容器零部件设计

板式平焊钢制法兰
带颈平焊பைடு நூலகம்兰
带颈对焊法兰
(3) 、其它形式的法兰连接
左上一图为法兰端盖 右下一图为管板法兰 右下二图为平板法兰
法兰连接的密封


一、密封机理 泄漏途径：渗透泄漏、界面泄漏 渗透泄漏:通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏，除了受 介质压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性质影响外， 主要与垫片的结构与材料性质有关。 界面泄漏:沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主 要与界面间隙尺寸有关。加工时压紧面上凹凸不平的间隙 及压紧力不足是造成“界面泄漏”的直接原因。“界面泄 漏”是密封失效的主要途径。
1．整体补强
2．补强圈补强
开孔周围贴焊一圈钢板，即补强圈。 补强圈与器壁搭接，材料相同，补强圈尺寸 参照标准确定，或等面积补强。 为方便焊接，外面单面补强。 检验紧密性，M10螺孔通入压缩空气。
补强圈搭焊结构的使用范围：
GB150用补强圈结构补强时，规定： ① 钢材的标准抗拉强度下限值sb≤540MPa；
平焊法兰：通过角焊缝直接与设备或管道焊接的一种法兰。其 结构简单，加工方便。 (1)、用在容器上又分甲型平焊法兰和乙型平焊法兰。甲型平焊 法兰直接与容器焊接，其解焊缝尺寸较小或不开坡口焊接，不 能保证法兰与容器同时受力；乙型平焊法兰附有一段较厚的短 节，法兰与短节的焊接质量可靠，能保证法兰与容器同时受力。 平焊法兰广泛用于中、低压容器和管道的连接。 对焊法兰又称高颈法兰刚性较大，适用于压力温度较高的场合
思考题：
1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的 因素有哪些？ 2.法兰的型式有哪些？各有什么特点？ 3.法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？
4.常用的垫片材料有哪些？
作业 ：P224
1 、2 、3
第二节 容器支座
概述：
容器支座：支承容器重量、固定容器位置 并使容器在操作中保持稳定。
结构型式由容器自身的型式决定，分：
最大允许工作压力的确定：
课堂作业：
为操作温度300℃，设计压力0.6MPa的容器
选配法兰。
材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。
材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。
㈡ 管法兰标准
同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸
不相同，不能互相代用。
管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有
铸钢法兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法 兰等。 GB9119.7-88外，常用标准还有：化工部标准 管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法 HG20592 ～HG20602-97；中石化标准 兰同。 SH3406-96 等。其中化工部标准中分为欧洲体
思考题：
1、卧式容器和立式容器的支座有哪几种？ 2、双鞍座卧式容器支座位置按哪些原则确 定？
第三节 容器的开孔与附件
一、容器的开孔与补强
容器为什么要开孔？
工艺、安装、检修的要求。
开孔后，为什么要补强？ 削弱器壁的强度，出现不连续，形成高 应力集中区。
峰值应力通常较高，达到甚至超过材料屈
服极限。
法兰连接
法兰联接(flange，joint):由一对 法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母 组成。法兰联接是一种可拆联接。 原理：垫片放在两法兰密封面之间， 拧紧螺母后，垫片表面上的比压达 到一定数值后产生变形，并填满密 封面上凹凸不平处，使联接严密不 漏。 性能：较好的强度和密封性，结构 简单，成本低廉，可多次重复拆卸， 应用较广 。 失效形式:主要表现为泄漏,泄漏量 控制在工艺和环境允许的范围内。
适用范围和 结构：
支承式支座的选用：
选用见标准规定，尺寸按表10-8查。 简单轻便 局部应力较大，当壳体刚度较小、壳体和
支座材料差异或温度差异较大时，或壳体
需焊后热处理，应设置加强板。 加强板的材料应和壳体材料相同或相似。
㈢ 裙式支座
塔设备最常用裙式支座。 目前还没有标准。 各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。
温层或直接放在楼板上）
每类又分带垫板与不带垫板两种结构
耳式支座选用的方法：
（1）估算设备总重，算每个支座（按2个计 算）的负荷Q值； （2）确定支座型式，从表11-5或表11-6按允 许负荷Q允大于实际负荷Q，选支座。
小型设备耳式支座，可支承在管子或型钢制的
立柱上。
大型设备的支座往往搁在钢梁或混凝土制的基


柔软
耐温度和压力性能较金属垫片差。 法兰密封。
只适用于常、中温和中、低压设备和管道的
金属与非金属混合 制垫片：
金属包垫片及缠绕垫片等。
金属包垫片用薄金属板（镀锌薄钢板、
0Cr18Ni9等）将非金属包起来；
金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢带)与石
棉带一起绕制而成。不带定位圈和带定位圈。
金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属垫片有
材料改为Q235-A，机械性能比16MnR差，公
称压力PN0.6MPa的法兰，200℃操作，最大
允许操作压力也低于公称压力。
材料由16MnR改为15MnVR，机械性能优于
16MnR，公称压力PN0.6MPa的法兰，在
200℃操作时，最大允许操作压力将高于它
的公称压力。
只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法
㈢ 腿式支 座
简称支腿 连接处造成严重的局部应力，只适用于小 型设备（DN≤1600、L≤5m）。 腿式支座的结构型式、系列参数等参见标 准JB/T 4714-92 《腿式支座》。
二、立式容器的支座
立式容器的支座主要有：
耳式支座 支承式支座 裙式支座 中、小型直立容器常采用前二种，
高大的塔设备则广泛采用裙式支座。
局部应力较大，加之材质和制造缺陷等,
为降低峰值应力，需要对结构开孔部位进
行补强，以保证容器安全运行。 开孔的形状： 应力集中和开孔形状有关，圆孔的应力集 中程度最低。
㈠ 开孔补强的设计与补强结构
在开孔附近区域增加补强金属，提高器 壁强度，满足强度设计要求。 容器开孔补强的形式分为整体补强和补 强圈补强 增加整个壳体的厚度，或用全焊透将厚壁 接管或整体补强锻件与壳体相焊，降低开 孔附近的应力。 应力集中的局部性，除非制造或结构需要，
DN 1000mm的压力容器法兰。
法兰公称压力：
与最大操作压力、操作温度以及材料有关。
定义：以16MnR在200℃时的机械性能为基 准确定法兰尺寸，在200℃时，它的最大允 许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称
压力。
公称压力PNO.6MPa法兰，用16MnR制造 的，在200℃时，最大允许操作压力 0.6MPa。
高度200、300、400和500mm。
宽度b根据容器公称直径查出。
鞍座的种类与安装：
鞍座分为A型（轻型）和B型（重型），重型
又分为BⅠ～BⅤ五种型号。A型和B型的筋板
和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。 每种型式鞍座又分为固定式支座（代号F)： 底板上开圆形螺栓孔和滑动式支座（S) ：底 座开长圆形螺栓孔（安装）
② 补强圈厚度小于或等于1.5dn；
③ 壳体名义厚度dn≤38mm。
㈡ 允许开孔的范围
筒体及封头开孔最大直径不允许超过： （1） 圆筒Di≤1500mm，开孔最大直径
d≤1/2Di，且d≤520mm；圆筒Di＞1500mm 时，开孔最大直径d≤1/3Di，且d≤1000mm； （2） 凸形封头或球壳的开孔最大直径d＜ 1/2Di。 （3） 锥壳开孔最大直径d≤1/3Di，Di为开孔
鞍座与筒体端部距离A确定： 当L/D较大，且无加强圈，应尽量利用封头 对支座处筒体的加强作用，取A≤0.25D； 当筒体的L/D较小，d/D较大，或有加强圈时， 取A≤0.2L。
㈡圈 座
采用圈座的情况：

对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自身 重量可能造成严重挠曲； 多于两个支承的长容器。

除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈
垫片材料的选择：
四、法兰标准及选用
石油、化工上用的法兰标准有两类，
一类是压力容器法兰标准 一类是管法兰标准
㈠ 压力容器法兰标准
1．平焊法兰：
2．对焊法兰
长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚性大。
更高压力范围(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直 径范围(DN300mm～2000mm)，适用温度 乙型平焊法兰中DN 2000mm以下规格包括 范围为-20℃～450℃。 在长颈对焊法兰的规定范围之内。两者联接 尺寸和法兰厚度一样。DN2000mm以下的乙
㈠ 耳式支座
简称耳座：垫板、筋板和支脚板。
广泛用在反应釜及立式换热器等直立设备上。
简单、轻便，但局部应力较大。 当设备较大或器壁较薄应加垫板。 不锈钢制设备，用碳钢作支座，防止合金元素 流失，也需加一个不锈钢垫板。
已标准化JB/T 4725-92 《耳式支座》。 该标准分A型（短臂）和B型（长臂）（有保
二、法兰密封面的形式

法兰的密封面主要根据工艺条件、密封口径以及 垫片等进行选择。

（1）、容器法兰的形式有：平面型、凹凸面、榫 槽面等其中以凹凸面、榫槽面最为常用。 （2）、管法兰的形式有：全平面、突面、凹凸面、 榫槽面和连环接面五种。前四种为常用的密封面。


平面型密封面：是在平 面上加工出几道浅槽， 其结构简单但垫圈没有 固定，不易压紧。适用 于压力不高、介质无毒 的场合； 凹凸密封面：是相配合 的凹形和凸形密封面。 安装时便于对中，还能 防止垫片被挤出。但垫 片宽度较大，须较大压 紧力。适用于压力稍高 的场合

一、法兰的分类
按所联接的部件可分为 容器法兰及管法兰。 按结构型式分，有整体 法兰、活套法兰和螺纹 法兰。 这里重点介绍整体法兰， 常见的整体法兰有平焊 法兰及对焊法兰。

左上一图为连接塔节与塔节的容器法兰 左上二图为连接接管的管法兰 右下一图为连接封头与筒体、管箱与筒体的容器法兰 右下二图为管法兰