第9章壓力容器通用零部件

第九章過程設(shè)備通用零部件化工設(shè)備機械基礎(chǔ)目錄概述1法蘭連接2人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔3開孔和開孔補強4容器支座5安全泄放裝置1設(shè)備及零部件標(biāo)準(zhǔn)的最基本參數(shù)為：公稱直徑DN和公稱壓力PN。壓力容器的公稱直徑：通常指筒體的內(nèi)徑。當(dāng)筒體直徑較小時可直接采用無縫鋼管制作，此時公稱直徑的數(shù)值等于鋼管的外徑。公稱直徑DN：指標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以DN表示，單位mm，例如內(nèi)徑1200mm的容器的公稱直徑標(biāo)記為DN1200。公稱壓力PN：容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)壓力稱為公稱壓力，以PN表示，單位MPa?！?-1概述

表9-1壓力容器的公稱直徑DN注：紅色的公稱直徑盡量不采用。封頭的公稱直徑應(yīng)與筒體保持一致。筒體由鋼板卷制而成30035040045050055060065070080090010001100120013001400150016001700180019002000210022002300240026002800300032003400360038004000

筒體由無縫鋼管制作159219273325377426

公稱壓力（PN)：常用的壓力等級為0.25，0.6，1.0，1.6，2.5，4.0，6.4，10MPa等?！?-1概述管子的公稱直徑(公稱通徑)公稱直徑DN就是各種管子與管路附件的通用口徑。同一公稱直徑的管子與管路附件均能相互連接，具有互換性.它不是實際意義上的管道外徑或內(nèi)徑，雖然其數(shù)值跟管道內(nèi)徑較為接近或相等；(也稱公稱口徑、公稱通徑)。例如焊接鋼管(有縫管):化工廠用來輸送水、煤氣、空氣、油以及取暖用蒸汽等流體管道。按厚度可分為薄壁鋼管、普通鋼管和加厚鋼管。其公稱直徑不是外徑，也不是內(nèi)徑，而是近似普通鋼管內(nèi)徑的一個名義尺寸。每一公稱直徑，對應(yīng)一個外徑，其內(nèi)徑數(shù)值隨厚度不同而不同。公稱直徑可用公制mm表示，也可用英制in表示。管路附件也用公稱直徑表示。無縫管：分熱軋管和冷拔管兩種。如輸送流體用無縫鋼管(GB8163-87)、石油裂化用無縫鋼管(GB9948-88)、化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管（GB647986)等?！?-1概述有縫管的公稱直徑：公稱直徑15mm或1/2英寸，外徑21.3mm，壁厚2.75mm（普通）3.25mm（加厚）（公制）（英制）

外徑

俗稱

6

1/8

10

1分

8

1/4;

13.5

2分

10

3/8

17

3分

15

1/2

21.3

4分

20

3/4

26.8

6分

25

1

33.5

1吋321

1/4

42.2

401

1/248.3

502

60.3

652

1/2

73.0

803

88.9

1004

114.3

1255

139.8

150

6

168.3

2008219.1

§9-1概述無縫鋼管的公稱尺寸：分熱軋管和冷拔管。無縫鋼管不用公稱直徑而是以外徑乘厚度表示。為公稱外徑與公稱厚度。在管道工程中，管徑超過57mm時，常采用熱軋管。管徑在57mm以內(nèi)常選用冷拔管。冷拔管的最大外徑為200mm；熱軋管的最大外徑為630mm。與法蘭相連接的無縫鋼管公稱直徑與外徑的關(guān)系DN15-ф18mm，DN20-ф25mm，DN25-ф32mm，DN32-ф38mm

DN40-ф45mm，DN50-ф57mm，DN65-ф73mm，DN80-ф89mm

DN100-ф108mm，DN125-ф133mm，DN150-ф159mm，DN200-ф219mm

DN250-ф273mm，DN300-ф325mm，DN350-ф377mm，DN400-ф426mm

DN450-ф480mm，DN500-ф530mm，DN600-ф630m§9-1概述容器零部件的公稱直徑

法蘭、支座等公稱直徑是相配的筒體、封頭的公稱直徑。DN2000法蘭，DN2000鞍座。還有一些零部件的公稱直徑是與它相配的管子公稱直徑DN200管法蘭另有一些容器零部件公稱直徑是指結(jié)構(gòu)中某一重要尺寸，DN80(Dg80)視鏡是指窺視孔的直徑為80mm。§9-1概述公稱壓力工作壓力不同，相同公稱直徑的壓力容器其筒體及其零部件的尺寸也不同。將承受的壓力范圍分為若干個標(biāo)準(zhǔn)壓力等級，即公稱壓力。表13-3壓力容器法蘭與管法蘭的公稱壓力壓力容器法蘭0.250.61.01.62.54.06.4管法蘭0.250.61.01.62.54.06.3101625§9-1概述設(shè)計時如果選用標(biāo)準(zhǔn)零部件，必須將操作溫度下的最高操作壓力(或設(shè)計壓力)調(diào)整為所規(guī)定的某一公稱壓力等級(調(diào)整方法見第五節(jié))，然后根據(jù)DN與PN選定該零部件的尺寸。如果零件不選用標(biāo)準(zhǔn)零部件，而是自行設(shè)計，設(shè)計壓力就不必符合規(guī)定的公稱壓力?！?-1概述生產(chǎn)工藝要求，或為制造、運輸、安裝、檢修方便，常采用可拆卸的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。常見的可拆卸結(jié)構(gòu)有：法蘭聯(lián)接螺紋聯(lián)接承插式聯(lián)接?！?-2法蘭連接可拆卸聯(lián)接應(yīng)確保接口密封的可靠性。法蘭聯(lián)接強度較好和緊密性，適用尺寸范圍寬，設(shè)備和管道應(yīng)用最普遍。法蘭聯(lián)接不能很快裝配與拆卸，制造成本較高。設(shè)備法蘭與管法蘭均已制定出標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)公稱直徑和公稱壓力，可以從標(biāo)準(zhǔn)中查到，少量超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍法蘭，才需進(jìn)行設(shè)計?！?-2法蘭連接一、法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理聯(lián)接件強度破壞很少見，多是密封不好而泄漏。設(shè)計中要防止介質(zhì)泄漏。組合件§9-2法蘭連接通過墊片材料本體毛細(xì)管的滲透泄漏，除了受介質(zhì)壓力、溫度、粘度、分子結(jié)構(gòu)等流體狀態(tài)性質(zhì)影響外，主要與墊片的結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì)有關(guān)，可通過對滲透性墊片材料添加某些填充劑進(jìn)行改良，或與不透性材料組合成型來避免“滲透泄漏”；沿著墊片與壓緊面之間的泄漏，泄漏量大小主要與界面間隙尺寸有關(guān)。壓緊面就是指上、下法蘭與墊片的接觸面。加工時壓緊面上凹凸不平的間隙及壓緊力不足是造成“界面泄漏”的直接原因?！敖缑嫘孤笔敲芊馐У闹饕緩?。滲透泄漏界面泄漏泄漏§9-2法蘭連接界面泄漏滲透泄漏§9-2法蘭連接法蘭密封的原理

扳緊螺栓、壓緊墊片、填滿縫隙、實現(xiàn)密封預(yù)緊力壓緊墊片。壓緊應(yīng)力（墊片密封比壓力）到一定數(shù)值使墊片變形，密封面上微隙被填滿，形成初始密封條件。密封比壓力主要決定于墊片材質(zhì)。墊片材質(zhì)確定后，墊片越寬，為保證比壓力，預(yù)緊力越大，螺栓和法蘭尺寸也越大，所以墊片不應(yīng)過寬，更不應(yīng)該把整個法蘭面都鋪滿墊片?！?-2法蘭連接法蘭聯(lián)接的工作原理：§9-2法蘭連接工作狀態(tài)：內(nèi)壓產(chǎn)生軸向拉伸力，降低了壓緊應(yīng)力。墊片有足夠回彈，補償變形，預(yù)緊密封比壓值不小于某一值(工作密封比壓)，保持良好密封。反之，回彈不足，則此密封失效。密封元件在操作壓力作用下，仍然保持一定的殘余壓緊力。螺栓和法蘭須有足夠大的強度和剛度，不發(fā)生過大的變形?！?-2法蘭連接螺栓法蘭連接的整個工作過程：圖13-3（a）尚未預(yù)緊工況、（b）預(yù)緊工況、（c）操作工況（a）尚未預(yù)緊工況將上、下法蘭壓緊面和墊片的接觸處的微觀尺寸放大，表面是凹凸不平的，這就是流體泄漏的通道。（a）尚未預(yù)緊工況圖9-1密封機理圖§9-2法蘭連接（b）預(yù)緊工況（無內(nèi)壓）擰緊螺栓，螺栓力通過法蘭壓緊面作用到墊片上。墊片產(chǎn)生彈性或屈服變形，填滿凹凸不平處，堵塞泄漏通道，形成初始密封條件。預(yù)緊(無內(nèi)壓)時，迫使墊片變形與壓緊面密合，以形成初始密封條件，此時墊片單位面積上所需的最小壓緊力，稱為“墊片比壓力”，用y表示，也稱為最小壓緊應(yīng)力，單位為MPa。在預(yù)緊工況下，如墊片單位面積上所受的壓緊力小于比壓力y，介質(zhì)即發(fā)生泄漏。引入概念1“預(yù)緊比壓y”：（b）預(yù)緊工況圖9-1密封機理圖y值僅與墊片材料、結(jié)構(gòu)與厚度有關(guān)?！?-2法蘭連接通入介質(zhì)壓力上升A:內(nèi)壓引起的軸向力，使上下法蘭壓緊面分離，墊片壓縮量減少，密封比壓（即，壓緊面上的壓緊應(yīng)力）下降導(dǎo)致B:墊片彈性壓縮變形部分產(chǎn)生回彈，補償因螺栓伸長所引起的壓緊面分離，使壓緊面上的密封比壓力仍能維持一定值以保持密封性能。為保證在操作狀態(tài)時法蘭的密封性能而必須施加（維持）在墊片上的壓應(yīng)力，稱為操作密封比壓。操作密封比壓往往用介質(zhì)計算壓力的m倍表示，這里m稱為“墊片系數(shù)”，無因次。引入概念2“操作密封比壓”：（c）操作工況（c）操作工況圖9-1密封機理圖§9-2法蘭連接防止流體泄漏的基本方法當(dāng)介質(zhì)通過密封口的阻力大于密封口兩側(cè)的介質(zhì)壓力差時，介質(zhì)就被密封。而介質(zhì)通過密封口的阻力是借施加于壓緊面上的比壓力

來實現(xiàn)的，作用在壓緊面上的密封比壓力越大，則介質(zhì)通過密封口的阻力越大，越有利于密封。在密封口增加流體流動的阻力泄漏時介質(zhì)通過密封口的動力：密封口內(nèi)外介質(zhì)壓力差泄漏時介質(zhì)通過密封口的阻力：壓緊面上的比壓力§9-2法蘭連接由以上分析，在確立法蘭設(shè)計方法時，把預(yù)緊工況與操作工況分開處理，從而大大簡化了法蘭設(shè)計。為此，對兩個不同的工況分別引進(jìn)兩個墊片性能參數(shù)，即“最小壓緊應(yīng)力”或“比壓力”y以及“墊片系數(shù)”m。預(yù)緊比壓y：定義為預(yù)緊(無內(nèi)壓)時，迫使墊片變形與壓緊面密合，以形成初始密封條件，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，故也稱最小壓緊應(yīng)力”，單位為MPa。y值僅與墊片材料、結(jié)構(gòu)與厚度有關(guān)。墊片系數(shù)m：是指操作(有內(nèi)壓)時，達(dá)到緊密不漏，墊片所必須維持的比壓與介質(zhì)壓力p的比值（無單位）?！?-2法蘭連接不少生產(chǎn)實踐和廣泛的研究表明y和m值還與墊片尺寸，介質(zhì)性質(zhì)、壓力、溫度、壓緊面粗糙度等許多因素有關(guān)，而且m與y之間也存在內(nèi)在聯(lián)系?！?-2法蘭連接二、法蘭的分類§9-2法蘭連接圖9-2法蘭結(jié)構(gòu)類型（整體法蘭）將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或經(jīng)全熔透的平焊法蘭（一）整體法蘭§9-2法蘭連接整體法蘭整體法蘭整體法蘭特點保證殼體與法蘭同時受力，使法蘭厚度可適當(dāng)減??；但會在殼體上產(chǎn)生較大應(yīng)力。帶頸法蘭：提高法蘭與殼體的連接剛度，適用于壓力、溫度較高的重要場合?！?-2法蘭連接圖9-3法蘭結(jié)構(gòu)類型（松式法蘭）活套法蘭螺紋法蘭搭接法蘭指法蘭不直接固定在殼體上或者雖固定而不能保證與殼體作為一個整體承受螺栓載荷的結(jié)構(gòu)。如：活套法蘭、螺紋法蘭、搭接法蘭等。（二）松式法蘭§9-2法蘭連接活套法蘭螺紋法蘭搭接法蘭松式法蘭活套法蘭但法蘭剛度小，厚度較厚，一般只適用于壓力較低的場合典型的松式法蘭，其法蘭的力矩完全由法蘭環(huán)本身來承擔(dān)，對設(shè)備或管道不產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力適用于有色金屬和不銹鋼制設(shè)備或管道上，且法蘭可采用碳素鋼制作，以節(jié)約貴重金屬§9-2法蘭連接（三）任意式法蘭整體性介于整體法蘭和松式法蘭之間，包括未焊透的焊接法蘭。圖9-3

法蘭結(jié)構(gòu)類型（任意式法蘭）§9-2法蘭連接任意式法蘭任意式法蘭任意式法蘭圓形法蘭最常見，方形法蘭利于管子排列緊湊，橢圓形法蘭常用于閥門和小直徑的高壓管子上?！?-2法蘭連接三、影響法蘭密封的因素影響法蘭密封的因素主要有：螺栓預(yù)緊力；密封面型式；墊片性能；法蘭剛度；操作條件?！?-2法蘭連接㈠螺栓預(yù)緊力螺栓預(yù)緊力是影響密封一個重要因素。預(yù)緊力使墊片壓緊并實現(xiàn)初始密封。預(yù)緊力過大則墊片被壓壞或擠出。預(yù)緊力通過法蘭密封面?zhèn)鬟f給墊片，良好的密封，必須使預(yù)緊力均勻地作用于墊片。當(dāng)需要預(yù)緊力一定時，采取增加螺栓個數(shù)、減小螺栓直徑對密封有利§9-2法蘭連接㈡密封面法蘭聯(lián)接密封性能與密封面型式有關(guān)，密封面型式選擇，主要考慮壓力、溫度、介質(zhì)?！?-2法蘭連接壓力容器和管道中常用的法蘭密封面型式和特點：1、突面（RF）光滑平面，可車制密紋水線。結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于進(jìn)行防腐襯里。接觸面積大，預(yù)緊時墊片容易往兩邊擠，不易壓緊。（a）突面§9-2法蘭連接2、凹凸面（MFM）凸面和凹面相配合，凹面上放置墊片，防止墊片被擠出，適用于壓力較高。（b）凹凸面§9-2法蘭連接凹凸面法蘭連接3、榫槽面(TG)槽中墊片不被擠動。螺栓力較小。獲得良好的密封效果。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，更換墊片較困難。榫面容易損壞，適于易燃、易爆、有毒介質(zhì)及較高壓力。壓力不大時，即使直徑較大，也能很好密封。（c）榫槽面§9-2法蘭連接榫槽面法蘭連接4、全平面（FF）與環(huán)連接面（RJ）全平面密封適合于壓力較小的場合（PN≤1.6MPa）；環(huán)連接面主要用在帶頸對焊法蘭與整體法蘭上，適用壓力范圍為（6.3MPa≤PN≤25.0MPa）。（d）全平面（e）環(huán)連接面（T型槽）§9-2法蘭連接光滑面凹凸面榫槽面環(huán)密封面按密封面型式分：突面法蘭凹凸面法蘭榫槽面法蘭環(huán)形密封面法蘭§9-2法蘭連接突面壓緊面：簡單，加工方便，裝卸容易，易于防腐襯里。壓緊面可以是平滑的，適用于PN≤2.5MPa場合，帶溝槽的（2～4條、寬×深為0.8mm×0.4mm、截面為三角形周向溝槽），防止非金屬墊片被擠出，適用更廣。

容器法蘭可用至6.4MPa，管法蘭甚至可用至25～42MPa，但隨著公稱壓力的提高，適用的公稱直徑相應(yīng)減小。由榫面、槽面配合構(gòu)成，墊片安放在槽內(nèi)，不會被擠出壓緊面，較少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕，所需螺栓力較小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換墊片較難，只適用于易燃、易爆和高度或極度毒性危害介質(zhì)等重要場合。凹凸壓緊面：榫槽壓緊面：各壓緊面結(jié)構(gòu)簡介安裝易于對中，有效防止墊片被擠出，適用于PN≤6.4MPa的容器法蘭和管法蘭?！?-2法蘭連接5、其他類型密封面高壓容器和高壓管道用球面（透鏡）和橢圓或八角形截面金屬墊片§9-2法蘭連接高壓管道的透鏡式密封§9-2法蘭連接圖9-3

雙錐密封結(jié)構(gòu)1-主螺母；2-墊圈；3-主螺栓；4-平蓋；5-雙錐環(huán)；6-軟金屬墊片；7-筒體端部；8-螺栓；9-托環(huán)

§9-2法蘭連接㈢墊片性能墊片適當(dāng)變形和回彈能力是形成密封的必要條件。最常用墊片分為非金屬、金屬、非金屬與金屬混合制的墊片§9-2法蘭連接非金屬墊片：橡膠石棉板、聚四氟乙烯等。柔軟耐溫度和壓力性能較金屬墊片差。只適用于常、中溫和中、低壓設(shè)備和管道的法蘭密封?！?-2法蘭連接金屬與非金屬混合制墊片：金屬包墊片及纏繞墊片等。金屬包墊片用薄金屬板（鍍鋅薄鋼板、0Cr18Ni9等）將非金屬包起來；金屬纏繞墊片是薄低碳鋼帶(或合金鋼帶)與石棉帶一起繞制而成。不帶定位圈和帶定位圈?！?-2法蘭連接金屬包墊片及纏繞墊片較單純的金屬墊片有較好的性能，適應(yīng)的溫度與壓力范圍較高一些。

§9-2法蘭連接金屬墊片：材料一般并不要求強度高，而是要求軟韌。常用是軟鋁、紫銅、鐵(軟鋼)、蒙耐爾合金(含Ni67％，Cu30％，Cr4～5％)鋼等。主要用于中、高溫和中、高壓法蘭聯(lián)接密封?！?-2法蘭連接墊片材料的選擇：根據(jù)溫度、壓力以及介質(zhì)腐蝕決定，同時考慮密封面形式、螺栓力的大小以及裝卸要求等。查表4-15§9-2法蘭連接§9-2法蘭連接四、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用石油、化工上用的法蘭標(biāo)準(zhǔn)有兩類：

一類是壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)一類是管法蘭標(biāo)準(zhǔn)§9-2法蘭連接㈠壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)

§9-2法蘭連接1．平焊法蘭：§9-2法蘭連接壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB4701－92平焊法蘭對焊法蘭§9-2法蘭連接§9-2法蘭連接§9-2法蘭連接2．對焊法蘭

長頸對焊法蘭有厚度更大的頸，剛性大。更高壓力范圍(PN0.6MPa～6.4MPa)和直徑范圍(DN300mm～2000mm)，適用溫度范圍為-20℃～450℃?！?-2法蘭連接平焊與對焊法蘭都有帶襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩種。當(dāng)設(shè)備是由不銹鋼制作時，采用碳鋼法蘭加不銹鋼襯環(huán)，可以節(jié)省不銹鋼?！?-2法蘭連接3、公稱直徑與公稱壓力根據(jù)公稱直徑與公稱壓力由法蘭標(biāo)準(zhǔn)確定法蘭尺寸壓力容器法蘭公稱直徑同壓力容器例如DN1000mm的壓力容器，應(yīng)當(dāng)配用DN1000mm的壓力容器法蘭?！?-2法蘭連接法蘭公稱壓力：與最大操作壓力、操作溫度以及材料有關(guān)。定義：以16MnR在200℃時的機械性能為基準(zhǔn)確定法蘭尺寸，在200℃時，它的最大允許操作壓力就認(rèn)為是具有該尺寸法蘭的公稱壓力?！?-2法蘭連接公稱壓力PNO.6MPa法蘭，用16MnR制造的，在200℃時，最大允許操作壓力0.6MPa。高于200℃的最大操作壓力將低于它的公稱壓力0.6MPa。低于200℃仍按200℃確定其最高工作壓力?！?-2法蘭連接材料改為Q235-A，機械性能比16MnR差，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，200℃操作，最大允許操作壓力也低于公稱壓力。材料由16MnR改為15MnVR，機械性能優(yōu)于16MnR，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，在200℃操作時，最大允許操作壓力將高于它的公稱壓力。只要法蘭的公稱直徑、公稱壓力確定了，法蘭的尺寸也就確定了?！?-2法蘭連接最大允許工作壓力的確定：§9-2法蘭連接為操作溫度300℃，設(shè)計壓力0.6MPa的容器選配法蘭。材料15MnVR按公稱壓力0.6MPa查取。材料20R按公稱壓力1.0MPa查取尺寸?！?-2法蘭連接㈡管法蘭標(biāo)準(zhǔn)同樣公稱直徑的容器法蘭和管法蘭的尺寸不相同，不能互相代用。管法蘭的型式除平焊、對焊法蘭外，還有鑄鋼法蘭、鑄鐵法蘭、活套法蘭、螺紋法蘭等。管法蘭標(biāo)準(zhǔn)查選方法、步驟與壓力容器法蘭同?！?-2法蘭連接GB9119.7-88外，常用標(biāo)準(zhǔn)還有：化工部標(biāo)準(zhǔn)HG20592～HG20602-97；中石化標(biāo)準(zhǔn)SH3406-96等。其中化工部標(biāo)準(zhǔn)中分為歐洲體系、美洲體系等，我國常用的為歐洲體系?！?-2法蘭連接例10-1：塔身與封頭的法蘭。塔內(nèi)徑1000mm，操作溫度280℃，設(shè)計壓力0.2MPa。Q235-A。根據(jù)操作溫度、設(shè)計壓力和所用材料，應(yīng)按公稱壓力為0.6MPa查選尺寸。壓力不高，直徑不大，用甲型平焊法蘭、平面密封面，墊片用石棉橡膠板。法蘭的各部尺寸從附錄表9中查，聯(lián)接螺栓材料Q235-A，M20共36個?！?-2法蘭連接思考題：1.法蘭墊片密封的原理是什么？影響密封的因素有哪些？2.法蘭的型式有哪些？各有什么特點？3.法蘭密封面型式有哪些？各適用什么場合？4.常用的墊片材料有哪些？§9-2法蘭連接目的檢查容器在使用過程中是否有裂紋、變形、腐蝕等缺陷產(chǎn)生。包括人孔、手孔等，其位置應(yīng)便于觀察或清理容器內(nèi)部。規(guī)定檢查孔最少數(shù)量與最小尺寸應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范的要求。不必開設(shè)檢查孔：（符合下列條件之一）筒體內(nèi)徑小于等于300mm的壓力容器；容器上設(shè)有可拆卸的封頭、蓋板或其它能夠開關(guān)的蓋子，其封頭、蓋板或蓋子的尺寸不小于所規(guī)定檢查孔的尺寸；§9-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔換熱器。無腐蝕或輕微腐蝕，無需做內(nèi)部檢查和清理的壓力容器；制冷裝置用壓力容器；應(yīng)在設(shè)計時采取相關(guān)措施，如對所有對接焊縫進(jìn)行100%的射線或超聲檢測；在設(shè)計圖樣上注明計算厚度，且在壓力容器在用期間或檢驗時重點進(jìn)行測厚檢查；相應(yīng)縮短檢驗周期。不能開設(shè)檢查孔時：§9-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔手孔與人孔檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝和拆卸內(nèi)部構(gòu)件。手孔直徑150mm～250mm，標(biāo)準(zhǔn)手孔公稱直徑有DN150和DN250兩種。手孔結(jié)構(gòu)：容器上接一短管，其上蓋一盲板?！?-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔人孔：設(shè)備直徑超過900mm，有手孔也設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形。橢圓形人孔短軸與筒身軸線平行。圓形人孔直徑400mm～600mm，容器壓力不高或有特殊需要時，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400mm×300mm?！?-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔人孔：筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄。使用中常打開，可用快開式結(jié)構(gòu)人孔。§9-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔手孔（HG21515～21527-95）和人孔（HG21528～21535-95）已有標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時根據(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。

§9-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔㈠視鏡

觀察內(nèi)部，也可用作物料液面指示鏡。分為不帶頸視鏡和帶頸視鏡。不帶頸視鏡——凸緣構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，不易結(jié)料，有比較寬闊的視察范圍?！?-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時，則需采用帶頸視鏡?！?-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔視鏡已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，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。§9-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔㈡液面計

公稱壓力不超過0.7MPa，開長條孔，矩形凸緣或法蘭把玻璃固定在設(shè)備上。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§9-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔設(shè)備直徑大，可同時用幾組液面計接管?，F(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。§9-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔用于裝置測量、控制儀表，或連接其他設(shè)備和介質(zhì)的輸送管道。㈠接口管

焊接設(shè)備的接口管長度§9-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔鑄造設(shè)備接管可與筒體一并鑄出。螺紋管主要用來接溫度計、壓力表或液面計等，陰螺紋或陽螺紋

§9-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔㈡凸緣接管長度必須很短時可用凸緣代替(又叫突出接口)凸緣本身有加強作用，不需另外補強。當(dāng)螺柱折斷在螺栓孔中，取出較困難。凸緣與管道法蘭配用，聯(lián)接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來確定?！?-3人孔、手孔、視鏡和液面計檢查孔容器為什么要開孔？工藝、安裝、檢修的要求。開孔后，為什么要補強？削弱器壁的強度，出現(xiàn)不連續(xù)，形成高應(yīng)力集中區(qū)。峰值應(yīng)力通常較高，達(dá)到甚至超過材料屈服極限。局部應(yīng)力較大，加之材質(zhì)和制造缺陷等,為降低峰值應(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?！?-4開孔和開孔補強開孔的形狀：應(yīng)力集中和開孔形狀有關(guān)，圓孔的應(yīng)力集中程度最低。平板在兩向拉力作用下，開大孔時孔邊受力情況§9-4開孔和開孔補強一、補強結(jié)構(gòu)補強結(jié)構(gòu)局部補強整體補強補強圈補強厚壁接管補強整鍛件補強§9-4開孔和開孔補強（1）補強圈補強結(jié)構(gòu)補強圈貼焊在殼體與接管連接處，見（a）圖優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用經(jīng)驗豐富圖9-5（a）補強圈補強缺點1）與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時，存在較大熱膨脹差，在補強局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；2）與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，抗疲勞性能差?！?-4開孔和開孔補強補強圈補強§9-4開孔和開孔補強補強圈補強補強圈補強補強圈中低壓容器應(yīng)用最多的補強結(jié)構(gòu)，一般使用在靜載、常溫、中低壓、材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度低于540MPa、補強圈厚度小于或等于1.5δn、殼體名義厚度δn不大于38mm的場合。應(yīng)用HG21506-92《補強圈》，JB/T4736-95《補強圈》標(biāo)準(zhǔn)§9-4開孔和開孔補強（2）厚壁接管補強結(jié)構(gòu)在開孔處焊上一段厚壁接管，見（b）圖。特點補強處于最大應(yīng)力區(qū)域，能更有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)。接管補強結(jié)構(gòu)簡單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易檢驗，補強效果較好。圖9-5（b）厚壁接管補強高強度低合金鋼制壓力容器由于材料缺口敏感性較高，一般都采用該結(jié)構(gòu)，但必須保證焊縫全熔透。應(yīng)用§9-4開孔和開孔補強厚壁接管補強厚壁接管補強圖9-5（c）整鍛件補強

（3）整鍛件補強整體鍛件§9-4開孔和開孔補強整鍛件補強整鍛件補強補強金屬集中于開孔應(yīng)力最大部位，能最有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)；可采用對接焊縫，并使焊縫及其熱影響區(qū)離開最大應(yīng)力點，抗疲勞性能好，疲勞壽命只降低10～15%。重要壓力容器，如核容器、材料屈服點在500MPa以上的容器開孔及受低溫、高溫、疲勞載荷容器的大直徑開孔容器等。結(jié)構(gòu)將接管和部分殼體連同補強部分做成整體鍛件，再與殼體和接管焊接，見（c）圖。優(yōu)點缺點鍛件供應(yīng)困難，制造成本較高。應(yīng)用§9-4開孔和開孔補強二、開孔補強設(shè)計準(zhǔn)則指采取適當(dāng)增加殼體或接管厚度的方法將應(yīng)力集中系數(shù)減小到某一允許數(shù)值。開孔補強設(shè)計：開孔補強設(shè)計準(zhǔn)則彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則——等面積補強法塑性失效準(zhǔn)則—極限分析法§9-4開孔和開孔補強（1）等面積補強定義：殼體因開孔被削弱的承載面積，須有補強材料在離孔邊一定距離范圍內(nèi)予以等面積補償。原理：以雙向受拉伸的無限大平板上開有小孔時孔邊的應(yīng)力集中作為理論基礎(chǔ)的，即僅考慮殼體中存在的拉伸薄膜應(yīng)力，且以補強殼體的一次應(yīng)力強度作為設(shè)計準(zhǔn)則。故對小直徑的開孔安全可靠。問題：沒有考慮開孔處應(yīng)力集中的影響，沒有計入容器直徑變化的影響，補強后對不同接管會得到不同的應(yīng)力集中系數(shù)，即安全裕量不同，因此有時顯得富裕，有時顯得不足。優(yōu)點：長期實踐經(jīng)驗，簡單易行，當(dāng)開孔較大時，只要對其開孔尺寸和形狀等予以一定的配套限制，在一般壓力容器使用條件下能夠保證安全，因此不少國家的容器設(shè)計規(guī)范主要采用該方法，如ASMEⅧ-1和GB150等?！?-4開孔和開孔補強該法要求帶有某種補強結(jié)構(gòu)的接管與殼體發(fā)生塑性失效時的極限壓力和無接管時的殼體極限壓力基本相同。（2）極限分析補強定義：§9-4開孔和開孔補強三、允許不另行補強的最大開孔直徑焊接接頭系數(shù)小于1但開孔位置不在焊縫上等等強度裕量接管和殼體實際厚度大于強度需要的厚度接管根部有填角焊縫上述因素相當(dāng)于對殼體進(jìn)行了局部加強，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開孔處的最大應(yīng)力。因此，對于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補強?！?-4開孔和開孔補強GB150規(guī)定：在設(shè)計壓力≤2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）大于兩孔直徑之和的2倍，接管公稱外徑≤89mm，只要接管最小厚度滿足表9-2要求。表9-2

不另行補強的接管最小厚度mm6.05.04.03.5897665574845383225接管公稱外徑最小厚度不另行補強的條件§9-4開孔和開孔補強GB150對開孔最大直徑的限制：四、等面積補強計算主要用于補強圈結(jié)構(gòu)的補強計算?；驹瓌t：使有效補強的金屬面積，等于或大于開孔所削弱的金屬面積。（1）允許開孔的范圍a.圓筒上開孔的限制：內(nèi)徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑d≤，且d≤520mm；內(nèi)徑Di＞1500mm時，開孔最大直徑d≤，且d≤1000mm?！?-4開孔和開孔補強b.凸形封頭或球殼上開孔最大直徑d≤。c.錐殼（或錐形封頭）上開孔最大直徑d≤，Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。d.在橢圓形或碟形封頭過渡部分開孔時，其孔的中心線宜垂直于封頭表面?！?-4開孔和開孔補強a、內(nèi)壓圓筒或球殼：式中A—開孔削弱所需要的補強面積，mm2；

d—開孔直徑，●圓形孔：d=dit+2Cdit—接管內(nèi)直徑；●橢圓形或長圓形孔：取所考慮平面上的尺寸（弦長，包括厚度附加量），mm；（2）所需最小補強面積A§9-4開孔和開孔補強

δ—殼體開孔處的計算厚度，mm；

δet—接管有效厚度，δet=δnt-C，mm；

fr—強度削弱系數(shù)，等于設(shè)計溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比，當(dāng)該值大于1.0時，取fr=1.0?！?-4開孔和開孔補強外壓圓筒或球殼：平蓋開孔直徑d≤0.5Di：式中δp—平蓋計算厚度，mm。開孔造成的削弱是抗彎截面模量而不是指承載截面積。按照等面積補強的基本出發(fā)點，由于開孔引起的抗彎截面模量的削弱必須在有效補強范圍內(nèi)得到補強，所需補強的截面積僅為因開孔而引起削弱截面積的一半。b、外壓容器或平蓋：§9-4開孔和開孔補強圖9-6有效補強范圍示意圖（a）在一定范圍內(nèi)能起補強作用，除了此范圍，則起不到補強作用。有效補強區(qū)：矩形WXYZ，見圖9-6。（3）有效補強范圍§9-4開孔和開孔補強有效寬度B：按下式計算，取二者中較大值B=2dB=d+2δn+2δnt式中B—補強有效寬度，mm；

δn—殼體開孔處的名義厚度，mm；

δnt—接管名義厚度，mm。§9-4開孔和開孔補強內(nèi)外側(cè)有效高度：按式（a）和式（b）計算，分別取式中較小值（a）（b）外側(cè)高度h1=接管實際外伸高度

h2=接管實際內(nèi)伸高度內(nèi)側(cè)高度§9-4開孔和開孔補強

有效補強區(qū)WXYZ范圍內(nèi)，可作為有效補強的金屬面積有以下幾部分：(4)補強范圍內(nèi)補強金屬面積Ae①A1—殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積。

②A2—接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積。④A4—有效補強區(qū)內(nèi)另外再增加的補強元件的金屬截面積。③A3—有效補強區(qū)內(nèi)焊縫金屬的截面積?！?-4開孔和開孔補強圖9-6有效補強范圍示意圖（b）§9-4開孔和開孔補強式中Ae—有效補強范圍內(nèi)另加的補強面積，mm2；（也可以說是強度裕量）

δe—殼體開孔處的有效厚度，mm；

δt—接管計算厚度，mm。若Ae=A1+A2+A3≥A則開孔后不需要另行補強。

若Ae=A1+A2+A3＜A則開孔需要另外補強，所增加的補強金屬截面積A4應(yīng)滿足

A4≥A-Ae

§9-4開孔和開孔補強補強材料一般需與殼體材料相同，若補強材料許用應(yīng)力小于殼體材料許用應(yīng)力，則補強面積按殼體材料與補強材料許用應(yīng)力之比而增加。若補強材料許用應(yīng)力大于殼體材料許用應(yīng)力，則所需補強面積不得減少。要求：孔周邊會出現(xiàn)較大的局部應(yīng)力，采用分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法和壓力面積法等方法進(jìn)行分析計算。大開孔補強：GB150-1998《鋼制壓力容器》第78頁至第81頁多個開孔補強：§9-4開孔和開孔補強開孔所需最小補強面積主要由dδ確定，當(dāng)在內(nèi)壓橢圓形封頭或內(nèi)壓碟形封頭上開孔時，則應(yīng)區(qū)分不同的開孔位置取不同的計算厚度。五、接管方位§9-4開孔和開孔補強在80%以外開孔：δ按橢圓形封頭的厚度計算式（13-45）計算：開孔在橢圓形封頭上式中，K1為橢圓形長短軸比值決定的系數(shù)，由表4-5查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭：K1＝0.9開孔位于以橢圓形封頭中心為中心，80%封頭內(nèi)直徑的范圍內(nèi)：中心部位可視為當(dāng)量半徑Ri=K1Di的球殼，若為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，K=1§9-4開孔和開孔補強開孔位于封頭球面部分內(nèi)：取式中的碟形封頭形狀系數(shù)M=1，開孔在碟形封頭上此范圍之外：δ按碟形封頭的厚度計算式計算，§9-4開孔和開孔補強若橢圓孔的長軸和短軸之比不超過2.5，一般仍采用等面積補強法。非徑向接管：盡可能采用徑向接管。原因：圓筒或封頭上須開橢圓形孔，應(yīng)力集中系數(shù)增大，抗疲勞失效的能力降低。非徑向接管的開孔補強計算：§9-4開孔和開孔補強支座是用來支承容器及設(shè)備重量，并使其固定在某一位置的壓力容器附件。在某些場合還受到風(fēng)載荷、地震載荷等動載荷的作用。一、支座支座耳式支座支撐式支座腿式支座裙式支座立式支座鞍式支座圈式支座支腿支座臥式支座§9-5容器支座1.立式容器支座

（1）耳式支座（懸掛式支座）結(jié)構(gòu)：由筋板和支腳板組成，廣泛用于反應(yīng)釜及立式換熱器等直立設(shè)備上。特點：簡單、輕便，但對器壁會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。因此，當(dāng)容器較大或器壁較薄時，應(yīng)在支座與器壁間加一墊板，墊板的材料最好與筒體材料相同。例如：不銹鋼容器用碳素鋼作支座時，為防止器壁與支座在焊接過程中合金元素的流失，應(yīng)在支座與器壁間加一不銹鋼墊板。標(biāo)準(zhǔn)：

JB/T4725《耳式支座》，它將耳式支座分為A型（短臂）和B型（長臂）兩類，每類又有帶墊板和不帶墊板兩種，不帶墊板的分別以AN和BN表示。B型耳式支座有較大的安裝尺寸，當(dāng)容器外面包有保溫層，或者將容器直接放置在樓板上時，宜選用B型?！?-5容器支座1-墊板；2-筋板；3-支腳板圖9-7

耳式支座§9-5容器支座帶墊板的耳式支座§9-5容器支座（2）支承式支座結(jié)構(gòu)：在容器封頭底部焊上數(shù)根支柱，直接支承在基礎(chǔ)地面上。應(yīng)用：高度不大、安裝位置距基礎(chǔ)面較近且具有凸形封頭的立式容器。特點：簡單方便，但它對容器封頭會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，因此當(dāng)容器較大或殼體較薄時，必須在支座和封頭間加墊板，以改善殼體局部受力情況。標(biāo)準(zhǔn)：

JB/T4724《支承式座》。它將支承式支座分為A型和B型，A型支座由鋼板焊制而成；B型支座采用鋼管作支柱。支座與封頭連接處是否加墊板，應(yīng)根據(jù)容器材料和容器與支座焊接部位的強度及穩(wěn)定性決定?！?-5容器支座圖9-8

支承式支座A型B型§9-5容器支座帶墊板的支承式支座§9-5容器支座（3）腿式支座（支腿）特點：結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、安裝方便，在容器下面有較大的操作維修空間。但當(dāng)容器上的管線直接與產(chǎn)生脈動載荷的機器設(shè)備剛性連接時，不宜選用腿式支座。選用：1）根據(jù)容器公稱直徑DN和總質(zhì)量選取相應(yīng)的支座號和支座數(shù)量，2）計算支座承受的實際載荷，使其不大于支座允許載荷。除容器總質(zhì)量外，實際載荷還應(yīng)綜合考慮風(fēng)載荷、地震載荷和偏心載荷。圖9-9腿式支座§9-5容器支座標(biāo)準(zhǔn)：JB/T4713《腿式支座》。A型：角鋼支柱，易與容器圓筒相吻合、焊接安裝較為容易；B型：鋼管支柱，所有方向上具有相同截面系數(shù)、較高抗受壓失穩(wěn)能力，又有帶墊板與不帶墊板。應(yīng)用：多用于高度較小的中小型立式容器中。與支承式支座的區(qū)別：腿式支座是支承在容器的圓柱體部分，而支承式支座是支承在容器的底封頭上。選用：1）根據(jù)容器公稱直徑DN和總質(zhì)量選取相應(yīng)的支座號和支座數(shù)量，2）計算支座承受的實際載荷，使其不大于支座允許載荷。除容器總質(zhì)量外，實際載荷還應(yīng)綜合考慮風(fēng)載荷、地震載荷和偏心載荷。§9-5容器支座（4）裙式支座應(yīng)用：高大的立式容器，特別是塔器。形式：圓筒形裙座和圓錐形裙座。第7章詳細(xì)介紹。§9-5容器支座裙座的結(jié)構(gòu)1—塔體;2—保溫支承圈;3—無保溫時排氣孔;4—裙座筒體;5—人孔;6—螺栓座;7—基礎(chǔ)環(huán);8—有保溫時排氣孔;9—引出管通道;10—排液孔§9-5容器支座裙座結(jié)構(gòu)§9-5容器支座裙座結(jié)構(gòu)2．臥式容器支座形式：鞍座、圈座及支腿三種其它：圈座：用于大直徑薄壁容器和真空容器，增加局部剛度。支腿：重量較輕的小型容器。詳見第5章。應(yīng)用：常見的大型臥式儲罐、換熱器等多采用鞍座。是應(yīng)用最為廣泛的一種臥式容器支座?！?-5容器支座封頭筒體支座（鞍座）鞍式支座§9-5容器支座鞍式支座§9-5容器支座鞍式支座§9-5容器支座應(yīng)用最廣泛的臥式容器支座。已有標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712-92《鞍式支座》，根據(jù)容器公稱直徑和重量選用。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)?！?-5容器支座鞍座包角120°或150°，安放穩(wěn)定。高度200、300、400和500mm。寬度b根據(jù)容器公稱直徑查出?！?-5容器支座鞍座的種類與安裝：鞍座分為A型（輕型）和B型（重型），重型又分為BⅠ～BⅤ五種型號。A型和B型的筋板和底板、墊板等尺寸不同或數(shù)量不同?！?-5容器支座

每種型式鞍座又分為:

固定式支座（代號F)：底板上開圓形螺栓孔滑動式支座（S)：底座開長圓形螺栓孔（安裝）§9-5容器支座鞍座與筒體端部距離A確定：當(dāng)L/D較大，且無加強圈，應(yīng)盡量利用封頭對支座處筒體的加強作用，取A≤0.25D；當(dāng)筒體的L/D較小，d/D較大，或有加強圈時，取A≤0.2L?！?-5容器支座圈座圈座§9-5容器支座保證壓力容器安全運行，超壓時能自動卸壓，防止發(fā)生超壓爆炸的附屬機構(gòu)。包括安全閥、爆破片，以及兩者的組合裝置。目的：一、安全泄放原理

2.自動報警作用。因為排放氣體時，介質(zhì)是以高速噴出，常常發(fā)出較大的響聲，相當(dāng)于報警音響訊號。作用：1.正常工作壓力下運行時，保持嚴(yán)密不漏；超過限定值時，能自動、迅速地排泄出容器內(nèi)介質(zhì)，使容器內(nèi)的壓力始終保持在許用壓力范圍以內(nèi)?！?-6安全泄放裝置1.安全泄放裝置的額定泄放量應(yīng)不小于容器的安全泄放量。2.有超壓可能的容器，才單獨配備安全泄放裝置，并非每臺容器都必須直接配置。要求：安全泄放裝置的額定泄放量：指容器超壓時為保證它的壓力不會再升高而在單位時間內(nèi)所必須泄放的氣量。容器的安全泄放量：對于不同的壓力容器應(yīng)按不同的方法取其值指它在全開狀態(tài)時，在排放壓力下單位時間內(nèi)所能排出的氣量。§9-6安全泄放裝置二、安全閥

作用通過閥的自動開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。優(yōu)點：僅排放容器內(nèi)高于規(guī)定值的部分壓力，當(dāng)容器內(nèi)的壓力降至稍低于正常操作壓力時，能自動關(guān)閉，避免一旦容器超壓就把全部氣體排出而造成浪費和中斷生產(chǎn)；可重復(fù)使用多次，安裝調(diào)整也比較容易。缺點：密封性能較差，閥的開啟有滯后現(xiàn)象，泄壓反應(yīng)較慢?！?-6安全泄放裝置1.結(jié)構(gòu)與類型

結(jié)構(gòu)：主要由閥座、閥瓣和加載機構(gòu)組成。閥瓣與閥座緊扣在一起，形成一密封面，閥瓣上面是加載機構(gòu)。工作原理：（1）安全閥通過作用在閥瓣上的兩個力的不平衡作用，使其關(guān)閉或開啟，達(dá)到自動控制壓力容器超壓的目的。（2）正常工作壓力時，容器內(nèi)介質(zhì)作用于閥瓣上的力小于加載機構(gòu)施加在它上面的力，兩力之差在閥瓣與閥座之間構(gòu)成密封比壓，使閥瓣緊壓著閥座，容器內(nèi)的氣體無法排出?！?-6安全泄放裝置（3）容器內(nèi)壓力超過額定的壓力并達(dá)到安全閥的開