容器零部件--法蘭設(shè)計(jì).ppt

2.4 容器法蘭連接設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容： 法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)與密封原理；法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用。,2.4.1、法蘭連接的種類與結(jié)構(gòu),1). 結(jié)構(gòu)與原理 法蘭種類：容器法蘭、管法蘭,、法蘭連接的組合件,密封的原理,法蘭密封是通過緊固螺 栓壓緊墊片來實(shí)現(xiàn)的。過程分為二個(gè)階段： 預(yù)緊工況階段： 預(yù)緊力壓緊墊片，產(chǎn)生的壓緊應(yīng)力（墊片密封比壓力）到一定數(shù)值使墊片變形，密封面上微隙被填滿，形成初始密封條件。 密封比壓力主要決定于墊片材質(zhì)。 墊片材質(zhì)確定后，墊片越寬，為保證比壓力，預(yù)緊力越大，螺栓和法蘭尺寸也越大，所以墊片不應(yīng)過寬，更不應(yīng)該把整個(gè)法蘭面都鋪滿墊片。 操作工況階段： 工作狀態(tài)內(nèi)壓軸向力拉伸，降低了壓緊應(yīng)力。墊片有足夠回彈，補(bǔ)償變形，預(yù)緊密封比壓值不小于某一值(工作密封比壓)，則法蘭保持良好密封。反之，回彈不足，則此密封失效。 密封元件在操作壓力作用下，仍然保持一定的殘余壓緊力。螺栓和法蘭須有足夠大的強(qiáng)度和剛度，不發(fā)生過大的變形。,2)、容器法蘭的分類,3). 法蘭密封面的形式,法蘭聯(lián)接密封性能與密封面型式有關(guān)，密封面型式選擇，主要考慮壓力、溫度、介質(zhì)。 、突面（RF） 光滑平面，可車制密紋水線。結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于進(jìn)行防腐襯里。 接觸面積大，預(yù)緊時(shí)墊片容易往兩邊擠，不易壓緊。,、凹凸面（MFM）,凸面和凹面相配合，凹面上放置墊片，防止墊片被擠出，適用于壓力較高。,、榫槽面(TG),槽中墊片不被擠動(dòng)。 螺栓力較小。獲得良好的密封效果。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，更換墊片較困難。 榫面容易損壞， 適于易燃、易爆、有毒介質(zhì)及較高壓力。 壓力不大時(shí)，即使直徑較大，也能很好密封。,、全平面（FF）與環(huán)連接面（RJ）,全平面密封適合于壓力較小的場(chǎng)合（PN1.6MPa）； 環(huán)連接面主要用在帶頸對(duì)焊法蘭與整體法蘭上，適用壓力范圍為（6.3MPaPN25.0MPa）。,、其他類型密封面,高壓容器和高壓管道用 球面（透鏡）和橢圓或八角形截面金屬墊片,4). 容器法蘭,(1)整體法蘭 平焊法蘭 制造容易，應(yīng)用廣泛，但剛性較差。,分3種型式： 1.整體法蘭 2.松式法蘭 3.任意式法蘭,法蘭附近筒壁的截面上，將產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力。所以平焊法蘭適用的壓力范圍較低（PN4.0MPa）。,平焊法蘭的適用范圍：,對(duì)焊法蘭,又稱高頸法蘭或長頸法蘭。,特點(diǎn)：頸提高剛性，厚度比筒體厚，降低根部彎曲應(yīng)力。 對(duì)接焊縫，比平焊法蘭的角焊縫強(qiáng)度好，對(duì)焊法蘭適用于壓力、溫度較高或設(shè)備直徑較大的場(chǎng)合。,( 2)、松式法蘭,法蘭與容器或管道不連接，比整體式連接強(qiáng)度差,法蘭盤可用不同材料，用于銅制、鋁制、陶瓷、石墨及其非金屬材料的設(shè)備或管道上。 受力后無附加彎曲應(yīng)力，只適用于壓力較低場(chǎng)合,(3)、任意式法蘭,整體性介于整體法蘭和松式法蘭之間。,圓形法蘭最常見，方形法蘭利于管子排列緊湊，橢圓形法蘭常用于閥門和小直徑的高壓管子上。,6、影響法蘭密封的因素,影響法蘭密封的因素主要有： 螺栓預(yù)緊力； 密封面型式； 墊片性能； 法蘭剛度； 操作條件。,(1) 螺栓預(yù)緊力,螺栓預(yù)緊力是影響密封一個(gè)重要因素： 預(yù)緊力使墊片壓緊并實(shí)現(xiàn)初始密封。 預(yù)緊力過大則墊片被壓壞或擠出。 預(yù)緊力通過法蘭密封面?zhèn)鬟f給墊片，良好的密 封，必須使預(yù)緊力均勻地作用于墊片。 當(dāng)需要預(yù)緊力一定時(shí)，采取增加螺栓個(gè)數(shù)、減小螺栓直徑對(duì)密封有利,(2) 法蘭墊片及性能,墊片適當(dāng)變形和回彈能力是形成密封的必要條件。 最常用墊片分為： 非金屬、 金屬、 非金屬與金屬混合制的墊片,.非金屬墊片：,橡膠石棉板、聚四氟乙烯等。 特點(diǎn)： 柔軟 耐溫度和壓力性能較金屬墊片差。 只適用于常、中溫和中、低壓設(shè)備和管道的法蘭密封。,. 金屬墊片：,材料一般并不要求強(qiáng)度高，而是要求軟韌。 常用： 軟鋁、紫銅、鐵(軟鋼)、蒙耐爾合金(含Ni67，Cu30，Cr45)鋼等。 主要用于中、高溫和中、高壓法蘭聯(lián)接密封。,.金屬與非金屬混合制墊片：,金屬包墊片及纏繞墊片等。見以下b.c.d圖 金屬包墊片用薄金屬板（鍍鋅薄鋼板、0Cr18Ni9等）將非金屬包起來； 金屬纏繞墊片是薄低碳鋼帶(或合金鋼帶)與石棉帶一起繞制而成。不帶定位圈和帶定位圈。 特點(diǎn)： 金屬包墊片及纏繞墊片較單純的金屬墊片有較好的性能，適應(yīng)的溫度與壓力范圍較高一些。,(3). 墊片材料的選擇：,根據(jù)溫度、壓力以及介質(zhì)腐蝕決定，同時(shí)考慮密封面形式、螺栓力的大小以及裝卸要求等。,2.4.2、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用,石油、化工上用的法蘭標(biāo)準(zhǔn)有兩類： 一是壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn) 二是管法蘭標(biāo)準(zhǔn),(1) 、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn) 最新標(biāo)準(zhǔn)是原機(jī)械工業(yè)部、化工部、勞動(dòng)部、石化總公司合編壓力容器法蘭，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為JB47004707-92 (見表2-14),甲型 帶襯環(huán) 平焊法蘭 乙型 不帶襯環(huán) 壓力容器 法蘭分類 帶襯環(huán) 對(duì)焊法蘭 不帶襯環(huán),1平焊法蘭：,2對(duì)焊法蘭,長頸對(duì)焊法蘭有厚度更大的頸，剛性大。所以能承受更高壓力范圍(PN 0.6MPa6.4MPa)和直徑范圍(DN300mm2000mm)，適用溫度范圍為-20450。,平焊與對(duì)焊法蘭都有帶襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩種。 當(dāng)設(shè)備是由不銹鋼制作時(shí)，采用碳鋼法蘭加不銹鋼襯環(huán)，可以節(jié)省不銹鋼。,3、公稱直徑與公稱壓力,在選用時(shí)，根據(jù)公稱直徑與公稱壓力由法蘭標(biāo)準(zhǔn)確定法蘭尺寸。 壓力容器直徑與法蘭公稱直徑應(yīng)如何配合？ 容器法蘭的公稱直徑與容器的公稱直徑取同一數(shù)額值。 例如：DN 1000mm的壓力容器，應(yīng)當(dāng)配用DN 1000mm的壓力容器法蘭。, 法蘭公稱壓力：,法蘭公稱壓力與最大操作壓力、操作溫度以及材料有關(guān)。因?yàn)椋?定義： 是以16MnR在200時(shí)的機(jī)械性能為基準(zhǔn)來確定法蘭的尺寸，所以在200時(shí)，它的最大允許操作壓力，就認(rèn)為是具有該尺寸法蘭的公稱壓力。,例如： 所謂公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，是用16MnR制造的，在200時(shí)，最大允許操作壓力0.6MPa。 如果把這個(gè)法蘭用在高于200條件下，它最大操作壓力 將低于它的公稱壓力0.6MPa。 相反若低于200時(shí)，仍按200確定其最高工作壓力。 如果材料改為Q235-A，機(jī)械性能比16MnR差，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，200操作，最大允許操作壓力也低于公稱壓力。 如果材料由16MnR改為15MnVR，機(jī)械性能優(yōu)16MnR，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，在200操作時(shí)，最大允許操作壓力將高于它的公稱壓力。 總之，只要法蘭的公稱直徑、公稱壓力確定了，法蘭的尺寸也就確定了。,最大允許工作壓力的確定：,例如：為一臺(tái)操作溫度300，設(shè)計(jì)壓力0.6MPa 的容器選配法蘭。 查表2-15得知， 如果材料用15MnVR，可按公稱壓力0.6MPa查取法蘭尺寸。 如果材料用20R，則須按公稱壓力1.0MPa查取法蘭尺寸。 討論： 為什么不直接地用設(shè)計(jì)壓力作為公稱壓力？ 因?yàn)?，法蘭的最大允許工作壓力與操作溫度和材料有關(guān)。所以，要根據(jù)操作溫度和材料的不同，通過查表，找出允許的最大工作壓力所對(duì)應(yīng)的公稱壓力。,(2) 管法蘭標(biāo)準(zhǔn),同樣公稱直徑的容器法蘭和管法蘭的尺寸不相同，不能互相代用。 管法蘭的型式除平焊、對(duì)焊法蘭外，還有鑄鋼法蘭、鑄鐵法蘭、活套法蘭、螺紋法蘭等。 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)查選方法、步驟與壓力容器法蘭相同。 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)：GB9119.788等,管法蘭標(biāo)準(zhǔn)除GB9119.7-88外，常用標(biāo)準(zhǔn)還有：化工部標(biāo)準(zhǔn)HG20592HG20602-97；中石化標(biāo)準(zhǔn)SH3406-96等。其中化工部標(biāo)準(zhǔn)中分為歐洲體系、美洲體系等，我國常用的為歐洲體系。,例2-2：為臺(tái)精餾塔配一對(duì)連接塔身與封頭的法蘭。塔內(nèi)徑1000mm，操作 溫度280，設(shè)計(jì)壓力0.2MPa。材料為Q235-A。,解題步驟： 1. 確定公稱壓力。 方法：從表2-15查知，應(yīng)按公稱壓力0.