化工機(jī)械基礎(chǔ)第十五章

1、第十五章 壓力容器通用零部件,15.1 概述,容器的零部件(例如封頭、法蘭、支座、人孔、手孔等)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。 許多化工設(shè)備(例如貯槽、換熱器、搪玻璃與陶瓷反應(yīng)器)也有了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。 目的：掌握這些標(biāo)準(zhǔn)零部件的選用和理解相應(yīng) 的標(biāo)準(zhǔn)。,15.2 公稱直徑和公稱壓力,公稱直徑DN：為了設(shè)計(jì)、制造、使用的方便，制定系列標(biāo)準(zhǔn)時(shí)規(guī)定了若干尺寸系列，這些規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列即為公稱直徑，以DN表示，單位mm。（管子：DN10、15、20、25、32、40等等；壓力容器：DN300、350、400、450、500等等） 公稱壓力PN：為了設(shè)計(jì)、制造、使用的方便，制定系列標(biāo)準(zhǔn)時(shí)規(guī)定了若干壓力等級(jí)，這些規(guī)定的

2、標(biāo)準(zhǔn)壓力等級(jí)即為公稱壓力，以PN表示，單位MPa。（PN0.25、0.6、1.0、1.6、2.5等等）,公稱直徑,1. 壓力容器的公稱直徑 鋼板卷焊:公稱直徑是內(nèi)徑。,容器直徑較小，可直接用無(wú)縫鋼管制作。公稱直徑指鋼管外徑。,無(wú)縫鋼管制作筒體時(shí) 容器的公稱直徑（mm）,1. 壓力容器的公稱直徑（續(xù)）,設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)整為符合表15-1所規(guī)定的公稱直徑。 封頭的公稱直徑與筒體一致。,1. 壓力容器的公稱直徑（續(xù)）,2.管子的公稱直徑,也稱公稱口徑、公稱通徑。 管子的“公稱直徑”既不是管子的內(nèi)徑，也不是管子的外徑，而是一個(gè)與內(nèi)徑接近的整齊的數(shù)。 管子的公稱直徑確定時(shí)，其外

3、徑也就確定了。,無(wú)縫鋼管的公稱尺寸：,分熱軋管和冷拔管。 無(wú)縫鋼管通常不用公稱直徑表示，而是以外徑乘厚度表示。 在管道工程中，管徑超過(guò)57mm時(shí)，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。,3. 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視鏡是指窺視孔的直徑為80mm。, 公稱壓力,為了設(shè)計(jì)、制造、使用的方便，制定系列標(biāo)準(zhǔn)時(shí)規(guī)定了若干壓力等

4、級(jí)，這些規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力等級(jí)即為公稱壓力，以PN表示，單位MPa。,國(guó)際上通用的壓力等級(jí)有兩大體系： 歐洲體系和美洲體系,歐洲體系和美洲體系：2.0、5.0、11.0、15.0、26.0、42.0等等。,歐洲體系和美洲體系：0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0等等。,設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)壓力)調(diào)整為所規(guī)定的某一公稱壓力等級(jí)，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(jì)，設(shè)計(jì)壓力就不必符合規(guī)定的公稱壓力。,注意：,15.3 法蘭連接,一、法蘭連接結(jié)構(gòu),法蘭分類方法較多,按

5、法蘭接觸面寬窄,窄面法蘭：法蘭的接觸面處在螺栓孔 圓周以內(nèi),寬面法蘭：法蘭的接觸面擴(kuò)展到螺栓孔 圓周外側(cè),按法蘭應(yīng)用場(chǎng)合,容器法蘭,管法蘭,與此對(duì)應(yīng)，法蘭標(biāo)準(zhǔn)也有 容器法蘭和管法蘭標(biāo)準(zhǔn),1、法蘭的分類,（活套法蘭、螺紋法蘭、搭接法蘭）,（帶頸法蘭、全焊透平焊法蘭）,（焊接法蘭）,法蘭結(jié)構(gòu)類型（松式法蘭）,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(gè)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。,活套法蘭,螺紋法蘭,搭接法蘭,整體法蘭,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)全焊透的平焊法蘭,整體法蘭,整體法蘭

6、,任意式法蘭,法蘭結(jié)構(gòu)類型（任意式法蘭）,從結(jié)構(gòu)來(lái)看，這種法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體法蘭和松式法蘭之間。,任意式法蘭,任意式法蘭,任意式法蘭,2、密封面形式,凹凸面法蘭連接,榫槽面法蘭連接,更具壓力容器法蘭的標(biāo)準(zhǔn)，法蘭可以分為： （1）甲型平焊法蘭 （2）乙型平焊法蘭 （3）長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭,壓力容器法蘭的標(biāo)準(zhǔn)：JB/T4700 JB/T4707,容器法蘭標(biāo)準(zhǔn),壓力容器法蘭的使用范圍及所用材料，見(jiàn)表15-4所示。,甲型平焊法蘭,乙型平焊法蘭,長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭,例： PN2.5長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭（JB4703），在-20200時(shí)的允許工作壓力為2.5MPa，但若將它用于400，它的最高允許工作壓力為1

7、.93MPa；若改用20號(hào)鋼制造，則-20200的允許工作壓力為1.81MPa，而溫度升高到400時(shí)，允許工作壓力降低為1.26MPa。,公稱壓力是以16Mn、 16MnR在200時(shí)的最高工作壓力為依據(jù)制定的，因此當(dāng)法蘭材料和工作溫度不同時(shí)，最大工作壓力將降低或升高。（表15-5）,容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）,因此，選用的法蘭壓力等級(jí)應(yīng)不低于法蘭材料在工作溫度下的允許工作壓力。,法蘭的名稱及代號(hào)：表15-6 法蘭密封面形式代號(hào)：表15-7,壓力容器法蘭的標(biāo)記：法蘭名稱及代號(hào)+密封面形式+公稱直徑+公稱壓力+所用標(biāo)準(zhǔn)號(hào)。,容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）,例：公稱壓力為1.6MPa、公稱直徑為1000mm的襯環(huán)榫密封

8、面、乙型平焊法蘭的標(biāo)記為： 法蘭 C-T1000-1.6 JB/T 4702-2000,考慮到HG2059220635管法蘭標(biāo)準(zhǔn)系列的適用范圍廣、材料品種齊全，在選用管法蘭時(shí)建議優(yōu)先采用該標(biāo)準(zhǔn)。,根據(jù)容器或管道的公稱直徑、公稱壓力、工作溫度、工作介質(zhì)特性以及法蘭材料進(jìn)行選用。,依據(jù)：,標(biāo)準(zhǔn)法蘭的選用,管法蘭標(biāo)準(zhǔn),（1）管法蘭的類型：圖15-7，表15-8。 （2）管法蘭的密封面形式：圖15-8，表15-9、15-10。 （3）管法蘭的標(biāo)記：標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、法蘭的類型代號(hào)、公稱直徑、公稱壓力、密封面形式代號(hào)、鋼管壁厚、材料牌號(hào)、其他。,例：公稱通徑DN=100mm、公稱壓力為10.0MPa、配用公制管的

9、凹面帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭，材料為16Mn。鋼管壁厚為8mm。 標(biāo)記：HG20592 法蘭 WN100-10.0FM =8mm 16Mn,管法蘭標(biāo)準(zhǔn)(續(xù)),第四節(jié) 容器支座,一、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。,應(yīng)用： 常見(jiàn)的大型臥式儲(chǔ)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。,封頭,筒體,支座 （鞍座）,鞍式支座,A0.5Rm（Rm為圓筒平均半徑）或A0.2L,鞍式支座,墊板,腹板,底板,肋板（筋板）,4.3.6 支座和檢查孔,過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì),鞍式支座,圈座,支腿,鞍式支座,標(biāo)

10、準(zhǔn)： JB/T4712.1-2007鞍式支座 標(biāo)準(zhǔn)鞍座的包角為120和150兩種。 鞍座的公稱直徑為筒體的公稱直徑，每一公稱直徑有輕型（A）和重型（B）。 每一形式的鞍座又有固定式（F）和滑動(dòng)式（S）兩種安裝形式。,鞍式支座的選用，其步驟如下：,1、已知容器的重量，算出作用在每個(gè)鞍座上的實(shí)際負(fù)荷Q； 2、根據(jù)容器的公稱直徑和支座的高度，從JB/T4712.1中查出輕型（A）和重型（B）兩個(gè)允許負(fù)荷值Q； 3、按Q Q（略大），選取相應(yīng)的鞍座。,鞍式支座的標(biāo)記：,1-墊板； 2-筋板； 3-支腳板,耳式支座,（1）耳式支座 （懸掛式支座）,帶墊板的耳式支座,（1）耳式支座 （懸掛式支座）,結(jié)構(gòu)：

11、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(diǎn)：簡(jiǎn)單、輕便，但對(duì)器壁會(huì)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(shí)，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(shí)，為防止器壁與支座在焊接過(guò)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/T4712.3-2007耳式支座， 它將耳式支座分為A型（短臂）和B型（長(zhǎng)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(shí)，宜選用B型。,耳式支座的選用，其步驟如下：,1、

12、已知容器的重量，算出作用在每個(gè)鞍座上的實(shí)際負(fù)荷Q； 2、根據(jù)容器的公稱直徑，從JB/T4712.3中查出相應(yīng)公稱直徑的允許負(fù)荷值Q； 3、按Q Q（略大），選取相應(yīng)的耳座。,耳式支座的標(biāo)記：,（2）支承式支座,帶墊板的支承式支座,支承式支座的選用，其步驟如下：,1、已知容器的重量，算出作用在每個(gè)鞍座上的實(shí)際負(fù)荷Q； 2、根據(jù)容器的公稱直徑，從JB/T4712.4中查出A型或B型支座的允許負(fù)荷值Q ； 3、按Q Q（略大），選取相應(yīng)的支承式座。,支承式支座的標(biāo)記：,（3）腿式支座（支腿）,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)載荷的機(jī)器設(shè)備

13、剛性連接時(shí)，不宜選用腿式支座。,腿式支座,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。,標(biāo)準(zhǔn)： JB/T4712.2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，又有帶墊板與不帶墊板 ； 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。 C型：H型鋼支柱，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。,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(hào)和支座數(shù)量，2）計(jì)算支座承受的實(shí)際載荷，使其不大于支座允許載荷。 除容器總質(zhì)量外，實(shí)際載荷還應(yīng)綜合考慮風(fēng)載荷、地震載荷和

14、偏心載荷。,腿式支座的選用，其步驟如下：,1、已知容器的重量，算出作用在每個(gè)鞍座上的實(shí)際負(fù)荷Q； 2、根據(jù)容器的公稱直徑，從JB/T4712. 2中查出A型、B型和C型支座的允許負(fù)荷值Q ； 3、按Q Q（略大），選取相應(yīng)的腿式座。,腿式支座的標(biāo)記：,裙座結(jié)構(gòu),（4）裙式支座,裙座結(jié)構(gòu),裙座的結(jié)構(gòu),1塔體; 2保溫支承圈; 3無(wú)保溫時(shí)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(shí)排氣孔; 9引出管通道; 10排液孔,（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。,標(biāo)準(zhǔn)：JB/T4710-2005鋼制塔式容器。,一、容器主要的開(kāi)孔裝

15、置,1、管口,物料的進(jìn)出口，安裝測(cè)量、控制儀表等。,2、人孔和手孔,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,固定式壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程規(guī)定，檢查孔的開(kāi)設(shè)位置、數(shù)量和尺寸等應(yīng)當(dāng)滿足進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)的需要。 （1）Di1000，應(yīng)至少開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔； （2）500Di1000，開(kāi)設(shè)一個(gè)人孔或兩個(gè)手孔； （3） 300Di500，至少開(kāi)設(shè)兩個(gè)手孔。,第五節(jié)、容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng),一、容器主要的開(kāi)孔裝置,規(guī)定,不必開(kāi)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(kāi)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； 無(wú)腐蝕

16、或輕微腐蝕，無(wú)需做內(nèi)部檢查和清理的壓力容器； 制冷裝置用壓力容器； 換熱器。,第五節(jié)、容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng),應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)采取相關(guān)措施，如對(duì)所有對(duì)接焊縫進(jìn)行100%的射線或超聲檢測(cè)；在設(shè)計(jì)圖樣上注明計(jì)算厚度，且在壓力容器在用期間或檢驗(yàn)時(shí)重點(diǎn)進(jìn)行測(cè)厚檢查；相應(yīng)縮短檢驗(yàn)周期。,不能開(kāi)設(shè)檢查孔時(shí)：,二、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu),a.圓筒上開(kāi)孔的限制 內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑dDi/2且d500mm. 內(nèi)徑Di1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d Di/3且d1000mm. b. 凸形封頭或球殼上開(kāi)孔最大直徑d Di/2. c. 錐殼（或錐形封頭）上開(kāi)孔最大直徑d Di/3 ，Di為開(kāi) 孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。

17、d. 在橢圓形或碟形封頭過(guò)渡部分開(kāi)孔時(shí)，其孔的中心線宜垂 直于封頭表面。,1、容器上的允許開(kāi)孔范圍（GB150對(duì)開(kāi)孔最大直徑的限制）,2、允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑,上述因素相當(dāng)于對(duì)殼體進(jìn)行了局部加強(qiáng)，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開(kāi)孔處的最大應(yīng)力。因此，對(duì)于滿足一定條件的開(kāi)孔接管，可以不予補(bǔ)強(qiáng)。,GB150規(guī)定殼體開(kāi)孔滿足下述全部條件，可不另行不強(qiáng)：,1、設(shè)計(jì)壓力2.5MPa； 2、兩相鄰開(kāi)孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長(zhǎng)計(jì)算）大于兩孔直徑之和的2倍； 3、接管公稱外徑89mm 4、接管最小厚度滿足表15-11的要求。,表15-11 不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度 mm,接管公稱外徑,最小厚度,3、補(bǔ)

18、強(qiáng)連接形式,補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu),局部補(bǔ)強(qiáng),整體補(bǔ)強(qiáng),補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),厚壁接管補(bǔ)強(qiáng),（整鍛件補(bǔ)強(qiáng)）,（1）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),結(jié)構(gòu),補(bǔ)強(qiáng)圈貼焊在殼體與接管連接處，見(jiàn)（a）圖,優(yōu)點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，使用經(jīng)驗(yàn)豐富,圖4-37 （a）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),缺點(diǎn),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(shí)，存在較大熱膨脹差，在補(bǔ)強(qiáng)局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力； 2）與殼體采用搭接焊接，容易形成裂紋，抗疲勞性能差。,補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),補(bǔ)強(qiáng)圈,1、中低壓容器應(yīng)用最多的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，一般使用在 靜載、常溫、中低壓； 2、材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度低于540MPa； 3、補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5n； 4、殼體名義厚度n38mm的場(chǎng)合。,應(yīng)用,JB/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈,標(biāo)準(zhǔn),（2）厚壁接管補(bǔ)強(qiáng),結(jié)構(gòu),在開(kāi)孔處焊上一段厚壁接管，見(jiàn)（b）圖。,特點(diǎn),補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易