壓力容器零部件之法蘭

1、16.1 法蘭連接法蘭連接5.1.1.法蘭連接結構與密封原理法蘭連接結構與密封原理1.連接結構：第六章第六章 壓力容器零部件設計壓力容器零部件設計2法蘭連接結構（外觀）3法蘭連接結構（剖開看）42.法蘭密封原理法蘭密封原理法蘭密封面泄漏的原因法蘭密封面泄漏的原因：密封墊表面與法蘭密封面之間有空隙,或截面內有毛細管泄漏通道。密封面兩側介質有壓差推動力。從法蘭密封連接過程看其密封原理：從法蘭密封連接過程看其密封原理：（1）安裝過程安裝過程擰緊螺栓,墊片被壓緊（墊內毛細管被切斷；消除了與法蘭密封面之間的空隙）。墊片單位面積上所受的壓緊力，稱為墊片密封比壓。墊片單位面積上所受的壓緊力，稱為墊片密封比壓

2、。當墊片密封比壓達到某一值時，便具備了初始密封條件，此時的比壓稱為預緊密封比壓。預緊密封比壓。5（2）工作條件下工作條件下介質壓力和溫度均升高。螺栓被拉伸，法蘭變形，法蘭密封面相對有分離趨勢。致使墊片比壓下降。墊片回彈，補償或部分補償了法蘭分離的位移。此時的殘余比壓若不小于某一值（稱為工作密封比壓），仍可保持良好密封狀態(tài)。否則，將發(fā)生泄漏。676.1.2.法蘭分類法蘭分類1.整體法蘭法蘭與設備或管道不可拆卸。1）平焊法蘭板式平焊法蘭，帶頸平焊法蘭892.松套法蘭平焊環(huán)松套板式翻邊松套板式103.螺紋法蘭法蘭與設備或管道之間以螺紋連接。116.1.3 影響法蘭密封的因素因素因素1.螺栓預緊力螺栓

3、預緊力 大小合適。 墊片受力均勻。螺栓采取小直徑多數(shù)量(四的倍數(shù)）。 對稱擰緊的方法。12因素因素2.法蘭密封面形式法蘭密封面形式13因素因素3. 墊片性能墊片性能 墊片密封面的塑性變形能力 實現(xiàn)初始密封； 墊片材料及結構的回彈能力 提高工作狀態(tài)下的殘余密封比壓。 耐腐蝕能力。 力學性能，尤其抗高溫蠕變能力。 工作溫度下的變質硬化或軟化性。1415墊片類型：墊片類型：161718192021 因素因素4.法蘭的剛度法蘭的剛度法蘭在外力作用下抵抗變形的能力。剛度小受力後變形大，墊片受力不均，易泄漏。法蘭受力法蘭受力：思考：法蘭將如何變形？22法蘭變形法蘭變形1:23法蘭變形法蘭變形224增加法蘭

4、厚度；增加法蘭厚度；減小螺栓力與墊片力作用點間距離；減小螺栓力與墊片力作用點間距離；增大法蘭盤外徑；增大法蘭盤外徑；螺栓數(shù)量要足夠。螺栓數(shù)量要足夠。25 因素五因素五.操作條件操作條件 壓力壓力高介質泄漏的推動力大。 溫度溫度高 介質的粘度低，滲透性強，容易泄漏； 介質的腐蝕性能增強； 法蘭、螺栓及墊片易發(fā)生蠕變，墊片比壓下降； 非金屬墊片易發(fā)生老化，喪失塑性。溫度壓力聯(lián)合作用，并且反復波動，墊片容易發(fā)生“疲勞” 失效。266.1.4 法蘭標準1.壓力容器法蘭標準壓力容器法蘭標準2728壓力容器法蘭的選用壓力容器法蘭的選用 確定法蘭連接尺寸的基本參數(shù)：公稱壓力（公稱壓力（PN）和公稱直徑（）和

5、公稱直徑（DN)。.公稱直徑的確定： 管法蘭與相聯(lián)接管子的公稱直徑相同； 壓力容器法蘭 板卷筒體，與相聯(lián)接筒體的公稱直徑相同； 無縫鋼管作筒體，與相聯(lián)接無縫管的公稱直徑相同。29公稱壓力 PN 法蘭材質 最大允許工作壓力 (MPa)-20200 300350 0.6 Q235-A 0.4 0.33 0.30 16MnR 0.6 0.51 0.49 15MnVR 0.65 0.63 0.6法蘭公稱壓力的確定：法蘭公稱壓力的確定：.公稱壓力的確定：公稱壓力的確定：基準基準：以16MnR在 200時的力學性能為基準確定法蘭尺寸系列。 即基準條件下，法蘭的最大允許操作壓力為該法蘭的基準條件下，法蘭的最

6、大允許操作壓力為該法蘭的公稱壓力。公稱壓力。30 確定壓力容器法蘭PN JB4700-92(見書P156,P329) （1）.壓力容器法蘭材質為20R，300 時設計壓力為1.0MPa。其公稱壓力應該為多少？ （2）管法蘭材質為Q235-A,選用PN=0.6MPa，問300時能否承受0.4MPa的工作壓力？31壓力容器法蘭設計步驟：壓力容器法蘭設計步驟：（1）確定DN;（2）根據法蘭材質、工作溫度和最高工作壓力法蘭材質、工作溫度和最高工作壓力，確定PN；（3）由PN,DN確定法蘭形式及連接尺寸、螺栓尺寸及數(shù)量。（4）根據介質工作溫度、工作壓力確定密封面及墊 片類型；（5）確定螺栓、螺帽材質；（

7、6）繪制草圖。322.管法蘭管法蘭管法蘭標準管法蘭標準：1）HG205922063597 鋼制管法蘭、墊片、緊固件2）GB91129123 鋼制管法蘭注：壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程推薦1）。33a.板式平焊HG20592-97 管法蘭類型：管法蘭類型：b.帶頸對焊法蘭34c.帶頸平焊d.承插焊e.平焊環(huán)松套板式f.翻邊松套板式35g.螺紋法蘭方法蘭橢圓形法蘭h.法蘭蓋36例題為一臺精流塔配一對連接塔身與封頭的法蘭。為一臺精流塔配一對連接塔身與封頭的法蘭。塔的內徑為塔的內徑為1000mm,操作溫度為操作溫度為280，設計壓力，設計壓力為為0.2MPa。塔體材質為。塔體材質為Q235-B。介質無腐蝕

8、性。介質無腐蝕性及其他危害。及其他危害。解：1.確定DN DN=1000mm（板卷筒體）。 2.確定PN 法蘭材質也采用Q235-BR,根據操作溫度（ 280C）及設計壓力（0.2MPa)，查溫度/壓力表（JB4700-92),得PN=0.6(MPa)。 3.由DN和PN，查尺寸標準JB4701-92,確定連接尺寸及螺栓的規(guī)格數(shù)量。螺栓M20 ,36個37 4.確定密封面形式及墊片。 查表6-1，確定采用平形密封面，墊片采用耐油橡膠石棉墊。墊片尺寸由相應標準確定。表6-3 給出參考寬度值：20mm。 5.確定螺栓螺帽材質。由相應標準查得。表6-6給出參考值：螺栓螺母均為Q235-A。 6.繪草

9、圖。螺栓M20 ,36個386.2 容器支座作用：支撐容器的重量；固定位置。6.2.1 臥式容器支座臥式容器支座種類：種類：391).支座反力計算每一支座的反力：F=mg/2式中 mg設備總重。2).筒體軸向彎矩哪里較大？支座處(2-2截面）彎矩為負，橫截面的上部受拉，下部受壓兩支座中間處（1-1截面）： 彎矩為正橫截面上部受壓，下部受拉。筒體受壓處可能出現(xiàn)何種破壞形式？方向如何筒體受壓處可能出現(xiàn)何種破壞形式？方向如何？403).筒體的軸向應力計算 在跨距中點：載荷介質壓力，彎矩。彎曲應力膜應力 2211ememcSRMSRp在支座處：當ARm/2時，封頭有支撐作用，保持筒體的圓形，保證了局部

10、剛度。ememcSRKMSRp2122 2“”上部為負，“+”下部為正。414).筒體軸向應力的驗算 判據： 較小者壓應力：拉應力：壓拉tBt B值得計算：1）由Rm和Se計算A:emSRA094. 02）由A，依據材料線求B值；3）如A在材料線左側，由下式計算：tAEB324243材質：墊板與筒體相同，其它-Q235-A.F 。44（2）鞍座標準及其標記鞍座分為輕型（輕型（A）和重型（重型（B）（BB）。 固定式F型； 活動式S型。標準號：JB/T4712-92 . 鞍座標記：JB/T4712-92 鞍座鞍座 型號型號公稱直徑公稱直徑-F或或S例如：DN2600的輕型鞍座標記為JB/T471

11、2-92 鞍座A2600-FJB/T4712-92 鞍座A2600-S456).鞍座的位置鞍座的位置A的確定的確定：ADo/4,且不大于且不大于0.2L。最大不大于最大不大于0.25L。L封頭赤道圓（切點）間的距離。A赤道圓至支座中心線間的距離。思考：在施工圖上，思考：在施工圖上，L,A標注在赤道圓上，可否？標注在赤道圓上，可否？466.2.2 立式容器支座立式容器支座476.3 容器的開孔補強6.3.1.容器開孔應力集中現(xiàn)象開孔處出現(xiàn)應力集中，應力集中系數(shù)為： K=實際/膜其大小為多少？見平板開孔試驗測試：實測結果：K3即應力集中點的實際應力大約為膜應力的3倍。486.3.2.開孔補強原則與

12、補強結構開孔補強原則與補強結構1.開孔補強原則：開孔補強原則： 等面積補強等面積補強。即規(guī)定局部補強的金屬截面積必須等于或大于開孔減去的殼體截面積。（1）補強圈結構補強圈結構材質厚度一般與殼體相同；補強圈要與殼體、接管很好地焊接，以同時受力。補強板上有一個M10小孔，用以檢查焊縫缺陷；名曰泄漏信號孔。2.補強結構：49若須補強的接管較多，可采取增加殼體壁厚的辦法，也稱為整體補強。（2）加強元件結構（3）整體補強結構503.不另行補強的最大開孔直徑同時滿足如下要求的，可不另行不強：（1）殼體設計壓力p2.5MPa;（2）兩相鄰孔中心距不小于兩孔直徑之和；（3）接管的外徑不大于89mm；（4）接管

13、的最小壁厚滿足下表要求：接管外徑25 32 38 45 48 57 657689最小壁厚 3.5 4.0 5.0 6.0516.3.3.等面積補強的設計方法等面積補強的設計方法1. 開孔有效補強范圍及補強面積的計算開孔有效補強范圍及補強面積的計算 等面積補強等面積補強補強的金屬量等于或大于開孔所補強的金屬量等于或大于開孔所削弱的金屬量削弱的金屬量。 圖上看，應該考慮的截面是強度削弱較大的截面 軸（縱）向截面的面積：52B=2d d=接管內徑+2C (C=C1+C2)值；或實際內伸高度的較小值；或實際外伸高度的較小 dSh dShntnt2153 等面積補強，縱截面上的投影面積要滿足下式： A1+A2+A3AA1殼體的貢獻（有效壁厚減去計算壁厚部分）；A2接管的貢獻（有效壁厚減去計算壁厚部分）；A3焊縫金屬截面積; A殼體上需要補強的截面積。（表6-20 P179）54在補強區(qū)范圍內，設 Ae =A1+A2+A3如果Ae A ,則無需補強；如果Ae A ，則需要補強。補強面積為 A4=A- Ae552.開孔補強設計步驟開孔補強設計步驟