化工压力容器法兰的设计共19页
压力容器零部件设计2法兰设计
管法兰的密封面型式
平面型，凹凸型，榫槽型（同容器法兰） ，梯形槽和全平面型：
1
确定法兰类型和密封面型式、管子材料和尺寸；
2
再由工作温度，确定材料或由材料定公称压力；
5
参照各尺寸绘法兰图。
4
由型式和工作温度，确定匹配的垫片种类、材料和紧固件材料、尺寸；
3
再由公称压力，确定法兰各部分尺寸；
管法兰连接的设计步骤
3
由于操作压力不高，由表12－1（垫圈选用表）可采用平面型密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，查JB4704-92定出尺寸。标注为：垫片1200－0.6 JB4704-92
选择标准法兰举例
法兰的各部分尺寸可从JB4701-92中查得，并可绘出法兰图。
联接螺栓为M20，共52个，材料由表12－5（法兰、螺栓、螺母、材料匹配表）查得为35 ，螺母材料为Q235－A。
包括：选择螺栓材料、确定螺栓尺寸和个数，螺栓载荷计算。
计算螺栓载荷：达到预紧密封比压和工作密封比压。
材料：根据螺栓载荷、工作温度等。一般螺栓材料比螺母材料的硬度高30HB以上。
直径和个数：连接螺栓DN≥ M12，先由标准定个数，一般为4的倍数，然后由螺栓载荷、材料的许用应力计算螺栓根径，再由此定DN。最后校核螺栓中心距。
垫圈的选择
垫圈的结构形式、材料和尺寸，标准化。 选择依据：介质的腐蚀性、操作温度和压力， 考虑价格低廉、制造容易和更换方便。 高温高压：金属垫圈 中温中压：金属与非金属组合式或非金属 中、低压：多用非金属 高真空或深冷：金属垫圈
压力容器法兰：连接筒体与封头、筒体与筒体、法兰与管板。
01
密封原理分为：
自紧密封（高压）：依靠容器内介质的压力压紧密封元件，使密封面获得很大的压紧力，在密封口产生较大的密封比压，达到密封目的。
压力容器设备法兰的优化设计
显 的作 用 ， ｃ 影 响 较 小 ， 对 广 Ｔ 而对 Ｏ 则起 相反 的 作 用 。 只 － 有 不断 调 整才 能 达到 满 应 力设计 的优 化状 态 。
３ 设 计应 用
设 备 法 兰仔 在 ｊ项 应
力 状 态 （ 冈 １ ， 设 计 见 ）红 中 ，法 兰 环 的厚 度 和锥 颈
发挥 ， 就是说 为“ 应 力 ” 也 满 状态 。“ 应 力” 计 是一 种优 满 设 化设 计 ， 然 过 程 繁琐 ， 虽 但设 计 成 却可 以获得 具 有 结 构 紧凑 、 力 合 理 、 量 轻 、 材 少 的 优越 性 ， 受 重 耗 呵以达 到 降低
生 产成本 的 目的 ， 明 的经 济效 益 。 体现
初 步 确 定 ： 法 兰 锥 颈 小 端 厚 度 占 ＝ ８ ｍ， 端 取 ３ｒ 大 ａ 厚 度 取 １ ５ ２ 取 为 ６＝ ２ ｍ。 算 法 兰 力 矩 Ｍｏ ．６ ～ ６ ， ２７ｒ ａ ＝
环 厚 度 （ ， 降 低 有 对
明 显 作 用 ，对 ， 响 较 影 小 ， Ｏ 影 响 史 小 ， 作 对 － 但 用 效果 并 不肯 定 。而 增加 锥 颈尺 寸 （ ，ｈ 对 降低 Ｏ 有 明 ６、） －
由此 汁算 法 ＿项 应 力值 为 ： 二
＝
ｒ ｄ ＜ ｒ］ ２ ＭＰ ｄ 、 Ｔ ［，『 １ ９ ａ Ｒｒ －
（） ２
（） ３
皿 ＇ ＝ ６ ＭＰ Ａ ￣ ｆ Ｄｉ １ ４ ａ
解 决 方案
工艺 ， 工装 ， 旗真 ， 诠断 ， 越潮 ， 维修 ， 改造 菹翳
压力 容器设备 法兰的 设计 优化
徐 慧 敏 大庆 石 化工 程 有 限 公 司 ， 龙江 大 庆 １ ３ １ 黑 ６７ ４
压力容器法兰设计中常见问题的探讨
摘
要： 压力容 器广泛使用在石油化 工、 炼油、 化肥、 制药 、 轻工及原子能等行业 中。在 压力容器 中， 法兰
是 必 不 可 少的 重 要联 接 部 件 ， 用得 最 广泛 的受 压 元 件 之 一 。 压 力容 器 法 兰 ， 于 其 结 构 的 特 殊 性 ， 是 由 我 们 在 法 兰设 计 中往往 会 遇 到 一 些 问题 。 就压 力容 器法 兰设 计 中常 见 的 问 题 作 一探 讨 ， 给 出一 些 建 议 并
．
，
ｌ ｈ ｎ ｎ ｔ ， ｕ ｌａ ｏ ｅ ｒ ． ｌｎ ｅ ｒ ｈ ｎ ｉｐ ｎ ａ ｌ ｏ ｎ ｃｉ ｇ ｐ ｒ ｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌ ａ ｄ ｏ ｅ ｏ ｉ ｔ ｄ ｓ ｙ ｎ ｃｅ ｒｐ ｗ ｒｅｅ Ｆ ａ ｇ ｓ ａ ｅ ｔ ｅ ｉ ｄ ｓ ｅ ｓ ｂｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｓ ｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｖ ｓ ｅ ， ｎ ｎ ｆ ｇ ｉ ｒ ｎ ｔ
和 解决 的 方 法 ， 设 计 参 考 。 供
关 键 词 ： 力 容 器法 兰设 计 ； 压 常见 问题 ； 讨 探
中图 分 类号 ：Ｂ ７ Ｔ ４２ 文 献标 识 码 ： Ａ
Ｄｉｃ ｓ ｏ ｈ ｍｍ ｏ ｏ ｅ ｓ ｉ ｓｇ ｆＰｒ ｓ ｕ ｅ Ｖｅ ｓ ｌＦｌ ｎｇ ｓ ｕｓ ｆｔ ｅ Ｃｏ ｎ Ｐｒ ｂｌｍ ｎ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｓ ｒ ｓ ｅ ａ ｅ
其 应力进 行校 核 。我 们知 道 ， 兰 主要 是受 弯 曲载 法 荷， 该载荷 是 由法 兰力矩 产生 的 ， 由此产生 ３个应 并 力： 法兰锥 颈端 部轴 向应 力 ｏ 法 兰环 的径 向应 力 ｒ ｒ ｏ 和法兰环 的环 向应力 Ｇ １０—１９ （ Ｂ５ ９ ８ 钢制压 （ 力 容 器》 中规定 ， ３个 应 力应 分 别计 算 ， 这 且应 力 校
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。
浅谈压力容器长颈对焊法兰优化设计
- 32 -论文广场石油和化工设备2021年第24卷浅谈压力容器长颈对焊法兰优化设计李进一（江苏东方瑞吉能源装备有限公司， 江苏 镇江 212000）[摘 要] 通过两个具体算例对压力容器长颈对焊法兰进行优化设计，分析了锥颈高度和法兰厚度对法兰轴向应力、径向应力和切向应力三项主要应力的影响。
计算结果表明，当调整至法兰厚度和锥颈高度相近时，三项主要应力值均接近满应力值。
这样的优化设计使得法兰结构紧凑，受力合理，减轻重量，可显著降低法兰成本。
对小直径且压力不高的长颈对焊法兰，在保证法兰锥颈段斜率≤1:3的前提下，法兰可以不带直边段。
[关键词] 长颈对焊法兰；锥颈高度；法兰厚度；优化设计作者简介：李进一（1988—），男，江苏盐城人，2012年毕业于南京工业大学化工过程机械专业，工学硕士，高级工程师。
主要从事压力容器设计及校审工作，已发表论文4篇。
Waters 法是国际上应用最广、历史最悠久的法兰计算方法。
该方法于1937年提出，经过几十年的实践证明，它是一种成熟可靠、经济合理的设计方法。
目前GB/T 150.3、JB 4732、ASME 等标准规范中有关法兰计算都是基于Waters 法[1]。
Waters 法认为控制法兰强度的三个主要应力为法兰环上的最大径向应力和切向应力以及锥颈上的最大轴向应力。
Waters 法忽略了压力直接作用于法兰环、锥颈、圆筒三部分所产生的薄膜应力以及三部分在压力直接作用变形协调所产生的应力[2-6]。
1 长颈对焊法兰长颈对焊法兰是压力容器中最常用的设备法兰，NB/T 47023-2012标准[7]虽然给出了公称压力为0.6~6.4MPa 、工作温度-70℃~450℃的碳钢和低合金钢制压力容器长颈对焊法兰，但法兰、螺柱、螺母及垫片材料需完全按标准中匹配表和修正表执行，受到诸多限制，而且在工程实际中很多长颈对焊法兰都超出了NB/T 47023-2012标准的范围，如不锈钢法兰或工作温度超过450℃的长颈对焊法兰等，这时都要按GB/T 150.3-2011进行非标法兰设计计算。
压力容器设备中法兰设计存在的问题及对策
法兰密封性能不达标
总结词
密封性能不达标
详细描述
法兰是压力容器设备中重要的连接部件，其密封性能对 整个系统的安全性和可靠性具有重要影响。如果法兰的 密封性能不达标，可能会导致介质泄漏、环境污染等问 题。例如，垫片或填料选择不当、安装不正确等都可能 影响法兰的密封性能。因此，在法兰设计中需要充分考 虑垫片或填料的类型、尺寸、安装方式等因素，以确保 其密封性能达到要求。
法兰设计的原则和标准
法兰设计应遵循国家及行业相 关标准、规范和规定。
法兰设计应考虑其使用环境、 介质特性、压力、温度等因素 ，以确保其安全性和可靠性。
法兰设计还应考虑制造、检验 和维修的便利性，以提高其可 操作性。
法兰设计的流程和步骤
法兰设计应根据设备的使用要求进行初 步设计。
最后，进行法兰的制造和检验，确保其 符合设计要求和使用性能。
总结词
提升设计人员的专业素养和技能水平
详细描述
通过定期组织专业培训、学术交流、经验分 享等活动，提高设计人员对压力容器设备中 法兰设计的理论知识和实践技能，加强设计 人员的专业素养和技能水平，确保法兰设计 的质量和安全性。
制定规范化的设计标准和流程
总结词
制定统一、规范的设计标准和流程，明确设 计细节和要求
法兰结构设计不合理
要点一
总结词
结构设计不合理
要点二
详细描述
法兰结构设计不合理可能会导致应力集中、密封性能 差等问题。例如，法兰边缘的锐角或突变部位可能会 引起应力集中，影响法兰的强度和稳定性。此外，如 果法兰结构设计不合理，还可能影响其与管道或阀门 的连接和密封效果。因此，法兰结构设计需要充分考 虑应力分布、密封性能等因素，以确保其安全性和可 靠性。
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。
压力容器的设计_压力容器零部件(法兰)
注意问题
平焊与对焊
法兰都有带 衬环与不带 衬环两种。
带衬环的甲型平焊法兰
密封面都有
平面型、凹
凸型、榫槽
型三种。
2、如何选用压力容器法兰
公称压力（PN） 选择法兰的主要参数 公称直径（DN）
公称直径
公称直径的确定： • ◎管法兰—与相联接管子的公称直径相 同； • ◎压力容器法兰— · 板卷筒体，与相联接筒体的公称直径相 同； · 无缝钢管作筒体，与相联接无缝管的公 称直径相同。
压紧面表面不允许有刀痕和划痕；
应能均匀地压紧垫片，保证平面度和垂直度。 压紧面的型式 主要根据工艺条件、密封口径以及准备采用的 垫片等进行（常用5种）选择
平面型压紧面 优点：结构简单，加工方便。 缺点：是接触面积大，需要的预紧比压大，螺栓承载大，故 法兰等零件要求高、笨重，垫片易挤出，密封性能较差。使 用压力P≤2.5MPa，有毒、易燃、易爆介质中不能使用。
公称压力
公称压力——是以16Mn在200℃时的最高工作压 力为依据制定的，因此当法兰材料和工作温度不 同时，最大工作压力将降低或升高。 法兰公称压力与法兰的最大操作压力和操作温度 以及法兰材料三个因素有关。 公称压力 PN 法兰材质 0.6 Q235-A 16MnR 15MnVR 最大允许工作压力 (MPa)
松套法兰（活套法兰）
法兰不直接固定在壳体上或虽然固定而不能保证法兰 与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。
松套法兰
松套法兰
螺纹法兰
法兰和管壁通过螺纹进行连接，法兰对管壁产生的附 加应力较小。常用于高压管道。
螺纹法兰
3、按法兰形状分
圆形、方形和椭圆形
不同形状的法兰
三、影响法兰密封的因素
1、螺栓预紧力