第10章压力容器零部件

一、卧式容器支座
1.双鞍式支座卧式容器
– ⑵ 双鞍座筒体的轴向应力
① 支座反力计算
Fm2gq2L34hi

q

L
2F 4
3
hi
L－筒体长度（两封头切线之间的距离），mm； hi－封头内壁曲面高度，平封头hi=0 mm； q－单位长度的重量载荷，N／mm。 【注】凸形封头折算为直径等于容器直径，长度为2/3hi的圆筒。
一、卧式容器支座
1.双鞍式支座卧式容器
– ⑵ 双鞍座筒体的轴向应力
② 筒体内力分析
封头载荷的简化：

(a)
封头与物料的重量为
2 3
h
iq
，作用在封头的重心上；封头重心
至 定封理头，切此线载的荷距在离 粱为 端点83 h 等i （效以为半力球32形h iq 和封力头偶为例m1 ） h4i。2 q ；利用力的平移
法兰密封失效很少是联接件或被联 接件强度破坏，多因密封不好而泄 漏。故法兰联接设计主要解决的问 题是防止介质泄漏。
流体密封的基本原理：在联接口处增加流体流动的阻力。当压 力介质通过密封口的阻力降大于密封口两侧的介质压力差时， 介质就被密封住了。
密封口泄漏途径：一是垫片渗漏，二是压紧面泄漏。垫片材料 本身存在着大量的毛细管，渗漏是难免的；压紧面泄漏是密封 失效的主要形式。
生热膨胀不均匀，增加了泄漏的可能；如果当温度和压力 联合作用时，又有反复的激烈变化，则密封垫片会发生 “疲劳”，使密封完全失效。
四、法兰标准及选用
1.压力容器法兰标准
– ⑴ 平焊法兰
平焊法兰分成甲型平焊法兰（JB／T4701-2000）与乙型平焊法兰（JB ／T4702-2000），区别是乙型法兰有一个壁厚不小于16mm的圆筒形短 节，其刚性比甲型平焊法兰好。甲型的焊缝开V型坡口，乙型的焊缝 开U型坡口。
5. 操作条件
– 操作条件即压力、温度和介质的物理、化学性质。 – 温度对密封性能的影响：
① 高温介质粘度小，渗透性大，容易泄漏； ②介质在高温下对垫片和法兰的溶解与腐蚀作用将加剧，
增加了产生泄漏的因素； ③ 在高温下，法兰、螺栓、垫片可能发生蠕变，致使压紧
面松弛，密封比压下降； ④ 非金属垫片在高温下将加速老化或变质，甚至被烧毁； ⑤ 在高温作用下，由于密封组合件各部分的温度不同，发
有时要将所确定的公称压力和公称直径用表13－1复核一下该PN与 DN是否在所选定的法兰类型包容的范围之内。
– ⑶ 根据所确定的PN与DN从相应的尺寸表中选定法兰各部分 的尺寸。
【法兰选用举例】
为一台精馏塔塔节选配法兰。该塔内径Di＝1000mm， δn=4mm，操作温度280℃，设计压力p=0.2MPa，法兰 材料可用20R，也可用16MnR，试分别确定使用这两种 材料时法兰的类型和尺寸。
2.压紧面(密封面)
– ⑵ 凹凸型压紧面（c）
压紧面是由一个凸面和一个凹面相配合组成，在凹面上放置垫片。 优点是便于对中，能防止垫片被挤出，故适用于压力较高的场合。
– ⑶ 榫槽型压紧面（d）
压紧面由一个榫和一个槽组成，垫片置于槽中，不会被挤流动。垫 片可以较窄，压紧垫片所需的螺栓力较小。缺点是结构与制造比较 复杂，更换挤在槽中的垫片困难，榫面部分容易损坏。适于易燃、 易爆、有毒的介质以及较高压力的场合。
三、法兰密封的影响因素
4.法兰刚度
– 法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形往往是导致密封失效 的原因。
– 提高法兰刚度的措施：
增加法兰的厚度、减小螺栓力作用的力臂(即缩小螺栓中心圆直径) 和增大法兰盘外径；
对于带长颈的整体和活套法兰，增大长颈部分的尺寸，将能显著提 高法兰抗弯变形能力。
三、法兰密封的影响因素
方形法兰有利于把管子排列紧凑。 椭圆形法兰通常用于阀门和小直径的高压管上。
三、法兰密封的影响因素
1.螺栓预紧力
– 影响密封的一个重要因素：预紧力必须使垫片压紧并实现 初始密封条件；预紧力过大会使垫片被压坏或挤出。提高 螺栓预紧力可增加垫片的密封能力。
– 当密封所需要的预紧力一定时，采取减小螺栓直径，增加 螺栓个数的办法对密封是有利的。
四、法兰标准及选用
4.压力容器法兰的选用步骤
– 要为一台内径为Di，设计压力为p，设计温度为t的容器筒体 或封头选配法兰时，可以按下列步骤进行：
– ⑴ 根据容器的Di（DN）和设计压力为p，参照教材P250表 13-1确定法兰的结构类型；
– ⑵ 根据选定的法兰类型和容器的设计压力、设计温度以及 法兰材料，用附表II－6、7（见教材P453～455）中确定法 兰的公称压力。
四、法兰标准及选用
5.容器法兰的标记
– 法兰类型代号：法兰（无衬环）、法兰C（带衬环） – 密封面形状代号：平面－P、凹面－A、凸面－T、榫面－S、
槽面－C
【法兰标记举例】公称压力1.6MPa，公称直径800mm的衬环榫槽密封面 乙型平焊法兰中的榫面法兰。
标记为：法兰C－S 800－1.6 JB 4702－2000。
二、法兰的结构与分类
㈡ 按法兰与设备或管道的联接方式分类
– 2.活套法兰
法兰不需焊接，法兰盘可以采用与设备或管道不同的材料制造。法 兰受力后不会对筒体或管道产生附加的弯曲应力，一般只适用于压 力较低场合。
二、法兰的结构与分类
㈡ 按法兰与设备或管道的联接方式分类
– 3. 螺纹法兰 法兰与管壁通过螺纹进行联接。法兰对管壁产生的附加 应力较小，螺纹法兰多用于高压管道上。
三、法兰密封的影响因素
2.压紧面(密封面)
– ⑷ 锥形压紧面（左图）
锥形压紧面是和球面金属垫片（称透镜垫片）配合而成锥角200。通 常用于高压管件密封。缺点是需要的尺寸精度和表面光洁度高，直 径大时加工困难。
– ⑸ 梯形槽压紧面（右图）
利用槽的内外锥面与垫片接触而形成密封的，槽底不起密封作用。 压紧面一般与槽的中心线呈230，与椭圆形或八角形截面的金属垫圈 配合。密封可靠，加工比透镜垫容易。用于高压容器和高压管道。
– ⑵ 对焊法兰（JB／T4703－2000）
将乙型平焊法兰中的短节，换成一个根部加厚的“颈”，使法兰的整 体强度和刚度更大。
四、法兰标准及选用
2.压力容器法兰的尺寸
– ⑴ 法兰尺寸的基本参数
① 法兰的公称直径DN。指 的是与法兰相配筒体或封头 的公称直径。
② 法兰公称压力PN。在规 定设计条件下，确定法兰结 构尺寸时采用的设计压力。 分0.25、0.6、1.0、1.6、 2.5、4.0和6.4MPa7个等级。
一、卧式容器支座
1.双鞍式支座卧式容器
⑴ 卧式容器的力学分析：
① 压力－内压或外压（真 空）； ② 储罐重量－圆筒、封头及 其附件等的重量； ③ 物料重量－正常操作时为 物料重量，而在水压试验时为 充水重量； ④ 其他载荷－雪载荷、风载 荷、地震载荷等。
双鞍座卧式容器的力学模型： 长度为L、受均布载荷q作用 的外伸简支梁。
3.压力容器法兰的最大允许工作压力
– 法兰标准中又附有两张标明法兰最大允许工作压力的表（见教材P453～ 455）容器法兰标准中的法兰尺寸是根据特定条件确定的，可是在法兰 尺寸系列表中法兰尺寸又是由PN与DN唯一确定的。
– 如果实际生产中使用的法兰都是由16MnR制造的，操作温度又都是200℃， 那么在法兰尺寸系列表中按某一公称压力查得的法兰，它的允许最大工 作压力将等于该法兰的设计压力。
– ⑵ 国内管法兰标准
英制管在国际上分为欧洲体系和美洲体系。同一体系内部各国的法 兰标准之间可以互相配用，但体系之间不能互相配用，主要是公称 压力等级不同。
我国法兰标准有国家标准GB9112～9135（欧洲体系和美洲体系）， 机械行业标准JB／T74～90，化工行业标准HG20592～20635－97。我 国《压力容器安全监察规程》－99版，规定管法兰优先选用 HG20592～20635标准的法兰。
四、法兰标准及选用
2.压力容器法兰的尺寸
– ⑵ 确定法兰尺寸的计算基础及选用
法兰系列表中的法兰尺寸：规定设计温度是200℃、规 定法兰材料是16MnR或16Mn锻件，根据不同型式的法兰， 规定了垫片的形式、材质、尺寸和螺柱材料的基础上， 按照不同的容器直径和设计压力，通过多种方案的比较 计算和尺寸圆整得到的。
三、法兰密封的影响因素
3.垫片性能
– 密封的必要条件：适当的垫片变形和回弹能力。垫片的变形和回弹
能力与垫片的材料和结构有关。 垫片材料：良好的变形性能和回弹能力；一定的机械强度和适当的 柔软性；工作温度下不易变质硬化或软化。 非金属垫片材料：石棉板、橡胶板、石棉—胶板及合成树脂。 金属－非金属混合制垫片：金属包垫片及缠绕垫片等。 金属垫片材料：不要求强度高，而是要求软韧。常用的是软铝、铜、 铁(软钢)、蒙耐尔合金钢和18－8不锈钢等。
三、法兰密封的影响因素
2.压紧面(密封面)
– ⑴ 平面型压紧面（百度文库、b）
压紧面表面为光滑平面，或有数条三角形断面沟槽。 优点：压紧面结构简单，加工方便。 缺点：压紧面垫片接触面积较大，预紧时，垫片容易往两边挤，不
易压紧，密封性能较差。当介质有毒或易燃易爆时，不得采用。
三、法兰密封的影响因素
– 如果使用的材料比16MnR差，或使用的温度又比200℃高，那么该法兰的 允许最大工作压力就应低于它的设计压力；
– 如果采用的法兰材料强度高于16MnR，或使用的温度低于200℃，那么该 法兰的允许最大工作压力就应高于它的设计压力。
– 即法兰的最大允许工作压力是高于还是低于其公称压力，完全取决于选 用的法兰材料与法兰的工作温度。
四、法兰标准及选用
6.管法兰标准
– ⑴ 国内配管系列
英制管：以英寸表示公称直径，国际上通用，各国的英制管外径尺 寸略有差异，但大致相同。
公制管：以mm表示，我国除石油化工行业之外的其它行业广泛采用。 区别：钢管外径在DN≤150mm时，公制管外径小于英制管；
DN≥300mm时公制管外径稍大于英制管。
从法兰尺寸系列表来观察，法兰的尺寸是由法兰的公称 压力和公称直径唯一确定的。在选用法兰时，只需知道 法兰的公称压力和公称直径即可，不管实际使用的法兰 材料是不是16MnR，也不用管法兰的使用温度是不是 200℃，只要法兰的公称压力和公称直径一定，法兰的 类型一定，法兰的尺寸就是一定的。
四、法兰标准及选用
第10章 压力容器零部件
第一节 法兰联接 第二节 容器支座 第三节 容器的开孔补强 第四节 容器附件
第一节 法兰联接
一、法兰联接结构与密封原理 二、法兰的结构与分类 三、法兰密封的影响因素 四、法兰标准及选用
一、法兰联接结构与密封原理
1. 法兰联接结构
1-被联接件（法兰）； 2-密封元件（垫片）； 3-联接件（螺栓、螺母）
– 2.宽面法兰：法兰与垫片接触面积位于法兰螺栓中心圆的 内外两侧。
二、法兰的结构与分类
㈡ 按法兰与设备或管道的联接方式分类
– 1.整体法兰
⑴ 平焊法兰：刚性较差，受力后法兰盘的矩形断面发生微小转动，
与法兰相联的筒壁随着发生弯曲变形。
⑵ 对焊法兰：提高了刚性；由于颈的根部厚度比器壁厚，降低了的 弯曲应力；法兰与筒体对接焊缝强度好。
(b) 封头充满液体时，液体静压力对封头作用一水平向外推力。
一、法兰联接结构与密封原理
2.法兰密封的原理
预紧密封比压：形成初始密封条件时在垫片单位面积上受到的 压紧力。
工作密封比压：工作状态下维持密封结构不泄漏而作用在垫片 单位面积上的残余压紧力。
二、法兰的结构与分类
㈠ 按法兰接触面分类
– 1.窄面法兰：法兰与垫片的整个接触面积都位于螺栓孔包 围的圆周范围内。
第二节 容器支座
一、卧式容器支座 二、立式容器支座
一、卧式容器支座
鞍座：卧式容器、大型卧式贮槽、热交换器等多采用鞍座； 圈式支座：大直径薄壁容器和真空操作的容器，支承数多于两
个时，采用比采用鞍式支座受力情况更好； 支腿支承：小直径的容器。
［注意］设备受热会伸长，为防止设 备器壁中产生热应力。在操作时要加 热的设备，总是将一个支座做成固定 式的，另一个做成活动式的。使设备 与支座间可以有相对的位移。