壓力容器零部件之法蘭

1、16.1 法蘭連接法蘭連接5.1.1.法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理1.連接結(jié)構(gòu)：第六章第六章 壓力容器零部件設(shè)計(jì)壓力容器零部件設(shè)計(jì)2法蘭連接結(jié)構(gòu)（外觀）3法蘭連接結(jié)構(gòu)（剖開(kāi)看）42.法蘭密封原理法蘭密封原理法蘭密封面泄漏的原因法蘭密封面泄漏的原因：密封墊表面與法蘭密封面之間有空隙,或截面內(nèi)有毛細(xì)管泄漏通道。密封面兩側(cè)介質(zhì)有壓差推動(dòng)力。從法蘭密封連接過(guò)程看其密封原理：從法蘭密封連接過(guò)程看其密封原理：（1）安裝過(guò)程安裝過(guò)程擰緊螺栓,墊片被壓緊（墊內(nèi)毛細(xì)管被切斷；消除了與法蘭密封面之間的空隙）。墊片單位面積上所受的壓緊力，稱(chēng)為墊片密封比壓。墊片單位面積上所受的壓緊力，稱(chēng)為墊片密封比壓

2、。當(dāng)墊片密封比壓達(dá)到某一值時(shí)，便具備了初始密封條件，此時(shí)的比壓稱(chēng)為預(yù)緊密封比壓。預(yù)緊密封比壓。5（2）工作條件下工作條件下介質(zhì)壓力和溫度均升高。螺栓被拉伸，法蘭變形，法蘭密封面相對(duì)有分離趨勢(shì)。致使墊片比壓下降。墊片回彈，補(bǔ)償或部分補(bǔ)償了法蘭分離的位移。此時(shí)的殘余比壓若不小于某一值（稱(chēng)為工作密封比壓），仍可保持良好密封狀態(tài)。否則，將發(fā)生泄漏。676.1.2.法蘭分類(lèi)法蘭分類(lèi)1.整體法蘭法蘭與設(shè)備或管道不可拆卸。1）平焊法蘭板式平焊法蘭，帶頸平焊法蘭892.松套法蘭平焊環(huán)松套板式翻邊松套板式103.螺紋法蘭法蘭與設(shè)備或管道之間以螺紋連接。116.1.3 影響法蘭密封的因素因素因素1.螺栓預(yù)緊力螺栓

3、預(yù)緊力 大小合適。 墊片受力均勻。螺栓采取小直徑多數(shù)量(四的倍數(shù)）。 對(duì)稱(chēng)擰緊的方法。12因素因素2.法蘭密封面形式法蘭密封面形式13因素因素3. 墊片性能墊片性能 墊片密封面的塑性變形能力 實(shí)現(xiàn)初始密封； 墊片材料及結(jié)構(gòu)的回彈能力 提高工作狀態(tài)下的殘余密封比壓。 耐腐蝕能力。 力學(xué)性能，尤其抗高溫蠕變能力。 工作溫度下的變質(zhì)硬化或軟化性。1415墊片類(lèi)型：墊片類(lèi)型：161718192021 因素因素4.法蘭的剛度法蘭的剛度法蘭在外力作用下抵抗變形的能力。剛度小受力後變形大，墊片受力不均，易泄漏。法蘭受力法蘭受力：思考：法蘭將如何變形？22法蘭變形法蘭變形1:23法蘭變形法蘭變形224增加法蘭

4、厚度；增加法蘭厚度；減小螺栓力與墊片力作用點(diǎn)間距離；減小螺栓力與墊片力作用點(diǎn)間距離；增大法蘭盤(pán)外徑；增大法蘭盤(pán)外徑；螺栓數(shù)量要足夠。螺栓數(shù)量要足夠。25 因素五因素五.操作條件操作條件 壓力壓力高介質(zhì)泄漏的推動(dòng)力大。 溫度溫度高 介質(zhì)的粘度低，滲透性強(qiáng)，容易泄漏； 介質(zhì)的腐蝕性能增強(qiáng)； 法蘭、螺栓及墊片易發(fā)生蠕變，墊片比壓下降； 非金屬墊片易發(fā)生老化，喪失塑性。溫度壓力聯(lián)合作用，并且反復(fù)波動(dòng)，墊片容易發(fā)生“疲勞” 失效。266.1.4 法蘭標(biāo)準(zhǔn)1.壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)2728壓力容器法蘭的選用壓力容器法蘭的選用 確定法蘭連接尺寸的基本參數(shù)：公稱(chēng)壓力（公稱(chēng)壓力（PN）和公稱(chēng)直徑（）和

5、公稱(chēng)直徑（DN)。.公稱(chēng)直徑的確定： 管法蘭與相聯(lián)接管子的公稱(chēng)直徑相同； 壓力容器法蘭 板卷筒體，與相聯(lián)接筒體的公稱(chēng)直徑相同； 無(wú)縫鋼管作筒體，與相聯(lián)接無(wú)縫管的公稱(chēng)直徑相同。29公稱(chēng)壓力 PN 法蘭材質(zhì) 最大允許工作壓力 (MPa)-20200 300350 0.6 Q235-A 0.4 0.33 0.30 16MnR 0.6 0.51 0.49 15MnVR 0.65 0.63 0.6法蘭公稱(chēng)壓力的確定：法蘭公稱(chēng)壓力的確定：.公稱(chēng)壓力的確定：公稱(chēng)壓力的確定：基準(zhǔn)基準(zhǔn)：以16MnR在 200時(shí)的力學(xué)性能為基準(zhǔn)確定法蘭尺寸系列。 即基準(zhǔn)條件下，法蘭的最大允許操作壓力為該法蘭的基準(zhǔn)條件下，法蘭的最

6、大允許操作壓力為該法蘭的公稱(chēng)壓力。公稱(chēng)壓力。30 確定壓力容器法蘭PN JB4700-92(見(jiàn)書(shū)P156,P329) （1）.壓力容器法蘭材質(zhì)為20R，300 時(shí)設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa。其公稱(chēng)壓力應(yīng)該為多少？ （2）管法蘭材質(zhì)為Q235-A,選用PN=0.6MPa，問(wèn)300時(shí)能否承受0.4MPa的工作壓力？31壓力容器法蘭設(shè)計(jì)步驟：壓力容器法蘭設(shè)計(jì)步驟：（1）確定DN;（2）根據(jù)法蘭材質(zhì)、工作溫度和最高工作壓力法蘭材質(zhì)、工作溫度和最高工作壓力，確定PN；（3）由PN,DN確定法蘭形式及連接尺寸、螺栓尺寸及數(shù)量。（4）根據(jù)介質(zhì)工作溫度、工作壓力確定密封面及墊 片類(lèi)型；（5）確定螺栓、螺帽材質(zhì)；（

7、6）繪制草圖。322.管法蘭管法蘭管法蘭標(biāo)準(zhǔn)管法蘭標(biāo)準(zhǔn)：1）HG205922063597 鋼制管法蘭、墊片、緊固件2）GB91129123 鋼制管法蘭注：壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程推薦1）。33a.板式平焊HG20592-97 管法蘭類(lèi)型：管法蘭類(lèi)型：b.帶頸對(duì)焊法蘭34c.帶頸平焊d.承插焊e.平焊環(huán)松套板式f.翻邊松套板式35g.螺紋法蘭方法蘭橢圓形法蘭h.法蘭蓋36例題為一臺(tái)精流塔配一對(duì)連接塔身與封頭的法蘭。為一臺(tái)精流塔配一對(duì)連接塔身與封頭的法蘭。塔的內(nèi)徑為塔的內(nèi)徑為1000mm,操作溫度為操作溫度為280，設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)壓力為為0.2MPa。塔體材質(zhì)為。塔體材質(zhì)為Q235-B。介質(zhì)無(wú)腐蝕

8、性。介質(zhì)無(wú)腐蝕性及其他危害。及其他危害。解：1.確定DN DN=1000mm（板卷筒體）。 2.確定PN 法蘭材質(zhì)也采用Q235-BR,根據(jù)操作溫度（ 280C）及設(shè)計(jì)壓力（0.2MPa)，查溫度/壓力表（JB4700-92),得PN=0.6(MPa)。 3.由DN和PN，查尺寸標(biāo)準(zhǔn)JB4701-92,確定連接尺寸及螺栓的規(guī)格數(shù)量。螺栓M20 ,36個(gè)37 4.確定密封面形式及墊片。 查表6-1，確定采用平形密封面，墊片采用耐油橡膠石棉墊。墊片尺寸由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)確定。表6-3 給出參考寬度值：20mm。 5.確定螺栓螺帽材質(zhì)。由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)查得。表6-6給出參考值：螺栓螺母均為Q235-A。 6.繪草

9、圖。螺栓M20 ,36個(gè)386.2 容器支座作用：支撐容器的重量；固定位置。6.2.1 臥式容器支座臥式容器支座種類(lèi)：種類(lèi)：391).支座反力計(jì)算每一支座的反力：F=mg/2式中 mg設(shè)備總重。2).筒體軸向彎矩哪里較大？支座處(2-2截面）彎矩為負(fù)，橫截面的上部受拉，下部受壓兩支座中間處（1-1截面）： 彎矩為正橫截面上部受壓，下部受拉。筒體受壓處可能出現(xiàn)何種破壞形式？方向如何筒體受壓處可能出現(xiàn)何種破壞形式？方向如何？403).筒體的軸向應(yīng)力計(jì)算 在跨距中點(diǎn)：載荷介質(zhì)壓力，彎矩。彎曲應(yīng)力膜應(yīng)力 2211ememcSRMSRp在支座處：當(dāng)ARm/2時(shí)，封頭有支撐作用，保持筒體的圓形，保證了局部

10、剛度。ememcSRKMSRp2122 2“”上部為負(fù)，“+”下部為正。414).筒體軸向應(yīng)力的驗(yàn)算 判據(jù)： 較小者壓應(yīng)力：拉應(yīng)力：壓拉tBt B值得計(jì)算：1）由Rm和Se計(jì)算A:emSRA094. 02）由A，依據(jù)材料線(xiàn)求B值；3）如A在材料線(xiàn)左側(cè)，由下式計(jì)算：tAEB324243材質(zhì)：墊板與筒體相同，其它-Q235-A.F 。44（2）鞍座標(biāo)準(zhǔn)及其標(biāo)記鞍座分為輕型（輕型（A）和重型（重型（B）（BB）。 固定式F型； 活動(dòng)式S型。標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：JB/T4712-92 . 鞍座標(biāo)記：JB/T4712-92 鞍座鞍座 型號(hào)型號(hào)公稱(chēng)直徑公稱(chēng)直徑-F或或S例如：DN2600的輕型鞍座標(biāo)記為JB/T471

11、2-92 鞍座A2600-FJB/T4712-92 鞍座A2600-S456).鞍座的位置鞍座的位置A的確定的確定：ADo/4,且不大于且不大于0.2L。最大不大于最大不大于0.25L。L封頭赤道圓（切點(diǎn)）間的距離。A赤道圓至支座中心線(xiàn)間的距離。思考：在施工圖上，思考：在施工圖上，L,A標(biāo)注在赤道圓上，可否？標(biāo)注在赤道圓上，可否？466.2.2 立式容器支座立式容器支座476.3 容器的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)6.3.1.容器開(kāi)孔應(yīng)力集中現(xiàn)象開(kāi)孔處出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)為： K=實(shí)際/膜其大小為多少？見(jiàn)平板開(kāi)孔試驗(yàn)測(cè)試：實(shí)測(cè)結(jié)果：K3即應(yīng)力集中點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)力大約為膜應(yīng)力的3倍。486.3.2.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)原則與

12、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)1.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)原則：開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)原則： 等面積補(bǔ)強(qiáng)等面積補(bǔ)強(qiáng)。即規(guī)定局部補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積必須等于或大于開(kāi)孔減去的殼體截面積。（1）補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)材質(zhì)厚度一般與殼體相同；補(bǔ)強(qiáng)圈要與殼體、接管很好地焊接，以同時(shí)受力。補(bǔ)強(qiáng)板上有一個(gè)M10小孔，用以檢查焊縫缺陷；名曰泄漏信號(hào)孔。2.補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：49若須補(bǔ)強(qiáng)的接管較多，可采取增加殼體壁厚的辦法，也稱(chēng)為整體補(bǔ)強(qiáng)。（2）加強(qiáng)元件結(jié)構(gòu)（3）整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)503.不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑同時(shí)滿(mǎn)足如下要求的，可不另行不強(qiáng)：（1）殼體設(shè)計(jì)壓力p2.5MPa;（2）兩相鄰孔中心距不小于兩孔直徑之和；（3）接管的外徑不大于89mm；（4）接管

13、的最小壁厚滿(mǎn)足下表要求：接管外徑25 32 38 45 48 57 657689最小壁厚 3.5 4.0 5.0 6.0516.3.3.等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法1. 開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算 等面積補(bǔ)強(qiáng)等面積補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)的金屬量等于或大于開(kāi)孔所補(bǔ)強(qiáng)的金屬量等于或大于開(kāi)孔所削弱的金屬量削弱的金屬量。 圖上看，應(yīng)該考慮的截面是強(qiáng)度削弱較大的截面 軸（縱）向截面的面積：52B=2d d=接管內(nèi)徑+2C (C=C1+C2)值；或?qū)嶋H內(nèi)伸高度的較小值；或?qū)嶋H外伸高度的較小 dSh dShntnt2153 等面積補(bǔ)強(qiáng)，縱截面上的投影面積要滿(mǎn)足下式： A1+A2+A3AA1殼體的貢獻(xiàn)（有效壁厚減去計(jì)算壁厚部分）；A2接管的貢獻(xiàn)（有效壁厚減去計(jì)算壁厚部分）；A3焊縫金屬截面積; A殼體上需要補(bǔ)強(qiáng)的截面積。（表6-20 P179）54在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)，設(shè) Ae =A1+A2+A3如果Ae A ,則無(wú)需補(bǔ)強(qiáng)；如果Ae A ，則需要補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)面積為 A4=A- Ae552.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)步驟開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)步驟