第14章壓力容器零部件

1、容器的基本構(gòu)件是筒體和封頭，除此之外，還有容器的基本構(gòu)件是筒體和封頭，除此之外，還有法蘭、法蘭、支座、接管和人孔（手孔）支座、接管和人孔（手孔）等零部件。等零部件。 14 1 法法 蘭蘭由于生產(chǎn)工藝要求，以及為了制造、運(yùn)輸、安裝和檢修由于生產(chǎn)工藝要求，以及為了制造、運(yùn)輸、安裝和檢修方便，在筒體與筒體、筒體與封頭、管道與管道、管道方便，在筒體與筒體、筒體與封頭、管道與管道、管道與閥門(mén)之間，與閥門(mén)之間，常用可拆卸的法蘭連接形式。常用可拆卸的法蘭連接形式。盡管可拆卸結(jié)構(gòu)有盡管可拆卸結(jié)構(gòu)有法蘭聯(lián)接、螺紋聯(lián)接和承插式聯(lián)接法蘭聯(lián)接、螺紋聯(lián)接和承插式聯(lián)接等。等。但法蘭連接以其特有的密封可靠、強(qiáng)度高、適應(yīng)范圍

2、廣但法蘭連接以其特有的密封可靠、強(qiáng)度高、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)在化工、制藥設(shè)備和管道上應(yīng)用最廣。等優(yōu)點(diǎn)在化工、制藥設(shè)備和管道上應(yīng)用最廣。第第14章章 壓力容器零部件壓力容器零部件容器零部件間的連接有容器零部件間的連接有不可拆（焊接）、可拆兩種不可拆（焊接）、可拆兩種。(flange) 14.1.1 法蘭連接的結(jié)構(gòu)及密封機(jī)理法蘭連接的結(jié)構(gòu)及密封機(jī)理封頭封頭筒體筒體墊片墊片螺栓組件螺栓組件主要由一對(duì)法蘭、墊片和螺栓組成。主要由一對(duì)法蘭、墊片和螺栓組成。法蘭法蘭工作機(jī)理工作機(jī)理： 通過(guò)螺栓通過(guò)螺栓預(yù)緊預(yù)緊，使法蘭密封面，使法蘭密封面間的墊片被壓緊變實(shí)，并填滿(mǎn)法蘭密封面間的墊片被壓緊變實(shí)，并填滿(mǎn)法蘭密封面上

3、凹凸不平的間隙，阻止了介質(zhì)通過(guò)上凹凸不平的間隙，阻止了介質(zhì)通過(guò)墊片墊片內(nèi)部毛細(xì)孔的滲透性泄漏內(nèi)部毛細(xì)孔的滲透性泄漏和和墊片與密封面墊片與密封面間的界面泄漏間的界面泄漏。從而實(shí)現(xiàn)預(yù)密封。從而實(shí)現(xiàn)預(yù)密封。操作時(shí)操作時(shí)，內(nèi)壓升起后使法蘭密封面趨于分離，內(nèi)壓升起后使法蘭密封面趨于分離，作用在墊片上的壓緊力下降，此時(shí)，壓緊面上作用在墊片上的壓緊力下降，此時(shí)，壓緊面上仍需留有足夠的壓緊力，才能封住介質(zhì)。這里，仍需留有足夠的壓緊力，才能封住介質(zhì)。這里，出現(xiàn)了兩種壓緊力出現(xiàn)了兩種壓緊力：預(yù)緊時(shí)預(yù)緊時(shí)形成初始密封條件時(shí)對(duì)應(yīng)作用于形成初始密封條件時(shí)對(duì)應(yīng)作用于墊片上的最小比壓稱(chēng)為墊片上的最小比壓稱(chēng)為預(yù)緊密封比壓預(yù)緊

4、密封比壓y，MPa；工作時(shí)工作時(shí)為維持不漏而必需保持的最低為維持不漏而必需保持的最低比壓稱(chēng)為比壓稱(chēng)為工作密封比壓工作密封比壓g，MPa 。綜上所述，保證法蘭連接密封不漏的條件是：綜上所述，保證法蘭連接密封不漏的條件是：預(yù)緊時(shí)，預(yù)緊力作用在墊片上的預(yù)緊比壓不低預(yù)緊時(shí)，預(yù)緊力作用在墊片上的預(yù)緊比壓不低于預(yù)緊密封比壓；工作時(shí)，作用在墊片上的剩于預(yù)緊密封比壓；工作時(shí)，作用在墊片上的剩余比壓不低于工作密封比壓。余比壓不低于工作密封比壓。14.1.2 法蘭類(lèi)型法蘭類(lèi)型對(duì)焊法蘭：適用于壓力、溫度較高對(duì)焊法蘭：適用于壓力、溫度較高及有毒、易燃、易爆的重要場(chǎng)合。及有毒、易燃、易爆的重要場(chǎng)合。造價(jià)高。造價(jià)高。平焊

5、法蘭：用于溫度、壓力不太高平焊法蘭：用于溫度、壓力不太高的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。(標(biāo)準(zhǔn)中有具體的溫度、壓標(biāo)準(zhǔn)中有具體的溫度、壓力值）力值）1. 整體法蘭整體法蘭根據(jù)法蘭與設(shè)備或管道連接的整體性程度根據(jù)法蘭與設(shè)備或管道連接的整體性程度來(lái)分類(lèi)：來(lái)分類(lèi)：帶頸對(duì)焊法蘭帶頸對(duì)焊法蘭平焊管法蘭平焊管法蘭平焊設(shè)備法蘭平焊設(shè)備法蘭連連接接剛剛性性好好全焊透時(shí)連全焊透時(shí)連接剛性好接剛性好 平焊（任意式）平焊（任意式）法蘭法蘭對(duì)焊（高頸、長(zhǎng)頸）對(duì)焊（高頸、長(zhǎng)頸） 法蘭法蘭2. 松式法蘭松式法蘭套在翻邊上套在翻邊上套在焊環(huán)上套在焊環(huán)上套在帶環(huán)上套在帶環(huán)上特點(diǎn)：法蘭未能與管道或容器特點(diǎn)：法蘭未能與管道或容器連接在一起，適用于

6、壓力較低連接在一起，適用于壓力較低的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。如有色金屬和不銹鋼如有色金屬和不銹鋼設(shè)備或管道上，它對(duì)設(shè)備和管設(shè)備或管道上，它對(duì)設(shè)備和管道殼體不產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。道殼體不產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。用碳鋼制造時(shí)，用碳鋼制造時(shí)，可節(jié)省貴重可節(jié)省貴重金屬消耗。金屬消耗。缺點(diǎn)：剛性差。缺點(diǎn)：剛性差。 螺紋法蘭螺紋法蘭廣泛用于小直徑高壓管道上，法蘭對(duì)廣泛用于小直徑高壓管道上，法蘭對(duì)管壁產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小。管壁產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小。補(bǔ)充：補(bǔ)充： 法蘭的形狀法蘭的形狀有有圓盤(pán)形圓盤(pán)形或或帶頸圓盤(pán)形帶頸圓盤(pán)形，也有部分方形或橢圓，也有部分方形或橢圓形（腰形）。形（腰形）。影響法蘭密封的因素主要有：影響法蘭密封的因素主

7、要有：螺栓預(yù)緊力、螺栓預(yù)緊力、密封面形式、墊片性能、法蘭剛度和操作條密封面形式、墊片性能、法蘭剛度和操作條件等。件等。平面型平面型凹凸型凹凸型榫槽型榫槽型14.1.3 影響法蘭密封的因素影響法蘭密封的因素密封面的形式：密封面的形式：各種型式密封面的特點(diǎn)及適用范圍如下：各種型式密封面的特點(diǎn)及適用范圍如下：壓緊面的選擇原則為：確保密封可靠，力壓緊面的選擇原則為：確保密封可靠，力求加工容易、裝配方便、成本低。求加工容易、裝配方便、成本低。 平面型平面型：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，便于防腐或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，便于防腐或襯里。但墊片易擠出且不易壓緊，用于低壓、襯里。但墊片易擠出且不易壓緊，用于低壓、小尺寸、

8、無(wú)毒、密封要求不高的場(chǎng)合。小尺寸、無(wú)毒、密封要求不高的場(chǎng)合。 凹凸型凹凸型：對(duì)中性好，密封性能較好，用于中對(duì)中性好，密封性能較好，用于中壓且溫度較高的場(chǎng)合。壓且溫度較高的場(chǎng)合。 榫槽型：對(duì)中性好，密封可靠，墊片寬度小，榫槽型：對(duì)中性好，密封可靠，墊片寬度小，所需壓緊力也小，適用于易燃、易爆、有毒及所需壓緊力也小，適用于易燃、易爆、有毒及高壓場(chǎng)合。加工、檢修比較困難。高壓場(chǎng)合。加工、檢修比較困難。在法蘭連接中，密封效果在很大程度上取在法蘭連接中，密封效果在很大程度上取決于墊片的密封性能。決于墊片的密封性能。1. 材質(zhì)要求：材質(zhì)要求：耐腐蝕，不污染產(chǎn)品，具有耐腐蝕，不污染產(chǎn)品，具有一定的彈性，適當(dāng)

9、的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，一定的彈性，適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，在溫度變化時(shí)不易變質(zhì)硬化或軟化。在溫度變化時(shí)不易變質(zhì)硬化或軟化。2. 分類(lèi)：分類(lèi)： 墊片性能墊片性能非金屬非金屬金金 屬屬非金屬與金屬組合非金屬與金屬組合橡膠：橡膠：低壓和溫度低壓和溫度1000時(shí)應(yīng)至少開(kāi)一個(gè)人孔，若時(shí)應(yīng)至少開(kāi)一個(gè)人孔，若L6m應(yīng)開(kāi)兩個(gè)；應(yīng)開(kāi)兩個(gè)； DN=5001000，應(yīng)開(kāi)一個(gè)人孔或兩個(gè)手孔；，應(yīng)開(kāi)一個(gè)人孔或兩個(gè)手孔； DN=300500，應(yīng)開(kāi)兩個(gè)手孔；，應(yīng)開(kāi)兩個(gè)手孔；圓形人孔的公稱(chēng)直徑為圓形人孔的公稱(chēng)直徑為400、450、500、600。手孔的公。手孔的公稱(chēng)直徑為稱(chēng)直徑為150、250。14.3.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)

10、開(kāi)孔對(duì)殼體強(qiáng)度的影響：開(kāi)孔對(duì)殼體強(qiáng)度的影響：（1）使殼體承受壓力載荷的面積減小。）使殼體承受壓力載荷的面積減小。（2）由于器壁結(jié)構(gòu)的連續(xù)性受到破壞，在孔邊會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于邊）由于器壁結(jié)構(gòu)的連續(xù)性受到破壞，在孔邊會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似于邊緣應(yīng)力的應(yīng)力集中。緣應(yīng)力的應(yīng)力集中。 因此對(duì)開(kāi)孔要考慮補(bǔ)強(qiáng)。因此對(duì)開(kāi)孔要考慮補(bǔ)強(qiáng)。1. 補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)圖圖14.14 14.14 局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)局部補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)：補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)：中低壓容器中常用，但有限制：中低壓容器中常用，但有限制：（1）鋼材的）鋼材的b540MPa；（2）補(bǔ)強(qiáng)圈厚度）補(bǔ)強(qiáng)圈厚度1.5n；（3）殼體的名義厚度）殼體的名義厚度n 38mm。 接管補(bǔ)強(qiáng)（厚壁管

11、補(bǔ)強(qiáng)）：接管補(bǔ)強(qiáng)（厚壁管補(bǔ)強(qiáng)）：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，補(bǔ)強(qiáng)面積集結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，補(bǔ)強(qiáng)面積集中，能有效降低應(yīng)力集中系數(shù)。中，能有效降低應(yīng)力集中系數(shù)。 鍛件補(bǔ)強(qiáng)：鍛件補(bǔ)強(qiáng)：補(bǔ)強(qiáng)效果最好，但制造麻煩。常用于高補(bǔ)強(qiáng)效果最好，但制造麻煩。常用于高壓容器。壓容器。對(duì)于一些直徑較小的開(kāi)孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)于一些直徑較小的開(kāi)孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)。2. 允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔直徑 同時(shí)滿(mǎn)足下列要求的開(kāi)孔，可不另行補(bǔ)強(qiáng)。同時(shí)滿(mǎn)足下列要求的開(kāi)孔，可不另行補(bǔ)強(qiáng)。（1）設(shè)計(jì)壓力）設(shè)計(jì)壓力p 2.5MPa；（2）兩相鄰開(kāi)孔中心距不小于兩孔直徑之和的兩倍；）兩相鄰開(kāi)孔中心距不小于兩孔直徑之和的兩倍；（3）接管公稱(chēng)外徑）

12、接管公稱(chēng)外徑do89mm；（4）接管最小壁厚滿(mǎn)足下表的要求；）接管最小壁厚滿(mǎn)足下表的要求；注：注：1 鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值 MPa時(shí)，接管與殼體的連接宜時(shí)，接管與殼體的連接宜采用全焊透的結(jié)構(gòu)型式采用全焊透的結(jié)構(gòu)型式2 接管的腐蝕裕量為接管的腐蝕裕量為1mm。540b3. 允許的開(kāi)孔直徑范圍允許的開(kāi)孔直徑范圍圓筒上：圓筒上：Di 1500時(shí)，時(shí)，dmax Di/2，且，且dmax 520； Di 1500時(shí)，時(shí)，dmax Di/3，且，且dmax 1000；凸形封頭和球殼上：凸形封頭和球殼上： dmax Di/2；錐形封頭：錐形封頭： dmax Di/3， Di為開(kāi)孔

13、中心處的錐殼內(nèi)直為開(kāi)孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。（徑。（ dmax為接管內(nèi)直徑加上為接管內(nèi)直徑加上2倍厚度附加量）倍厚度附加量）器壁上開(kāi)橢圓孔時(shí)，其長(zhǎng)軸與短軸之比應(yīng)不大于器壁上開(kāi)橢圓孔時(shí)，其長(zhǎng)軸與短軸之比應(yīng)不大于2。 14 4 容器的焊接結(jié)構(gòu)容器的焊接結(jié)構(gòu)焊接接頭可分為焊接接頭可分為對(duì)接接頭、角接接頭、對(duì)接接頭、角接接頭、T形接形接頭、搭接接頭。頭、搭接接頭。 對(duì)接接頭對(duì)接接頭 角接接頭角接接頭 搭接接頭搭接接頭14.4.1 焊接接頭的形式焊接接頭的形式1、對(duì)接接頭：、對(duì)接接頭：受熱均勻、受力對(duì)稱(chēng)，連接強(qiáng)度高，受熱均勻、受力對(duì)稱(chēng)，連接強(qiáng)度高，便于無(wú)損檢測(cè)，焊接質(zhì)量容易得到保證，因此是壓便于無(wú)損檢測(cè)，焊接質(zhì)量容易得到保證，因此是壓力容器的常用焊接形式。力容器的常用焊接形式。2、角接接頭和、角接接頭和T形接頭：形接頭：在接頭處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，在接頭處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，承載后受力狀態(tài)不好，應(yīng)力集中較嚴(yán)重，焊接質(zhì)量承載后受力狀態(tài)不好，應(yīng)力集中較嚴(yán)重，焊接質(zhì)量不易保證。主要用于接管、法蘭、夾套等的焊接。不易保證。主要用于接管、法蘭、夾套等的焊接。3、搭接接頭：、搭接接頭：在接頭處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，承載后受力在接頭處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，承載后受力情況較差。主要用于加強(qiáng)圈與