浮头法兰的设计
浮头法兰合理设计(丁伯民)
ａ ４８ Ｄ 了＋ ＇ 万万 二万 了而瓜 几万 簇Ｌ」 ‘ ＝ ａ‘ ’ 、
式（ 中 ｒ 是薄膜 力和弯曲 １ 的ａ因 ） 应 应力的 叠加， 所
以除按惯例对压力尸应取绝刘 外 ， 力矩Ｍ。 值 对 也应取
万方数据
２５ ０ 年第 １ ０ 期
为方便起见 ， 以文 【］ １ 的算例 中所采用 的法兰直
一现象， 见图 １ ） 现Ｐ 二 Ｐ ， （， ｇ ２ 如取Ｐ 为更大的 ， 值， 可能得不到 即 交点］Ｓ＝ ｝ 和Ｓ ＝ ２Ｌ ，ｆｆ（ Ｌ） ｆ （ ｆ ， ） 二者间并无交点， １ｅ， 不存在最佳设计。但 见图 （）即
１ 前言
由于 浮头法兰所 受力矩不仅 和垫 片结构 尺寸 、
的、 即最佳设计。文 【１［１ ３，４从求取最佳Ｌ， 出发 ， 认为
类型有关， 而且和法兰厚度本身以及封头在法兰上
的焊接位置有关 ， 以它和其它元件不 同， 既定 载 所 在
使法兰 在管、 壳程两种操 作工况下各自 求得的法兰 计 算厚度Ｓ趋于同值时 （ Ｓ＝ ｒ 即 ｉ ｉ Ｓ）即为最合适的Ｌ 了
值 。文 〔１［１ ３，４的主要思路无疑是可取的。
荷和结构 （ 例如封头在法兰 上的 焊人深度 ） ｌ 的条件 下， 增加法兰厚度 Ｓ有时反会提高法兰的所受力 ，
矩，从 而使在某一既定工 况下已满足强度校核 的法 兰变成不能满足强度校核 。
事实上， 对某些操作条件， ｒ 并不能得到 在Ｌ 时
－ ６· ４
一 二二二 二 一 二 ＝
化 工 设 备 与 管 道
＝ 二 二 二 二 二二 二 ＝ 二 二二 二 二 二 二 二 二 二＝ ＝ ＝ 二二二一 二二＝ 二二 二 二 二 二 二留 二 二 二二 二 二 二 二 二二 二 二 二 二 二 二二 二 二 二 二 二 二 二 二二 二 二 二 二 二二
浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目：浮头式换热器工艺参数：管口表：符号公称直径（mm）管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因：浮头式换热器的结构较复杂，金属材料耗量较大，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果。
浅析浮头式换热器设计
156研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2018.06 （上）浮头式换热器应按照标准GB150-2011《压力容器》、GB/T151-2014《热交换器》的要求进行选材、设计、制造、检验、验收及安装和使用。
浮头式换热器一端管板与壳体固定，另一端管板可以在壳体内自由浮动；其优点如下。
（1）因这种结构管束和壳体之间不会产生温差应力，因此管壳程介质温差不受限制。
（2）浮头盖和钩圈可以拆卸，管束可以抽出，方便设备的维修和管束的清洗。
（3）可用于结垢比较严重的场合。
（4）可用于管程易腐蚀场合。
但浮头式换热器结构比较复杂，而且在浮头盖和浮动管板密封垫处发生泄漏（无法知道泄漏情况）；因此，如果管壳程介质成分要求比较严格时，尽量不要选用浮头式换热器。
浮头式换热器如图1所示，是为宁波某化工企业节能降耗项目而设计的一台双壳程双管程浮头式换热器。
该换热器主要是将塔侧采出的成品热二氯乙烷（～97℃）与裂解炉进料冷二氯乙烷进行充分热交换后，达到降低成品二氯乙烷的温度，提高裂解炉进料端二氯乙烷的温度，从而减少系统中蒸汽消耗和循环水的使用量，以减少生产成本。
图1 浮头换热器1 浮头式换热器设计计算1.1 工艺计算换热器的工艺计算有三种计算模式，即设计、模拟和校核计算。
常用的是设计与校核计算模式；设计计算的目的是根据给定的工艺参数选择换热器类型并计算热负荷，确定换热面积和部分换热器结构尺寸；校核计算的目的是对已有的换热器，校核它是否满足预定的换热要求，这是属于换热器的性能计算问题。
我们选择设计计算模式对浮头式换热器进行工艺计算，工艺参数详见表1。
表1 工艺参数壳程管程介质二氯乙烷二氯乙烷介质特性中毒危害、易爆中毒危害、易爆流量/（kg/ h）102995.6116006进/出口温度/℃9759.314077进口压力/MPa 0.892.12换热面积/㎡306进出口接管/mmDN150DN150DN150DN150程数22设备的结构数据如下：换热器型式BFS，材质为碳钢，换热器直径1000mm，换热管选用φ19×2。
浮头换热器结构设计要点要点
浮头换热器结构设计常用要点汇总（根据标准和手册综合整理）（碳钢、卧式、内导流）2011-11-11目录一、换热管————————————————————————————3二、筒体、隔板————————————————————————————3三、法兰——————————————————————————————3四、缠绕垫片————————————————————————————3五、双头螺柱/带肩双头螺柱/支耳————————————————————4六、管板结构————————————————————————————5七、钩圈与浮动管板——————————————————————————8八、折流板与支持板——————————————————————————9九、拉杆——————————————————————————————10十、滑道———————————————————————————————10 十一、内导流筒与防冲板———————————————————————11 十二、防短路结构—————————————————————————12 十三、排液（排气）口—————————————————————————13 十四、吊耳与顶丝——————————————————————————14附件1: Ⅰ级管束的管板管孔/折流板管孔—————————————————15 附件2 球面封头半径SR尺寸—————————————————————15 附件3 隔板槽处管孔中心距—————————————————————15 附件4 关于螺纹的一般要求—————————————————————15 附件5 关于技术要求—————————————————————15 附件6 分程隔板密封面加工——————————————————————16一、换热管（冷拔管）1.常用规格（PN≤6.4MPa）：φ25x2.5 φ19x2 ；常用材料：10#、20#外径偏差：±0.3（GB/T8163-2008）------仅为Ⅱ级管束（±0.2为Ⅰ级）普通级：±0.2 高级：±0.15 （GB9948-2006）----均为Ⅰ级管束可见，GB9948中普通级已达到GB151中高精度要求2.长度L：3、4.5、5、6、7.5、9、12m3.管心距：规格φ25x2.5 φ19x2管心距32 25分程隔板处44 （转角正方形取32x2-1/2=45.25）384.换热管数据：规格质量Kg/m 外表面积m2/m 内表面积m2/m 内截面积cm2φ25x2.5 1.390 0.0785 0.0628 3.142φ19x2 0.838 0.0597 0.0471 1.7675.换热管伸出管板最小长度（强度焊）：规格φ25x2.5 φ19x2长度 2 1.5二、筒体、分程隔板1．筒体规格：1）无缝钢管制筒体：DN300（φ324）2）钢板制筒体：DN400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800。
浅析法兰的合理设计
浅析法兰的合理设计摘要本文提出法兰设计的原理及过程，然后对每一个过程进行剖析，从垫片的设计、螺栓的设计到法兰的合理设计，是逐步有序地进行的，从问题的提出，到最后对法兰的合理设计提出总结性的看法。
关键词法兰设计法兰尺寸螺栓垫片一、前言法兰的设计、分析方法不下十余种，但就其所依据的理论基础概括地可以分为如下三类：1.基于材料力学的简单方法。
例如巴赫法和苏联的TY8100法。
2.以弹性分析为基础的方法。
例如铁摩辛柯法、华特氏（Waters）法、默瑞—斯屈特法、龟田法。
3.以塑性分析为基础的方法。
例如德国的DIN2505 方法、AD规范方法、英国的BS1500-58法及苏联的PTM42-62法。
我国制定的GB150-2011，其法兰设计采用的就是华特氏(Waters)法。
华特氏法的影响因素较多，且随意性较大，不同的设计结果就其法兰重量来说就可以相差数倍，因此，法兰的合理设计是具有十分重要的意义的。
法兰的设计包括垫片设计、螺栓设计和法兰设计三部分，并且是依次进行的。
其中任何一步的设计失利都会直接影响以后步骤的进行，导致设计中的连续失利，而使得设计结果很不合理，造成整个法兰联接结构尺寸极不紧凑、重量大、耗材多等结果，使得制造成本大大提高，造成不必要的浪费。
法兰的合理设计必须从垫片的设计开始。
二、垫片设计垫片设计是整个法兰联接设计的基础。
垫片材料的选用以及垫片内径和宽度的选用都对法兰联接设计的结果有很大的影响。
1.垫片设计的第一个概念就是垫片的比压。
垫片的比压就是为了形成预密封条件而必须施加在垫片单位面积上的最小压紧力，常用符号y表示。
不同强度的垫片，为了达到预密封的条件所需要的压紧力是不同的，强度愈高、硬度愈大，则其y值也就越高。
不同材料的垫片其y值可参见《钢制压力容器GB150-2011》中表7-2。
垫片的有效压紧面积S=3.14DGb, 而单位面积所需要的最小压紧力为y,所以整个垫片的预压紧力Fa便可得出：Fa=3.14 DGby （式7-1）式中：Fa—预紧状态下所需要的最小垫片压紧力；（N）DG—垫片压紧力作用中心圆直径；（mm）b—垫片有效密封宽度；（mm）y—垫片比压力。
GB151浮头换热器相关尺寸及参数计算
输入数据：换热器内径Di (mm)1100900规定值:垫片最小宽度bn min (mm)1313输入数据：实际垫片宽度 bn (mm)1613 bmin (mm)44
b1 (mm)55
b2＝bn+1.5 (mm)17.514.5
外头盖内直径D=Di＋100(mm)12001000
浮头法兰和钩圈内直径Dfi =Di-
2*(b1+bn) -2 (mm)1056862
浮头法兰和钩圈外直径Dfo=Di+80
(mm)1180980
浮动管板外直径Do =Di-2*b1 (mm)1090890
浮动管板密封面内径D'=Dfi-3
(mm)1053859
垫片外径Dgo =Do (mm)1090890
垫片内径Dgi =Do-2*bn (mm)1058864
浮头法兰密封面直径=Do+3 （mm)1093893
输入数据：最外层换热管中心所在圆直径 Dt (mm)950825.2输入数据：换热管外径d (mm)1925最外层换热管外壁至浮头管板密封面内
径的距离b=D'/2- Dt/2-d/2(mm)42 4.4
b与bmin 比较b>=bmin,
Ok b>=bmin, Ok
两法兰密封面间的距离 H=5760.00mm 计算C值
输入参数管板厚度 δ＝145.00mm 垫片厚度 δ1＝ 4.50mm
管板凸台深度 δ2＝ 4.00mm
两管板外侧间距 L=5994.00mm
C=L-(δ+30-1.5)-{δ-(δ2-δ1)}-H=
-85.00mm
计算所得数
据B型钩圈式浮头尺寸核算
计算所得数
据。
浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目：浮头式换热器工艺参数：管口表：符号公称直径（mm）管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因：浮头式换热器的结构较复杂，金属材料耗量较大，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果。
浮头法兰的合理设计
在 $ $ 作用时， 作用于法兰上的力 " $ "$ &， ( 对 法兰产生的力矩方向是顺时针的， 为了减小法兰 所受力矩， 也应将 " $ ! 作用位置设于法兰形心之上 方， 此 力 产 生 的 力 矩 "$ 可与 ! # ! 方 向 为 逆 时 针， 从而减小法兰所 "$ "$ &， ( 产生的力矩抵消一部分， 万方数据
— —法兰力矩计算力臂 （见图 (） ， " !— ))； — —法兰操作力矩， ・ # *— + ))； — — ! ! 对法兰环形心产生的力矩， ・ # !— + ))；
$ — — —由管程压力 $ $ 作用引起的 ! #， !# +； $ !# " ,-./0 % 1 2 $$ $ — — —管程压力 $ $ 作用下的 ! 3， !3 +； $ !3 "1 !% 3 &’$ $ $ — — —管程压力 $ $ 作用下的 ! 4， !4 +； $ 1 （ %1 !4 " ,-./0 $$ 3 ’ %2 ）
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受的净力矩， 如图 + 所示。否则也会因两部分力 矩相叠加， 导致法兰力矩大增， 对设计不利。 需要明确的是： 在 $（正压） 作用时， 作用于 #
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$ $ $ （ !# # $6 " "# 8 !4 "4 8 !3 " 3） ’ ! $! " !
浮头式换热器设计说明书
1 绪论1．1 换热设备在工业中的应用在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都有加热、冷却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过程。
传热过程的进行需要一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。
据统计，在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备总投资的35％～40％,因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热量的变化密切相关，如反应过程中：有的要放热、有的要吸热、要维持反应的连续进行，就必须排除多余的热量或补充所需的热量。
工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用，以降低成本。
综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺少的重要设备。
换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
1．2 换热设备的分类1.2.1按作用原理或传热方式可分为：直接接触式、蓄热式、间壁式。
1.2.1.1直接接触式换热器，如下图所示热流体图1.1其传热的效果好，但不能用于发生反应或有影响的流体之间。
蓄热式换热器，如下图所示图1.2其适用于温度较高的场合，但有交叉污染，温度被动大。
1.2.1.3 间壁式换热器，又称表面式换热器利用间壁进行热交换。
冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。
1.2.2 按其工艺用途可分为：冷却器（cooler）、冷凝器（condenser）、加热器（一般不发生相变）（heater）、蒸发器（发生相变）（evaporator）、再沸器（reboiler）、废热锅炉（waste heat boiler）。
1.2.3 按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。
1．3 国内外的研究现状上个世纪70年代初发生世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。
为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备。
因此，几十年来，高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。
近年来，国内已经进行了大量的强化传热技术的研究，但在新型高效换热器的开发方面与国外差距仍然较大，并且新型高效换热器的实际推广和应用仍非常有限。
浮头式换热器设计
第1章浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。
浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。
本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。
首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。
主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。
换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。
随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。
换热器因而面临着新的挑战。
换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。
目前在发达的工业国家热回收率已达96%。
换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。
其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。
其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。
在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。
浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。
换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。
换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。
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法兰所受净力矩 * ) ! 增大。 由此可见， 较大的 %$ ， 虽然对降低 !" 作用时的
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矩， 故一般应将 # "$ 作用位置设于法兰形心之上方，
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・ %8 ・
且应用于工程。
本设计方法克服了现行 4:; 所存在的问题， 且较国 外同类设计具有优越性。 7 浮头法兰设计现状
浮头法兰主要在法兰厚度的设计上存在困难。 浮头法兰的厚度受控于强度和结构两个方面。强度 方面包括法兰在管程压力和壳程压力单独作用下的 厚度计算， 并应分别考虑预紧和操作两种情况。其 中较复杂的是球冠形封头与法兰连接位置的确定， 万方数据
()*+
浮头法兰的设计
*,-!. / 0,1 "22"
" " " 、 、 产生的力矩 兰上的两个方向的力矩， 由 #& #’ #(
的绝对值一般大于由 # "$%$ 产生的反向力矩： 即法兰
" " " " （ #& 净力矩 *! # %& $ #( %( $ #’ %’ ） % # "$%$ 。所以增 " 等产生的力矩， 从而 大 %$ 则可平衡掉较多的由 #& " ） 减小， 故对法兰设计有利。 使法兰所受净力矩 （ *! " 减小。 即 %$ 增大可使 *! 相反在 !（正压） 作用下， 作用于法兰上的两个 ) ) 方向的力矩， 由 #) $%$ 产生的力矩值一般大于由 # &、 ) 即法兰净力矩 * ) ［ #) #) ( 产生的反向力矩： ! # # $%$ % &
需经受管程压力 （ !# ） 和壳程压力 （ !" ） 两种工况， 所 以软件中分别以两种工况进行计算， 而后取其大值， 作为最终设计结果。然而这种作法存在问题。即当 按某工况的 “大值” 确定的法兰厚度回代到另一工况 进行校核计算， 可出现强度尚不能满足要求的情况。 其原因是随着法兰厚度的加大， 当封头焊入法兰的 深度 （ -） 保持不变时， 由于封头水平力 ., 对法兰形 心的作用力臂 +, 也随之增大， 故使 .,+, 增加， 导致 法兰力矩 /’ 增大使法兰的计算厚度需进一步加
— — $& 作用时的法兰计算系数； #& — #& K ・ &- ・万方数据
— — ’( 作用下的法兰操作力矩， ・ 1 ($— 0 GG； （ # (!2! N # (/2/ N # ()2) ） 1 ($ K ( # (,2, 。
第 %2 卷第 = 期 — —换热器壳程设计压力， !" — !"#； — —换热器管程设计压力， !# — !"#； — —封头内半径， $% — $$； — —浮头头法兰强度计算厚度， $$； !&’ —
& #! =<4 ( & !& ；
( 1（ $ ! N !" ） 0( K ( ［ （ "］ .! " ! ( !" ） — —法兰力矩计算力臂， 见图 &。 2! 、 2) 、 2/ 、 2, — GG；
— —封头焊入法兰的深度， 见图 -。 3— GG； — —法兰操作力矩， ・ 1$ — 0 GG； — — ’& 作用下的法兰操作力矩， ・ 1& 0 GG； $—
［9］ 大。因此现行 4:; 软件在浮头法兰的设计上存在
%
前言
浮头式换热器的浮头法兰设计是压力容器设计 中一项长期存在困扰的工作。01%.%—%222 《 管壳式 换热器》 中的浮头法兰计算方法源自美国 34!5 ［7］ 对该计算方法的分析见文献 ［8］ 。文献 ［%、 !6% ， 仅给出了此种法兰的强度计算方法， 因该种法兰 7］ 的特殊性， 其设计采用叠代试算法， 不仅设计过程较 为麻烦， 而且设计结果往往不易达到经济合理的要 求。特别是因其受两种压力 （管程压力和壳程压力） 的作用， 必须兼顾多种工况下的受力并同时满足相 应结构设计的要求， 为此使设计工作复杂化。 我国目前通用的压力容器软件 4:; 在此存在 一些的问题。因此浮头法兰的设计存在的问题， 不 仅国内如此， 国外也在探索。 为此文献 ［<、 进行了讨论， 无疑对提高浮头法 .］ 兰设计的技术水平作出有益的贡献， 但未能切中浮 头法兰合理设计的关键即最佳 +, 的确定。本文对 该种法兰的合理设计原理进行分析， 并提出相应设 计方法。该法已编制成计算软件
力， （ !0； #/ K ’L,*M $% ； ) ( ! "）
— —壳程压力 ’& 作用的 #/ ， #& 0； /—
（ !#& $& ； / K ’L,*M ) ( ! "）
— —管程压力 # (/— # (/
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（ !K ’L,*M $( ； ) ( ! "） $(!" ! ) -" ( !" ( ［ （ * "］ . ! ( !" ）
［;］ ［9］ ［%］
不安全的隐患， 并且由于固定封头埋入法兰的深度， 可导致浮头法兰设计结果极不合理， 甚至不能得到 设计结果。 浮头法兰的合理设计与法兰所受力矩的大小密 切相关， 其中 +, 起着重要的作用， 对法兰操作力矩 （无论 !" 或 !# 工况） 具有很大的影响 8 浮头法兰的合理设计原理
& & & ［ （ #（ ］ ； 1& N #（ $ K # ,2, ( ! 2! ( 2) ） / 2/ ( 2) ）
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设
计
计
算
浮头法兰的设计
中国石化工程建设公司
摘
桑如苞
林上富
针对浮头式换热器的浮头法兰设计存在的问题， 对该种法兰的合理设计原理进行了分析并 要：
提出合理设计方法， 从而使浮头法兰的设计趋于安全、 经济和合理。 浮头法兰； 合理设计 关键词：
中图分类号： !"#$# 文献标识码： % 文章编号： （-’’-） &’’& ( )*+, ’* ( ’’&- ( ’$
图" !) 作用时的法兰受力图
#) #) #) $% $ 力矩方向为逆时针； &、 ( 的力矩方向是顺时针。
符号说明 — —法兰外直径， !— GG； — —法兰内直径， !" — GG； — —作用在法兰环内径圆截面上由压力引起的轴向 #! — 分力， 0； #! K ’L,*M !" $% ； — —由壳程压力 #& !— #& ! K ’& 作用引起的 #! ， 0； $& ； ’L,*M !"
— —操作状态下， 由压力在环面积上产生的轴向分 #/ —
图!
!" 作用时的法兰受力图
) （ %& % %’ ）$ #（ ］ ， 所以增大 %$ ， 则会导致 ( %( % %’ ）
# "$%$ 力矩方向为顺时针； # "&、 # "’、 # "( 力矩方向为逆时针。
" " " 法兰在 !" 作用下， 法兰上的 #& 、 、 对法兰 #’ #( 产生的力矩方向是逆时针的。为了减小法兰所受力
［9］ 新版 （2= 版） 软件， 进行了改造， 可免于死 4:; ［<］ 循环的发生， 设计出一定的结果 。因为浮头法兰
" — —浮头法兰在 !" 作用下的强度计算厚度， $$； !&’ — # — —浮头法兰在 !# 作用下的强度计算厚度， $$； !&’ —
— —浮头法兰由焊接结构要求的最小厚度， $$； !&结 — — —浮头 法 兰 由 程 间 流 通 面 积 要 求 的 最 小 厚 度， !&流 — $$； — —封头名义厚度， $$； !( — — —封头边缘处球壳中面切线与法兰环的夹角， （) ） ； "% — ,-. *% "% & #’()*+ $% / ,-. !( # ［ — —法兰材料在设计温度下的许用应力， !"#。 #］ &—