压力容器设计中管口法兰密封面选择的探讨
压力容器零部件设计---法兰设计
②凹凸型
优点：便于对中，垫圈 放在凹面不易挤出，密 封面窄比压大。
缺点：加工量大
适用：压力稍高
③榫槽型
优点：密封面窄，不与 介质接触，
缺点：拆卸难，垫圈不 易清理
适用：压力更高，密封 要求严
④梯形槽：
与椭圆型或八角型金 属垫圈配用。
特点：槽的锥面与垫 圈成线（或窄面）接 触密封。
法兰的类型
1）压力容器法兰：连接筒体与封头、筒体与筒体、 法兰与管板。
2）管法兰：管道之间连接。
思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？
思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？
答：不能。 因为： 压力容器法兰的公称直径通常是与其连接的筒体的
适用：温度、压力有 波动，介质渗透性
密封面的选用原则
首先必须保证密封可靠， 然后力求加工容易，装配方便、成本低。
垫圈（垫片）
垫圈是法兰连接的核心，密封效果的好坏主 要取决于垫圈的密封性能。
垫圈材料的要求：
耐介质腐蚀、不与操作介质发生化学反应， 不污染产品和环境， 具有良好的弹性， 有一定的机械强度和适当的柔软性， 在工作温度和压力下不易变质（硬化、老化、软化）。
法兰设计的重要概念
1、预紧密封比压：
预紧时(无内压），迫使 垫片变形与压紧面密合， 形成初始密封条件。此时 在垫片单位面积上的压紧 力。（也称最小压紧应力 MPa）
法兰设计的重要概念
2、工作密封比压：操
作时(有内压），压紧力 减小，垫片具有足够的回 弹能力，回复的变形能够 补偿螺栓和密封面的变形， 此时预紧密封比压下降到 正常工作的最小值 。 （MPa）
压力容器的设计步骤。
压力容器的设计步骤。
本文介绍了储气罐——压力的设计步骤。
首先，确定了储气罐的各项参数，包括最高工作压力、工作温度和工作介质等。
根据这些参数，确定了储气罐的类型，本例为第Ⅰ类。
接下来，确定了设计参数。
首先确定了设计压力，根据介质的危害性和所附带的安全装置，取下限1.05，得到设计压力为Pc=1.05x1.4.其次确定了设计温度，考虑环境温度，本例取常温为设计温度。
然后确定了几何容积和腐蚀裕量，根据受压元件的材质、介质对受压元件的腐蚀率、使用环境和的使用寿命来确定。
最后确定了焊缝系数和主要受压元件材质的选择。
在满足安全和使用条件的前提下，还要考虑工艺性和经济性，本例选用了Q235、16MnR和0Cr18Ni9这几种材料。
1.0Cr18Ni9常用于低于-20℃的低温和对介质有洁净要求的，例如低温分离器和氟利昂蒸发器。
2.16MnR常用于对安全性要求较高、使用Q235-B时壁厚较大的，例如油和天然气。
3.Q235-B是最广泛和经济的使用材料，GB150第9页对其使用条件作了详细规定：设计压力≤1.6MPa；钢板使用温度℃~350℃；用于壳体时厚度不得大于20mm，且不得用于高度危害的介质。
储气罐使用压力、温度和介质都符合Q235-B 的条件，厚度还未知，若超过了20mm，能使用16MnR。
因此，我们暂定使用Q235-B。
3.确定设备基本尺寸1) 确定直径首先需要确定直径。
如果是圆筒型压力，一般取长径比为2~5，很多情况下取2~3就可以了。
本例要求的几何容积为2m3.先设定直径，再根据此直径和容积求出筒体高度，验算其长径比。
设定的直径应符合封头的规格。
有了直径，可以按照GB150公式计算出厚度。
此厚度即为计算厚度，其名义厚度为计算厚度与腐蚀裕量之和，再向上圆整到钢板的商品厚度。
如果腐蚀裕量为2mm，与计算厚度之和为10.30mm，与之最接近的钢板商品厚度为12mm，因此确定厚度为12mm，并且此值符合Q235-B对厚度不超过20mm的要求。
管口载荷对压力容器设计计算影响
管口载荷对压力容器设计计算影响
田健
【期刊名称】《石化技术》
【年(卷),期】2023(30)1
【摘要】压力容器设计计算过程中需考虑管口载荷影响,管口局部应力有多种计算方法,设计过程中应根据管口位置、补强形式、接管开孔率等选取。
管口载荷计算还需考虑其引起的法兰密封面失效,可通过外载荷等效为计算压力方法对管口法兰及螺栓校核。
当设备自重较小、管口载荷较大时,还应考虑管口载荷对设备支撑结构影响,可通过将管口载荷叠加到设备自重或折算成外部弯矩的方法进行计算。
【总页数】3页(P130-132)
【作者】田健
【作者单位】中海油石化工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH4
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压力容器设计过程中的一些案例分析
国外某项目中某台夹套设备，夹套设计温度为400°C。此设备在国外有一样的设备正在运行使用，材料为SA-240 316/316L（双牌号材料）。但是目前的这台设备的材料为SA-240 316L，其它设计条件和原来的一样。算下来的厚度却相差很多。
作为常识，316和316L的许用应力在高温下差别很明显，超低碳钢材料在高温下许用应力下降的很快。实际上，这两种材料的外压曲线也是大不一样，SA-240 316的外压曲线为HA-2，而SA-240 316L的外压曲线为HA-4。特别是高温的情况下，差异越明显。在今后的设计中应当注意。
10裙座设计温度的选取
在某项目中，有一台塔器，设计温度280℃，月平均最低气温最低值-2.3℃，壳体材料Q345R，裙座材料也是Q345R。
塔器裙座计算中，对于裙座的设计温度，标准规定是月平均最低气温最低值加20℃。对于上面的设备来说，裙座设计温度按照标准应该是17.7℃。但是裙座的计算中考虑裙座与封头的连接焊缝校核，由于热传导，裙座与封头连接局部位置温度会达到塔釜介质的温度。如果裙座设计温度取设备设计温度17.7℃，则连接部位设计就冒进，不安全；如果裙座设计温度取设备设计温度280℃，则检查孔面、底截面及相关零部件设计非常偏于保守。
2膨胀节加强环不能使用碳钢
国外的某项目中一台低温换热器膨胀节为不锈钢。由于膨胀节上的加强环等部件不和介质相接触，仅起到加强的作用。所以膨胀节的加强环和其它零件采用碳钢，膨胀节制造完毕放置一段时间后，膨胀节上加强环等碳钢材料锈迹斑斑。最终只能将加强环切割，换上不锈钢材料。以后在设计膨胀节时需注意选材问题，用碳钢材料不仅没节约成本，反而会造成质量和工期延长的问题。
综合考虑塔顶换热器对塔器强度设计的影响，可将换热器当做塔器的一段筒体，筒节长度为换热器总长，将其操作质量折算成填料重量，填料高度为换热器的壳程长度。既考虑了换热器质量对塔器各个危险截面的影响，又兼顾了换热器段引起的风载荷和地震载荷对塔器设计的影响，使设计合理、准确。
法兰选用的一般原则
法兰选⽤的⼀般原则法兰选⽤的⼀般原则⼀、法兰的分类及适⽤范围：上图给出了法兰分类的总的情况，下⾯来详细的看⼀下各类法兰。
按整体性质程度分类：（⼀）整体法兰１．平焊法兰（图(a)、(b)）法兰盘焊接在设备筒体或管道上，制造容易，应⽤⼴泛，但刚性较差。
法兰受⼒后，法兰盘的矩形截⾯发⽣微⼩转动，见下图，与法兰相联的筒壁或管壁随着发⽣弯曲变形。
于是在法兰附近筒壁的截⾯上，将产⽣附加的弯曲应⼒。
所以平焊法兰适⽤的压⼒范围较低（PN<4.0MPa）。
２．对焊法兰（图(c)）对焊法兰⼜称⾼颈法兰或长颈法兰。
颈的存在提⾼了法兰的刚性，同时由于颈的根部厚度⽐筒体厚，所以降低了根部的弯曲应⼒。
此外，法兰与筒体（或管壁）的联接是对接焊缝，⽐平焊法兰的⾓焊缝强度好，故对焊法兰适⽤于压⼒、温度较⾼或设备直径较⼤的场合。
对毒性为⾼度或极度危害介质、温度较⾼和三类压⼒容器上都应尽量采⽤带颈对焊管法兰，⽽不采⽤普通的平焊法兰。
对于真空或密封要求极为严格的连接,可以采⽤法兰加焊唇焊死结构。
（⼆）松式法兰松式法兰的特点是法兰未能有效地与容器或管道连接成⼀整体，不具有整体式连接的同等强度，如上图所⽰。
由于法兰盘可以采⽤与设备或管道不同的材料制造，因此这种法兰适⽤于铜制、铝制、陶瓷、⽯墨及其⾮⾦属材料的设备或管道上。
另外，这种法兰受⼒后不会对筒体或管道产⽣附加的弯曲应⼒，这也是它的⼀个优点，但⼀般只适⽤于压⼒较低的场合。
（三）任意式法兰任意式法兰其整体性介于整体法兰和松式法兰之间，包括未焊透的焊接法兰。
按形状：圆形法兰是最常见的，⽅形法兰有利于把管⼦排列紧凑，椭圆形法兰通常⽤于阀门和⼩直径的⾼压管⼦上。
⼆、法兰的参数确定：（⼀）压⼒容器法兰使⽤法兰标准确定法兰尺⼨时，必须知道法兰的公称直径与公称压⼒。
压⼒容器法兰的公称直径与压⼒容器的公称直径取同⼀系列数值。
例如DN 1000mm的压⼒容器，应当配⽤DN 1000mm的压⼒容器法兰。
法兰密封面分类
法兰密封面分类
法兰密封面可以根据其结构和材料的不同进行分类。
根据结构的分类可以分为以下几种：
1. 平面法兰密封面：密封面是一个平面，通常用于低压、低温或非腐蚀性介质的密封。
2. 凸面法兰密封面：密封面呈凸面状，通常用于高压或高温的情况。
3. 凹面法兰密封面：密封面呈凹面状，通常用于高压或高温的情况。
根据材料的分类可以分为以下几种：
1. 金属法兰密封面：如碳钢、不锈钢、合金钢等。
金属密封面具有稳定性和耐压性好的特点，常用于高压或高温的情况。
2. 非金属法兰密封面：如橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰亚胺等。
非金属密封面具有耐腐蚀、耐磨损等特点，常用于腐蚀性介质或特殊温度的情况。
3. 复合材料法兰密封面：如金属加橡胶、金属加PTFE等。
复合材料密封面结合了金属和非金属的优点，具有良好的密封性能和耐压性。
需要根据具体的使用条件和介质选择合适的法兰密封面材料和结构。
容器法兰中宽面法兰的合理设计
容器法兰中宽面法兰的合理设计摘要：因为容器法兰的标准化，设计当中的非标容器法兰是最容易成为不良方案的受害者。
当设计容器法兰时容易比标准尺寸所误导，导致设计出来的非标法兰不能经济最大化。
本文在参考实际使用中的国外非标法兰的基础上，根据国标给出宽面法兰的最经济的设计方案，以此供设计、制造人员参考。
以达到实际中非标宽面法兰经济最大化。
为节能减排做出贡献。
关键词：非标容器法兰，容器法兰，宽面法兰，合理，设计引言：容器中螺栓法兰是通过螺栓压紧垫片实现的密封。
宽面法兰亦是如此。
而且他是螺栓法兰中的一种。
他不同于窄面法兰，他的密封垫在螺栓两侧都有，说明白点，就是他的垫片跟法兰面一样是个整环，中间部位预留有螺栓孔方便穿螺栓，见图7-13。
垫片压紧面要比窄面法兰的垫片宽好多。
GB/T150.3第7.2.2条解释了其定义并指明计算方法按7.8条。
不管窄面法兰还是宽面法兰。
其均是通过紧固螺栓使法兰压紧垫片来实现密封。
所以他们出现泄漏失效一般有以下途径：1.垫片渗漏；2.压紧面泄漏；垫片渗漏是流体通过垫片的毛细管的泄漏。
这种与垫片的材质有关，比如强渗透型介质通过非金属垫的内部间隙进行泄漏；压紧面泄漏是指通过垫片与法兰的接触面界面进行泄漏。
这种与法兰的密封面粗糙度、法兰强度、刚度等有关系。
防止垫片与法兰的接触面界面泄漏有两种条件：初始密封条件和操作密封条件。
当法兰螺栓的螺母拧紧时，螺栓力通过压紧法兰环压紧垫片，使垫片产生压缩变形。
将法兰密封面中的凹凸不平处填塞。
使流体收到阻力不能通过进行密封。
此为初始密封条件。
此时的螺栓力大小仅与垫片本身有关，与介质压力无关；当设备承受内压后，螺栓收到拉力而伸长，密封面与垫片之间的压紧力变小，垫片松弛。
预紧比压下降，如果垫片具有足够的回弹能力，使密封面与垫片之间依然对流体保持足够的流体阻力，则法兰依然保持良好的密封状态，此就是阻止界面泄漏的操作密封条件。
反之，若垫片回弹力不足，则流体会通过法兰与垫片之间的缝隙进行泄漏。
法兰设计存在的问题及对策
法兰设计存在的问题及对策摘要：法兰在压力容器的设计中起着重要作用。
因此，本文简要介绍了压力容器法兰及其类型和设计特点。
设备法兰在压力容器设计中需要特别重视。
还有设计中，例如法兰材料选择偏差、估计寿命偏差和热处理不足，这些问题都会对法兰产生很大影响。
本文阐述了压力容器法兰设计中存在的问题和处理措施。
关键词:压力容器;设备法兰;解决对策近年来，我国社会经济的快速发展使化工行业取得了显着进步，这不仅增加了生产任务，而且还需要提高生产效率和质量要求。
在这方面，压力容器中法兰被认为是最重要的设备之一，法兰作为压力容器单元的主要部件，影响压力容器的功能和性能。
因此，在新形势下，我们必须考虑设计压力容器法兰的具体可行对策。
一、压力容器设计特点1.设计和制造过程需要高度的专业知识。
在设计压力容器时，需要测试各种组件，以便设计者具备掌握先进计算技术所需的专业知识和经验，压力容器的设计旨在确保高度的安全性并减少外部因素的影响。
2.制造工艺需要高度的安全性。
压力容器的操作环境特点是高温、高压、真空和腐蚀。
压力容器中的一些材料有毒、易燃、易爆等危险因素。
为此，我们必须严格保证设计、制造和使用过程的专业化和标准化。
遵守生产规则，生产高质量压力容器，提高生产水平和安全性。
生产压力容器时，必须在不同阶段应用不同的生产标准，以满足不同时间的使用要求，提高容器的效率，企业需引进提高制造标准的新技术和方法。
二、法兰的相关概述在石油化工行业，压力容器是影响工业生产的重要设备，法兰是压力容器不可或缺的组成部分。
在工业生产中，压力容器的边缘必须按照设备的技术要求和安装需要进行调整。
压力容器有不同的法兰，可分为整体法兰和任意法兰，不同的法兰具有不同的特性。
法兰设计的主要目的是确保法兰强度。
如果强度达不到预定值，则应在适当的范围内进行调整和研究工作，例如检查密封尺寸以减少法兰上的弯矩。
要连接法兰，必须将其焊接到外壳上。
对相关规范的研究可以发挥法兰有效作用。