压力容器零部件设计2法兰设计课件.ppt

压力容器零部件设计主 要 内 容l一、开孔补强一、开孔补强l二、法兰设计二、法兰设计l三、卧式容器支座三、卧式容器支座l四、立式容器支座四、立式容器支座概 述v压力容器的主体构件压力容器的主体构件 : 筒体、封头、开孔接管等筒体、封头、开孔接管等.v由于制造、安装、运输、检修及操作工艺等方面的由于制造、安装、运输、检修及操作工艺等方面的要求，容器的零部件常做成要求，容器的零部件常做成可拆连接可拆连接，然后再组合然后再组合可拆连接的基本要求l（（1）足够的刚度及连接件间的压紧力足够的刚度及连接件间的压紧力保证操作中保证操作中介质不泄漏介质不泄漏l（（2）足够的强度足够的强度本身具有足够的强度，不能削弱整体本身具有足够的强度，不能削弱整体结构强度；结构强度；l（（3）能耐腐蚀能耐腐蚀能正常工作和多次迅速拆装能正常工作和多次迅速拆装l（（4）成本低廉成本低廉适合大批量生产适合大批量生产概 述v压力容器的零部件：压力容器的零部件： 法兰、支座、人孔、手孔、法兰、支座、人孔、手孔、 安全阀，等安全阀，等其中法兰就是典型的可拆连接其中法兰就是典型的可拆连接v零部件都标准化，如法兰：零部件都标准化，如法兰：JB4700～～4707—92，， 支座：支座：JB/T47**—92  二、法兰设计二、法兰设计重点内容重点内容: :v法兰的密封原理、影响法兰的密封原理、影响密封的主要因素密封的主要因素v法兰的标准法兰的标准v容器法兰的类型、设计容器法兰的类型、设计步骤步骤v管法兰的类型、设计步管法兰的类型、设计步骤骤法兰连接的组成：法兰连接的组成：l1 、被连接件、被连接件——法兰对法兰对（关键部（关键部件，提供密封面和螺栓件，提供密封面和螺栓孔。

孔l2 、连接件、连接件——螺栓、螺母螺栓、螺母l3 、密封元件、密封元件——垫片垫片(圈圈)思思 考考 ？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？l法兰连接最基本的要求是什么法兰连接最基本的要求是什么? ?l法兰连接的失效形式是什么法兰连接的失效形式是什么? ?密密 封封v法兰连接最基本的要求：法兰连接最基本的要求：密封可靠密封可靠v密封原理分为：密封原理分为：v1）强制密封（中低压）：）强制密封（中低压）： 把螺栓产生的压紧把螺栓产生的压紧力通过法兰密封面（压紧面）传递给垫片，使垫片力通过法兰密封面（压紧面）传递给垫片，使垫片产生足够的弹塑性变形，从而将法兰压紧面间凹凸产生足够的弹塑性变形，从而将法兰压紧面间凹凸不平的缝隙填满压实，达到密封的目的不平的缝隙填满压实，达到密封的目的v2）自紧密封（高压）：）自紧密封（高压）：依靠容器内介质的压力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，达到密封目的封口产生较大的密封比压，达到密封目的 泄泄 漏漏v法兰连接的法兰连接的失效形式：泄漏。

失效形式：泄漏v泄漏途径泄漏途径 ：： ①①垫圈渗漏，垫圈渗漏，②②密封面泄漏（为主）密封面泄漏（为主）v防止泄漏方法：防止泄漏方法：v①①采用不渗透性材料或有填充剂堵塞多孔性材料的采用不渗透性材料或有填充剂堵塞多孔性材料的孔隙；孔隙；v②②提高法兰刚度、密封面平直度、表面粗糙度、密提高法兰刚度、密封面平直度、表面粗糙度、密封面与法兰中心线的垂直度，避免径向凹痕封面与法兰中心线的垂直度，避免径向凹痕 影响影响密封密封的主要因素：的主要因素：v1、螺栓预紧力螺栓预紧力：大小合适、分布均匀v2、垫圈性能垫圈性能:变形能力和回弹能力(弹性、塑性)v3、密封面型式和表面性能密封面型式和表面性能：平直度、表面粗糙度精度、密封面与法兰中心轴线垂直同心v4、法兰刚度法兰刚度：产生翘曲变形增大法兰厚度，减小螺栓力作用的力臂，增大法兰盘外径v5、操作条件操作条件：压力、温度温度、介质的物理化学性质法兰设计的法兰设计的重要概念重要概念v1、预紧密封比压预紧密封比压： 预紧时预紧时(无内压），迫使无内压），迫使垫片变形与压紧面密合，垫片变形与压紧面密合，形成初始密封条件此时形成初始密封条件此时在垫片单位面积上的压紧在垫片单位面积上的压紧力。

也称最小压紧应力力也称最小压紧应力MPa））法兰设计的法兰设计的重要概念重要概念v2、工作密封比压：工作密封比压：操操作时作时(有内压），压紧力有内压），压紧力减小，垫片具有足够的回减小，垫片具有足够的回弹能力，回复的变形能够弹能力，回复的变形能够补偿螺栓和密封面的变形，补偿螺栓和密封面的变形，此时预紧密封比压下降到此时预紧密封比压下降到正常工作的最小值正常工作的最小值 （（MPa））v3、垫片系数垫片系数：操作时操作时(有内压），达到紧密不有内压），达到紧密不漏，垫片上所必须维持的漏，垫片上所必须维持的最小比压与介质压力最小比压与介质压力P的的比值密封面型式密封面型式①①平平面面型型②②凹凸型凹凸型 ③③榫槽型榫槽型④④梯梯形形槽槽①①平面型平面型v优点：结构简单、优点：结构简单、加工方便，便于防加工方便，便于防腐衬里，腐衬里， 应用广泛应用广泛v缺点：密封面与垫缺点：密封面与垫圈接触面大，不易圈接触面大，不易对中，垫圈易伸展，对中，垫圈易伸展，密封性较差密封性较差v适用：低压和无毒适用：低压和无毒介质v②②凹凸型凹凸型v优点：便于对中，垫圈优点：便于对中，垫圈放在凹面不易挤出，密放在凹面不易挤出，密封面窄比压大。

封面窄比压大v缺点：加工量大缺点：加工量大v适用：压力稍高适用：压力稍高v③③榫槽型榫槽型v优点：密封面窄，不与优点：密封面窄，不与介质接触，介质接触，v缺点：拆卸难，垫圈不缺点：拆卸难，垫圈不易清理易清理v适用：压力更高，密封适用：压力更高，密封要求严要求严v④④梯形槽：梯形槽：v与椭圆型或八角型金与椭圆型或八角型金属垫圈配用属垫圈配用v特点：特点：槽的锥面与垫圈成线（或窄面）接触密封v适用：温度、适用：温度、压力有波动，介质渗透性密封面的选用原则密封面的选用原则首先必须保证密封可靠，首先必须保证密封可靠，然后力求加工容易，装配方便、成本低然后力求加工容易，装配方便、成本低垫圈（垫片）垫圈（垫片）v垫圈是法兰连接的核心，密封效果的好坏主垫圈是法兰连接的核心，密封效果的好坏主要取决于垫圈的密封性能要取决于垫圈的密封性能v垫圈材料的要求：垫圈材料的要求：v耐介质腐蚀、不与操作介质发生化学反应，耐介质腐蚀、不与操作介质发生化学反应，v不污染产品和环境，不污染产品和环境，v具有良好的弹性，具有良好的弹性，v有一定的机械强度和适当的柔软性，有一定的机械强度和适当的柔软性，v在工作温度和压力下不易变质在工作温度和压力下不易变质（硬化、老化、软化）。

硬化、老化、软化）垫圈的类型垫圈的类型v压力容器法兰及管法兰采用的密封压力容器法兰及管法兰采用的密封垫圈，根据所用材料有哪几种类型垫圈，根据所用材料有哪几种类型？？ 垫圈的类型垫圈的类型v1）非金属垫圈：）非金属垫圈： （适用于P<6MPa, T<450度）v材料：橡胶垫、石棉橡胶垫、聚四氟乙烯垫和膨胀（或柔性）材料：橡胶垫、石棉橡胶垫、聚四氟乙烯垫和膨胀（或柔性）石墨垫断面为矩形或石墨垫断面为矩形或O形v2）金属垫圈：）金属垫圈：（适用于P>6.4MPa, T>350度）v材料：软铝、钢、纯铁、软钢、铬钢和不锈钢断面有矩形、材料：软铝、钢、纯铁、软钢、铬钢和不锈钢断面有矩形、波纹形、齿形、椭圆形和八角形波纹形、齿形、椭圆形和八角形v3）金属）金属—非金属组合垫圈：非金属组合垫圈：v兼容了前二者的优点，提高了耐蚀性、耐热性和密封性能，兼容了前二者的优点，提高了耐蚀性、耐热性和密封性能，适用于较高的压力和温度适用于较高的压力和温度v形式：金属包垫片、金属缠绕垫片和带骨架的非金属垫片形式：金属包垫片、金属缠绕垫片和带骨架的非金属垫片垫圈的选择垫圈的选择v垫圈的结构形式、材料和尺寸，垫圈的结构形式、材料和尺寸，标准化。

选择依据：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v高温高压：金属垫圈高温高压：金属垫圈v中温中压：金属与非金属组合式或非金属中温中压：金属与非金属组合式或非金属v中、低压：多用非金属中、低压：多用非金属v高真空或深冷：金属垫圈高真空或深冷：金属垫圈 法兰的类型法兰的类型v1 1））压力容器法兰压力容器法兰：：连接筒体与封头、筒体与筒体、连接筒体与封头、筒体与筒体、法兰与管板法兰与管板 v2 2））管法兰管法兰：：管道之间连接管道之间连接v思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？为什么？v思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？思考：两类法兰作用相同，外形相同，能互换吗？ 为什么？为什么？v答：不能答：不能v因为：因为：v压力容器法兰的公称直径通常是与其连接的筒体的压力容器法兰的公称直径通常是与其连接的筒体的内径；内径；v而管法兰的公称直径是与其连接的管子的公称直径而管法兰的公称直径是与其连接的管子的公称直径它既不是管子的内径，也不是管外径。

它既不是管子的内径，也不是管外径v因此，二者的连接尺寸并不等因此，二者的连接尺寸并不等法兰的标准法兰的标准v1 1）压力）压力容器法兰容器法兰标准：标准：JB4700JB4700～～4707-924707-92v 包括法兰、垫片、螺栓等包括法兰、垫片、螺栓等8 8个标准个标准v2 2））管法兰管法兰（管道之间连接）（管道之间连接）标准：标准：v与与““英制管英制管””配管系列对应的管法兰标准有配管系列对应的管法兰标准有 GB9119.5 GB9119.5 ~ 9119.14-88 9119.14-88 国家标准国家标准英制管英制管管法兰有管法兰有1414种v与与““公制管公制管””配管系列对应的管法兰标准是配管系列对应的管法兰标准是 化工行业标准化工行业标准 HG20592HG20592～～20635-9720635-97《《钢制管法兰、垫片、紧钢制管法兰、垫片、紧固件》标准固件》标准公制管公制管管法兰有管法兰有6 6种容器法兰类型容器法兰类型v1 1）平焊法兰：）平焊法兰：v ①①甲型平焊法兰，甲型平焊法兰， JB4701-92JB4701-92v ②②乙型平焊法兰，乙型平焊法兰， JB4702-92JB4702-92v2 2）对焊法兰：）对焊法兰：v ③ ③ 长颈对焊法兰，长颈对焊法兰， JB4703-92JB4703-92容器法兰类型容器法兰类型v甲型和乙型平焊法兰的区别：甲型和乙型平焊法兰的区别：v乙型平焊法兰本身乙型平焊法兰本身配带了一个比容器壁厚更厚的圆筒形短配带了一个比容器壁厚更厚的圆筒形短节，短节厚度一般不小于节，短节厚度一般不小于1616mmmm，，增加了法兰的刚度。

因而比增加了法兰的刚度因而比甲型平焊法兰适用的公称直径大，制定的压力级别范围宽且甲型平焊法兰适用的公称直径大，制定的压力级别范围宽且高v甲型平焊法兰：有甲型平焊法兰：有PN0.25PN0.25MPa，，0.60.6MPa，，1.01.0MPa，，1.61.6MPa四个压力等级，直径范围为四个压力等级，直径范围为DN300～～2000mm，，温度温度范围－范围－20～～300ºCv只限于使用非金属软垫片，配有光滑（平面）和凹只限于使用非金属软垫片，配有光滑（平面）和凹凸凸2种密封面种密封面容器法兰类型容器法兰类型v乙型平焊法兰：有乙型平焊法兰：有PN0.25PN0.25MPa，，0.60.6MPa，，1.01.0MPa，，1.61.6MPa四个压力等级中较大直径范围，还有四个压力等级中较大直径范围，还有PN2.5PN2.5MPa，，4.04.0MPa两个压力等级中较小直径范围两个压力等级中较小直径范围，，适用的全部直径范适用的全部直径范围为围为DN300～～3000mm，，温度范围－温度范围－20～～350ºCv可使用非金属软垫片、缠绕式垫片、组合式垫片，可使用非金属软垫片、缠绕式垫片、组合式垫片，密封面有光滑、凹凸和榫槽密封面有光滑、凹凸和榫槽3种密封面。

种密封面选用依据：选用依据：v ①①公称直径公称直径（是容器及管道标准化以后的尺寸系列）（是容器及管道标准化以后的尺寸系列）v ②②公称压力公称压力（等于法兰的允许工作压力（等于法兰的允许工作压力））容器法兰连接的设计步骤容器法兰连接的设计步骤v（（1 1）根据设计要求，确定法兰型式（甲、乙、长）；）根据设计要求，确定法兰型式（甲、乙、长）；v（（2 2）由型式和工作温度，确定材料或由材料定公称）由型式和工作温度，确定材料或由材料定公称压力；压力；v（（3 3）由型式和公称压力，确定法兰各部分尺寸和螺）由型式和公称压力，确定法兰各部分尺寸和螺柱直径及个数；柱直径及个数；v（（4 4）由型式和工作温度，确定匹配的垫片种类、材）由型式和工作温度，确定匹配的垫片种类、材料和螺柱及螺母材料、尺寸；料和螺柱及螺母材料、尺寸；v（（5 5）参照各尺寸绘法兰图参照各尺寸绘法兰图选择标准法兰举例l例1l有一直径为有一直径为1200mm的吸收塔，封头与筒体的吸收塔，封头与筒体采用法兰联接，该塔操作温度为采用法兰联接，该塔操作温度为285ºC，，设设计压力为计压力为0.3MPa，，材质为材质为Q235－－A。

l试选择标准法兰试选择标准法兰选择标准法兰举例l根据吸收塔的直径和压力，查表根据吸收塔的直径和压力，查表12－－2（（压力容器法兰分压力容器法兰分类和规格范围类和规格范围）可知，）可知，甲型平焊法兰甲型平焊法兰公称压力范围：公称压力范围：0.25～～1.6MPa，，完全可以满足要求完全可以满足要求l法兰材料取与塔体、封头材料相同，为法兰材料取与塔体、封头材料相同，为Q235－－A，，查表查表12－－3（甲型、乙型平焊法兰的最大允许工作压力，（甲型、乙型平焊法兰的最大允许工作压力，JB4700-92）），，应按公称压力应按公称压力0.6MPa来查选它的尺寸来查选它的尺寸l由于操作压力不高，由表由于操作压力不高，由表12－－1（垫圈选用表）（垫圈选用表）可采用平可采用平面型密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，查面型密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，查JB4704-92定出尺寸定出尺寸标注为：垫片标注为：垫片1200－－0.6 JB4704-92选择标准法兰举例l法兰的各部分尺寸可从JB4701-92中查得，并可绘出法兰图l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。

l法兰标记为：法兰－P II 1200－0.6 JB4701-92管法兰的类型管法兰的类型v管法兰有管法兰有2020多种类型：多种类型： ( (比容器法兰的适用压力比容器法兰的适用压力范围大、受力情况复杂范围大、受力情况复杂) )v 板式平焊、带颈平焊、板式平焊、带颈平焊、v 带颈对焊、承插焊、带颈对焊、承插焊、v 平焊环松套板式、平焊环松套板式、v 翻边松套式、螺纹法兰、翻边松套式、螺纹法兰、v 对焊凸缘松套法兰、对焊凸缘松套法兰、v 整体法兰等整体法兰等管法兰的管法兰的密封面型式密封面型式v平面型，凹凸型，榫槽型（同容器法兰）平面型，凹凸型，榫槽型（同容器法兰） ，梯形槽和全平面型：，梯形槽和全平面型：管法兰连接的管法兰连接的设计步骤设计步骤v（（1 1）确定法兰类型和密封面型式、管子材料和尺寸；）确定法兰类型和密封面型式、管子材料和尺寸；v（（2 2）再由工作温度，确定材料或由材料定公称压力；）再由工作温度，确定材料或由材料定公称压力；v（（3 3）再由公称压力，确定法兰各部分尺寸；）再由公称压力，确定法兰各部分尺寸；v（（4 4）由型式和工作温度，确定匹配的垫片种类、材料）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；和紧固件材料、尺寸；v（（5 5）参照各尺寸绘法兰图。

参照各尺寸绘法兰图螺栓设计螺栓设计v包括：包括：选择螺栓材料、确定螺栓尺寸和个数，选择螺栓材料、确定螺栓尺寸和个数，螺栓载螺栓载荷计算荷计算v计算螺栓载荷：计算螺栓载荷：达到预紧密封比压和工作密封比压达到预紧密封比压和工作密封比压v材料：材料：根据螺栓载荷、工作温度等一般螺栓材料比根据螺栓载荷、工作温度等一般螺栓材料比螺母材料的硬度高螺母材料的硬度高30HB以上v直径和个数直径和个数：连接螺栓：连接螺栓DN≥≥ M12，，先由标准定个数，先由标准定个数，一般为一般为4的倍数，然后由螺栓载荷、材料的许用应力计的倍数，然后由螺栓载荷、材料的许用应力计算螺栓根径，再由此定算螺栓根径，再由此定DN最后校核螺栓中心距最后校核螺栓中心距法兰设计法兰设计—重点内容重点内容v1 1、密封原理分为、密封原理分为：：v 1）强制密封（中低压）：）强制密封（中低压）： 把螺栓产生的压紧力把螺栓产生的压紧力通过法兰密封面（压紧面）传递给垫片，使垫片产生通过法兰密封面（压紧面）传递给垫片，使垫片产生足够的弹塑性变形，从而将法兰压紧面间凹凸不平的足够的弹塑性变形，从而将法兰压紧面间凹凸不平的缝隙填满压实，达到密封的目的。

缝隙填满压实，达到密封的目的v 2）自紧密封（高压）：）自紧密封（高压）：依靠容器内介质的压力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，达到密封目的口产生较大的密封比压，达到密封目的 v2 2、法兰连接的组成包括、法兰连接的组成包括：法兰对，垫圈和螺栓；：法兰对，垫圈和螺栓；泄漏的途径主要是：垫圈渗漏和密封面泄漏泄漏的途径主要是：垫圈渗漏和密封面泄漏法兰设计法兰设计—重点内容重点内容v3 3、影响密封的因素、影响密封的因素：： 1）螺栓预紧力，）螺栓预紧力，2）垫圈性能，）垫圈性能，3）密封面型式和表面性能，）密封面型式和表面性能，4）法兰刚度，）法兰刚度，5）操作条件）操作条件v4 4、预紧密封比压、预紧密封比压：：预紧时预紧时(无内压），迫无内压），迫使垫片变形与压紧面密合，形成初始密封条使垫片变形与压紧面密合，形成初始密封条件此时在垫片单位面积上的压紧力此时在垫片单位面积上的压紧力也称最小压紧应力称最小压紧应力MPa））法兰设计法兰设计—重点内容重点内容v5 5、垫片系数、垫片系数 ：：操作时操作时(有内压），达到紧密不漏，有内压），达到紧密不漏，垫片上所必须维持的最小比压与介质压力垫片上所必须维持的最小比压与介质压力P的比值。

的比值v6 6、压力容器法兰选用根据、压力容器法兰选用根据：：公称直径和公称压公称直径和公称压力力v7 7、管法兰的类型有：、管法兰的类型有：板式平焊、带颈平焊、带板式平焊、带颈平焊、带颈对焊、承插焊、平焊环松套板式、翻边松套式、颈对焊、承插焊、平焊环松套板式、翻边松套式、螺纹法兰、对焊凸缘松套法兰、整体法兰等螺纹法兰、对焊凸缘松套法兰、整体法兰等。