn)。它的各 部分尺寸均需通過計算或?qū)嵺`經(jīng)驗確定。 化工容器設(shè)計第八講 容器的開孔與附件容器的開孔與附件 一、容器的開孔與補強 為了滿足工藝、安裝、檢修的要求，往往需要在容器的筒 體和封頭上開各種形狀、大小的孔或連接接管。容器殼體 上開孔后，開孔不但削弱了容器壁的強度，而且在筒體與 接管的連接處，由于原殼體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了變化，出現(xiàn)不連續(xù)， 在開孔區(qū)域?qū)⑿纬梢粋€局部的高應(yīng)力集中區(qū)。開孔邊緣處 的最大應(yīng)力稱為峰值應(yīng)力。峰值應(yīng)力通常較高，達(dá)到

12、甚至 超過了材料的屈服極限。較大的局部應(yīng)力，加之容器材質(zhì) 和制造缺陷等因素的綜合作用，往往會成為容器的破壞源。 因此，為了降低峰值應(yīng)力，需要對結(jié)構(gòu)開孔部位進(jìn)行補強， 以保證容器安全運行。開孔應(yīng)力集中的程度和開孔的形狀 有關(guān)，圓孔的應(yīng)力集中程度最低，因此一般開圓孔。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 開孔補強的設(shè)計與補強結(jié)構(gòu) 所謂開孔補強設(shè)計是在開孔附近區(qū)域增加補強金屬，使之 達(dá)到提高器壁強度，滿足強度設(shè)計要求的目的。容器開孔補強的 形式概括起來分為整體補強和補強圈補強兩種。

13、 1整體補強 整體補強是指采用增加整個殼體的厚度，或用全焊透的結(jié)構(gòu) 形式將厚壁接管或整體補強鍛件與殼體相焊來降低開孔附近的應(yīng) 力。 由于開孔應(yīng)力集中的局部性，在遠(yuǎn)離開孔區(qū)的應(yīng)力值與正常 應(yīng)力值一樣，故除非制造或結(jié)構(gòu)上的需要，一般并不把整個容器 壁加厚。在開孔處用全焊透的結(jié)構(gòu)形式焊上一段特意加厚的短管， 使接管的加厚部分恰處有效補強區(qū)內(nèi)，則可以降低應(yīng)力集中系數(shù)。 整鍛件補強結(jié)構(gòu)是將接管與殼體連同加強部分作成整體鍛件，然 后與殼體焊在一起。其優(yōu)點是補強金屬集中于開孔應(yīng)力最大部分， 應(yīng)力集中現(xiàn)象得到大大緩和。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 2補強圈補強

14、 補強圈補強是指在殼體開孔周圍貼焊一圈 鋼板，即補強圈。補強圈一般與器壁采用搭接 結(jié)構(gòu)，材料與器壁相同，補強圈尺寸可參照標(biāo) 準(zhǔn)確定，也可按等面積補強原則進(jìn)行計算。當(dāng) 補強圈厚度超過8mm時，一般采用全焊透結(jié)構(gòu)， 使其與器壁同時受力，否則不起補強作用。為 了焊接方便，補強圈可以置于器壁外表面（下 圖所示）或內(nèi)表面，或內(nèi)外表面對稱放置，但 為了焊接方便，一般是把補強圈放在外面的單 面補強。為了檢驗焊縫的緊密性，補強圈上有 一個M10的小螺紋孔。從這里通入壓縮空氣進(jìn)行 焊縫緊密性試驗。補強圈現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 補強圈結(jié)構(gòu)簡單，易

15、于制造，應(yīng)用廣泛。但補強圈與殼體之間存在著一 層靜止的氣隙，傳熱效果差，致使二者溫差與熱膨脹差較大，容易引起 溫差應(yīng)力。補強圈與殼體相焊時，使此處的剛性變大，對角焊縫的冷卻 收縮起較大的約束作用，容易在焊縫處造成裂紋。特別是高強度鋼淬硬 性大，對焊接裂紋比較敏感，更易開裂。還由于補強圈和殼體或接管金 屬沒有形成一個整體，因而抗疲勞性能差。因此，對補強圈搭焊結(jié)構(gòu)的 使用范圍需加以限制。GB150指出對采用補強圈結(jié)構(gòu)補強時，應(yīng)遵循下 列規(guī)定： 鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限值sb540MPa； 補強圈厚度小于或等于1.5dn； 殼體名義厚度dn38mm。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用

16、場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 允許開孔的范圍 筒體及封頭開孔的最大直徑，不允許超過以下數(shù)值： （1） 圓筒內(nèi)徑Di1500mm時，開孔最大直徑d1/2Di，且 d520mm；圓筒內(nèi)徑Di1500mm時，開孔最大直徑d1/3Di， 且d1000mm； （2） 凸形封頭或球殼的開孔最大直徑d1/2Di。 （3） 錐殼（或錐形封頭）的開孔最大直徑d1/3Di，Di為開孔中 心處的錐殼內(nèi)直徑。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 不需補強的最大開孔直徑 容器上的開孔并不是都需要補強。這是因為在計算壁厚時考慮 了焊接接頭系數(shù)而使壁厚有所增加，又因為鋼板具有一定規(guī)格

17、，殼 體的壁厚往往超過實際強度的需要，厚度增加，使最大應(yīng)力值降低， 相當(dāng)于容器已被整體加強。而且容器上的開孔總有接管相連，其接 管多于實際需要的壁厚也起補強作用。同時由于容器材料具有一定 的塑性儲備，允許承受不是十分過大的局部應(yīng)力，所以當(dāng)孔徑不超 過一定數(shù)值時，可不進(jìn)行補強。 當(dāng)殼體開孔滿足下述全部條件時，可不另行補強： (1) 設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa； (2) 兩相鄰開孔中心的間距(對曲面間距以弧長計算)應(yīng)不小于兩孔直 徑之和的兩倍； (3) 接管公稱外徑小于或等于89mm； (4) 接管最小壁厚滿足表4-23的要求 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型

18、和應(yīng)用場合 表4-23 接管最小壁厚 mm 最小壁 厚 3.5 4.0 5.0 6.0 接管公 稱外徑 2 5 3 2 3 8 4 5 4 8 5 7 6 5 7 6 8 9 注：鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度下限值 sb540MPa時，接管與殼體的連接 宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)型式。接管 的腐蝕裕量為1mm。 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 二、容器的接口管與凸緣 設(shè)備上的接口管與凸緣，既可用于裝置測量、控制儀表，也可用于 連接其他設(shè)備和介質(zhì)的輸送管道。 接口管 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 焊接設(shè)備的接口管如上圖(

19、a)所示，接管長度可參照表4-24確定。鑄造設(shè)備的接管可與筒體一并鑄出，如 圖(b)所示。螺紋管主要用來接溫度計、壓力表或液面計等，根據(jù)需要可制成陰螺紋或陽螺紋，見圖(c)。 表4-24 接管長度h mm 公稱直徑DN 不保溫接管長 保溫設(shè)備接管長 適用公稱壓力PN （MPa） 15 80 130 4.0 2050 100 150 1.6 70350 150 200 1.6 70500 1.0 化工容器設(shè)計第八講 法法 蘭蘭 法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合法蘭結(jié)構(gòu)類型和應(yīng)用場合 凸緣 當(dāng)接管長度必須很短時，可用凸緣(又叫突出接口)來代替接管， 如下圖所示。凸緣本身具有加強開孔的作用，不需再另外補強。缺

20、點 是當(dāng)螺柱折斷在螺栓孔中時，取出較困難。由于凸緣與管道法蘭配用， 因此它的聯(lián)接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來確定。 化工容器設(shè)計第八講 三、手孔與人孔 壓力容器開設(shè)手孔和人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安 裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。 手孔直徑一般為150mm250mm，標(biāo)準(zhǔn)手孔公稱直徑有 DN150和DN250兩種。手孔的結(jié)構(gòu)一般是在容器上接一短管，并 在其上蓋一盲板。圖4-53所示為常壓手孔。 當(dāng)設(shè)備的直徑超過 900mm時，不僅開有手孔，必要時還應(yīng)開設(shè)人孔。人孔的形狀有 圓形和橢圓形兩種。橢圓形人孔的短軸應(yīng)與受壓容器的筒身軸線 平行。圓形人孔的直徑一般為400mm600mm，容器壓力不高或 有

21、特殊需要時，直徑可以大一些。橢圓形人孔(或稱長圓形人孔)的 最小尺寸為400mm300mm。 人孔主要由筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄組成。一般人孔有兩個 手柄，手孔有一個手柄。容器在使用過程中，人孔需要經(jīng)常打開 時，可選用快開式結(jié)構(gòu)人孔。下圖所示是一種回轉(zhuǎn)蓋快開人孔的 結(jié)構(gòu)圖。 化工容器設(shè)計第八講 化工容器設(shè)計第八講 液面計 液面計種類很多。公稱壓力不超過0.7MPa的設(shè)備，可以直接在設(shè)備上開長 條孔，利用矩形凸緣或法蘭把玻璃固定在設(shè)備上。對于承壓容器，一般都是將液 面計通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設(shè)備聯(lián)接在一起，見下左圖。當(dāng)設(shè)備直徑很 大時，可以同時采用幾組液面計接管，見下圖。 化工容器設(shè)計第八講

22、 在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，有反射式玻璃板液面計、反射式防霜 液面計、透光式板式液面計和磁性液面計。 化工容器設(shè)計第八講 手孔（HG2151521527-95）和人孔（HG2152821535-95） 已制有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可根據(jù)設(shè)備的公稱壓力，工作溫度以及所 用材料等按標(biāo)準(zhǔn)直接選用。 四、視鏡與液面計 視鏡 視鏡除了用來觀察設(shè)備內(nèi)部情況外，也可用作物料液面指 示鏡。它有兩種： 不帶頸視鏡用凸緣構(gòu)成的視鏡，其結(jié)構(gòu)簡單，不易結(jié) 料，有比較寬闊的視察范圍。 當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時，則需采用帶頸視鏡。 視鏡已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，目前在化工生產(chǎn)中常用的還有壓力容器 視鏡、帶燈視鏡、帶燈有沖洗孔的視鏡、組合視鏡等。 化工

23、容器設(shè)計第八講 五、螺栓及其選用五、螺栓及其選用 （一）材料（一）材料 對其材料的要求是：強度高、韌性好、耐 介質(zhì)腐蝕。 （二）分級（二）分級 按螺栓的許用應(yīng)力大小，分為高強度、中 強度、低強度三級。 （三）選配（三）選配 和法蘭墊片選配一樣，選螺栓材料強度時， 也要考慮兩者的協(xié)同。如公稱壓力高的法蘭， 需要密封性能好的墊片，也需要選配 化工容器設(shè)計第八講 強度級別高的螺栓。若螺栓強度級別偏低， 沒有足夠的螺栓載荷提供墊片密封所需的壓 緊力；而過高，當(dāng)螺栓數(shù)量一定時，使螺栓 直徑太小，導(dǎo)致螺栓設(shè)計應(yīng)力過高，一不小 心容易造成擰斷。在高溫下，過高的螺栓應(yīng) 力，導(dǎo)致過快松弛。為避免螺栓與螺母咬死，

24、 螺母的硬度一般比螺栓低HB30，所以它們也 存在一個選配的問題。 （四）數(shù)目與布置（四）數(shù)目與布置 12 6/0.5() B ff d tmt 、一般要求螺栓的最大間距不超過 法蘭的厚度 。 化工容器設(shè)計第八講 2、螺栓的數(shù)量至少應(yīng)為4個，且為4的整數(shù)倍。 3、螺栓的許用應(yīng)力取決于材料、螺栓直徑和 操作溫度。 可以看出，設(shè)計或選用法蘭連接時，應(yīng)將 其作為一個整體，法蘭、墊片和螺栓之間需 要有一個合適的選配。 化工容器設(shè)計第八講 六、法蘭設(shè)計六、法蘭設(shè)計 （一）墊片的密封機(jī)理（一）墊片的密封機(jī)理 1、機(jī)理分析：、機(jī)理分析： 法蘭通過緊固螺栓壓緊墊片實現(xiàn)密封。泄漏以兩 種形式出現(xiàn)：滲透泄漏和界面

25、泄漏。 滲透泄漏：流體通過墊片材料本體毛細(xì)管的泄 漏； 界面泄漏：流體通過墊片與法蘭接觸界面泄漏， 這是法蘭的主要泄漏來源。 分析：預(yù)緊螺栓時，螺栓力通過法蘭壓緊面作用 到墊片上，使墊片發(fā)生彈性或塑性變形，以填滿法 蘭壓緊面上的不平間隙，從而阻止流體泄漏。設(shè)備 操作時，法蘭壓緊面趨向分開，墊片產(chǎn)生回彈，如 果墊片與壓緊面之間沒有殘余足夠的壓緊力，就不 能封住流體，即緊密失效。 化工容器設(shè)計第八講 2、比壓力和墊片系數(shù)、比壓力和墊片系數(shù) 預(yù)緊比壓y：預(yù)緊時，迫使墊片變形與壓緊面密 合，以形成初始的密封條件，此時墊片所必需的最 小壓緊載荷，因以單位接觸面積上的壓緊載荷計， 故也稱為“最小壓緊力”，

26、單位為MPa。 墊片系數(shù)m：操作時，達(dá)到密封不漏，墊片上所 必須維持的比壓與介質(zhì)壓力p的比值。 y、m僅與墊片材料、結(jié)構(gòu)與厚度有關(guān)。同時， 保證法蘭連接緊密不漏有兩個條件： （1）必須在預(yù)緊時，使螺栓力在壓緊面與墊片之 間建立起不低于y值的比壓力； （2）當(dāng)設(shè)備工作時，螺栓力應(yīng)能夠抵抗內(nèi)壓作用， 并且在墊片上維持m倍內(nèi)壓的比壓力。 化工容器設(shè)計第八講 （二）密封計算 a a G 1 W 2 109 WN D mm bmm yMPa aG WbD y 、螺栓載荷計算： 在預(yù)緊工況,螺栓拉力應(yīng)等于壓緊墊片所需 的最小壓緊載荷，即： （ -） 式中：螺栓的最小預(yù)緊載荷， ； 墊片平均直徑，取墊片反力

27、作用位置 處的直徑，； 墊片的有效密封寬度，； 墊片的比壓力，。 化工容器設(shè)計第八講 00 000 G 0G 0G p p b6.4mmb=b b6.4mmb 6 4b2.53 b D b6.4mmD b6.4mmD2b W W 當(dāng)時，； 當(dāng)時， = .。 因而用以計算的墊片平均直徑相應(yīng)確定如下： 當(dāng)時，墊片接觸面的平均直徑； 當(dāng)時，墊片接觸面外徑-。 在操作工況下，螺栓載荷應(yīng)等于抵抗內(nèi)壓產(chǎn) 生的軸向使法蘭連接分開的載荷和維持密封墊片表 面必需的壓緊載荷之和，即： 2 GG D2D2 110 4 cc pbmp （ -） 化工容器設(shè)計第八講 p a WN MPa 2 A2 111 MPa a

28、b b W 2 式中：操作工況下的螺栓載荷， ； 墊片系數(shù)，五因次。 計算壓力，。 等式右邊一項中，由于原始定義時是取倍墊 片有效接觸面積上的壓緊載荷等于計算壓力倍，故 計算時乘以。 、螺栓的尺寸和數(shù)目 在預(yù)緊工況時： mm （ -） 式中常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，。 化工容器設(shè)計第八講 m A2 112 MPa A n 2 113 0.785 p pt b t b m W A n 2 B B B 在操作工況時： mm （ -） 式中設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力，。 螺栓所需的總截面積取上述兩種工況下較大值。 在選定螺栓數(shù)目 后，即可按下式得到螺栓直徑d ： d mm （ -） 式中，d 應(yīng)圓

29、整到標(biāo)準(zhǔn)螺紋的根徑，并據(jù)此確定螺栓的 公稱直徑。 化工容器設(shè)計第八講 p 3 W=2 114 2 2 110 W=W mb b AA 、螺栓設(shè)計載荷： 預(yù)緊工況時： N （ -） 而操作工況螺栓設(shè)計載荷仍按式（ -）計算， 即。 化工容器設(shè)計第八講 （三）法蘭德強度計算 1、力學(xué)計算模型 化工容器設(shè)計第八講 Waters法包含了一下的假設(shè)和簡化： （1）所有組成法蘭接頭的部件的材料假定是均勻的，并在設(shè) 計載荷條件下保持完全彈性； （2）所有施加于法蘭上的載荷，歸結(jié)為一對作用在法蘭環(huán)內(nèi) 外周上的均布力W1所組成的力偶； （3）忽略螺栓的影響，假設(shè)問題是周對稱； （4）不計螺栓孔德影響； （5）假

30、設(shè)殼體和椎頸為薄殼結(jié)構(gòu)； （6）殼體理論分析中，以法蘭和椎頸的內(nèi)孔表面為中性面； （7）當(dāng)法蘭環(huán)繞曲時，橋體與椎頸大端的徑向位移為零； （8）法蘭中面因所施加的力偶而引起的伸長可忽略； （9）內(nèi)壓以及由內(nèi)壓引起的各部分相鄰邊緣處產(chǎn)生的盈利與 法蘭環(huán)力偶產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力相比，可忽略不計； （10）法蘭的位移很小，疊加原理可以應(yīng)用。 化工容器設(shè)計第八講 化工容器設(shè)計第八講 上圖較復(fù)雜， 因此Waters法 確定了法蘭強 度的三個主要 應(yīng)力： 法蘭環(huán)內(nèi)圓 柱面上與椎頸 連接處的最大 徑向應(yīng)力、切 向應(yīng)力，以及 椎頸兩端外表 面的軸向彎曲 應(yīng)力。且視頸 部斜度或大端、 小端而定。 化工容器設(shè)計第八講 1

31、 2 1i i 2 22 2i 2 1 iP PD2 115 4 MPa Dmm iiP PDD2 4 c c Gc p p p 、法蘭設(shè)計方法： （ ）法蘭力矩的計算 法蘭外力矩是由如下作 用于法蘭的外力產(chǎn)生的： （ ）內(nèi)壓作用于內(nèi)經(jīng)截面上的軸向力 ： N （ -） 式中，計算內(nèi)壓，； 法蘭內(nèi)徑，。 （ ）內(nèi)壓作用在法蘭端面上的軸向力 ： N （ - G 116 Dmm ） 式中，墊片反力作用位置的直徑，。 化工容器設(shè)計第八講 3 312 11 13 2 3 iiiP PWPP2 117 W 0.5 2 bG lRg Rgl l DD l （）墊片反力 ，等于螺栓設(shè)計載荷與內(nèi)壓產(chǎn)生 的總軸向

32、力之差，即： N （ -） 式中，取預(yù)緊或操作時的螺栓總載荷。 這些力的作用位置不同，故其力臂視整體法蘭和活套法 蘭、松式法蘭不同。對于整體法蘭或按整體法蘭計算的任 意式法蘭： 1 2 118 2 2 bi DD g （ -） R 化工容器設(shè)計第八講 3 13 2 2 3 2 2 119 2 2 2 2 120 2 2 bi bG bi bG bG DD l DD l ll l DD l DD l DD l 1 1 對于除活套法蘭外的松式法蘭或按松式法蘭計算的 任意式法蘭： = （ -） 對于活套法蘭： = （ -） 化工容器設(shè)計第八講 11 122 233 3 123 33 33 1231

33、12 23 3 , 0PP0P =W 2 121 W2 114 2 122 c p MPl MPl MPl p MMPlWl WMMMPlPlPl a 于是，法蘭力矩為： 預(yù)緊時，因，故，總力矩為： （ -） 式中，按式（ -）取值。 操作時，總力矩為： （ -） 計算法蘭應(yīng)力時，取以下兩者中較大值為計算外力矩： 2 123 p t f f MMN mm MMaN mm （ -） 化工容器設(shè)計第八講 2 1 2 2 2Waters i 2 124 1.331 2 125 z i r i t fM g D teM t D YM t （ ）法蘭應(yīng)力計算 按照法得到的整體法蘭 的三種主要應(yīng)力的計算式

34、如下： （ ）椎頸上與法蘭連接處的軸向彎曲應(yīng)力： MPa （ -） （ii）法蘭環(huán)上的徑向應(yīng)力： MPa （ -） （iii）法蘭環(huán)上的切向應(yīng)力： 2 126 r i Z D MPa （ -） 化工容器設(shè)計第八講 1 0 i0 3 1 1 0 23 100 1 0 i0 N; 1 2 52 D 1 T d FV2 532 5 D Mmm f g g h g tet d F eemm h U h gmm V gh gg 1 法蘭計算力矩， 法蘭頸部應(yīng)力校準(zhǔn)系數(shù)，即法蘭頸部小端應(yīng)力與大端應(yīng)力的比值，f1表示最大軸向 應(yīng)力在小端，反之表示最大軸向應(yīng)力在大端，此時取f= ，無需對f進(jìn)行修正。f值按 和在圖查取。 系數(shù)，； 系數(shù)，； 系數(shù)，d，； ， 無因次系數(shù)，根據(jù)和在圖和圖 0i0 4 TUYZK=2 55 D hh0= Dmm i D g 查取。 、