压力容器零部件之法兰

作者:ag8游戏平台发布日期:2020-07-05 14:42

  法兰连接结构(外观) 1 法兰连接结构(剖开看) 2 2.法兰密封原理 法兰密封面泄漏的原因: ●密封垫表面与法兰密封面之间有空隙,或截面内有毛 细管——泄漏通道。 ●密封面两侧介质有压差——推动力。 从法兰密封连接过程看其密封原理: (1)安装过程——拧紧螺栓,垫片被压紧(垫内毛细 管被切断;消除了与法兰密封面之间的空隙)。 垫片单位面积上所受的压紧力,称为垫片密封比压。 当垫片密封比压达到某一值时,便具备了初始密封条 件,此时的比压称为预紧密封比压。 3 (2)工作条件下——介质压力和温度均升高。 ——螺栓被拉伸,法兰变形,法兰密 封面相对有分离趋势。致使垫片比 压下降。 ——垫片回弹,补偿或部分补偿了法 兰分离的位移。 此时的残余比压若不小于某一值(称 为工作密封比压),仍可保持良好 密封状态。否则,将发生泄漏。 4 5 6.1.2.法兰分类 1.整体法兰——法兰与设备或管道不可拆卸。 1)平焊法兰——板式平焊法兰,带颈平焊法兰 6 7 2.松套法兰 平焊环松套板式 翻边松套板式 8 3.螺纹法兰 ——法兰与设备或管道之间以螺纹连接。 9 6.1.3 影响法兰密封的因素 因素1.螺栓预紧力—— ? 大小合适。 ? 垫片受力均匀。螺栓采取小直径多数量 (四的倍数)。 ? 对称拧紧的方法。 10 因素2.法兰密封面形式 11 因素3. 垫片性能 ? 垫片密封面的塑性变形能力 ——实现初始密封; ? 垫片材料及结构的回弹能力 ——提高工作状态下的残余密封比压。 ? 耐腐蚀能力。 ? 力学性能,尤其抗高温蠕变能力。 ? 工作温度下的变质硬化或软化性。 12 13 垫片类型: 14 15 16 17 18 19 因素4.法兰的刚度 ——法兰在外力作用下抵抗变形的能力。 刚度小——受力後变形大,垫片受力不均,易泄漏。 法兰受力: 思考:法兰将如何变形? 20 法兰变形1: 21 法兰变形2 22 —增加法兰厚度; —减小螺栓力与垫片力作用点间距离; —增兰盘外径; —螺栓数量要足够。 23 因素五.操作条件 ? 压力高—介质泄漏的推动力大。 ? 温度高 —介质的粘度低,渗透性强,容易泄漏; —介质的腐蚀性能增强; —法兰、螺栓及垫片易发生蠕变,垫片比压下降; — 非金属垫片易发生老化,丧失塑性。 · 温度压力联合作用,并且反复波动,垫片容易发生 “疲劳” 失效。 24 6.1.4 法兰标准 1.压力容器法兰标准 25 26 压力容器法兰的选用 确定法兰连接尺寸的基本参数: ——公称压力(PN)和公称直径(DN)。 ①.公称直径的确定: ◎管法兰—与相联接管子的公称直径相同; ◎压力容器法兰— · 板卷筒体,与相联接筒体的公称直径相同; · 无缝钢管作筒体,与相联接无缝管的公称直径 相同。 27 ②.公称压力的确定: 基准:以16MnR在 200℃时的力学性能为基准确定法兰尺 寸系列。 即基准条件下,法兰的最大允许操作压力为该法兰的 公称压力。 法兰公称压力的确定: 公称压力 PN 法兰材质 Q235-A 16MnR 最大允许工作压力 (MPa) -20~200℃ 0.4 0.6 300℃ 0.33 0.51 350℃ 0.30 0.49 0.6 15MnVR 0.65 0.63 0.6 28 ③ 确定压力容器法兰PN —JB4700-92(见书P156,P329) (1).压力容器法兰材质为20R,300 ℃ 时设计压力为1.0MPa。其公称压力应该为多 少? (2)管法兰材质为Q235-A,选用 PN=0.6MPa,问300℃时能否承受0.4MPa的工 作压力? 29 压力容器法兰设计步骤: (1)确定DN; (2)根据法兰材质、工作温度和最高工作压力,确 定PN; (3)由PN,DN确定法兰形式及连接尺寸、螺栓尺寸 及数量。 (4)根据介质工作温度、工作压力确定密封面及垫 片类型; (5)确定螺栓、螺帽材质; (6)绘制草图。 30 2.管法兰 管法兰标准: 1)HG20592~20635——97 ? 钢制管法兰、垫片、紧固件? 2)GB9112~9123 ? 钢制管法兰? 注:? 压力容器安全技术监察规程? 推荐1)。 31 HG20592-97 管法兰类型: a.板式平焊 b.带颈对焊法兰 32 c.带颈平焊 d.承插焊 e.平焊环松套板式 f.翻边松套板式 33 g.螺纹法兰 h.法兰盖 椭圆形法兰 方法兰 34 例题为一台精流塔配一对连接塔身与封头的法兰。 塔的内径为1000mm,操作温度为280? ,设计压力 为0.2MPa。塔体材质为Q235-B。介质无腐蚀性 及其他危害。 解:1.确定DN DN=1000mm(板卷筒体)。 2.确定PN 法兰材质也采用Q235-BR,根据 操作温度( 280°C)及设计压力(0.2MPa),查 温度/压力表(JB4700-92),得PN=0.6(MPa)。 3.由DN和PN,查尺寸标准JB4701-92,确定 连接尺寸及螺栓的规格数量。 螺栓M20 ,36个 35 4.确定密封面形式及垫片。 查表6-1,确定采用平形密封面,垫片采用耐油橡胶 石棉垫。垫片尺寸由相应标准确定。表6-3 给出参考 宽度值:20mm。 5.确定螺栓螺帽材质。由相应标准查得。表6-6给出 参考值:螺栓螺母均为Q235-A。 6.绘草图。 螺栓M20 ,36个 36 6.2 容器支座 作用:支撑容器的重量;固定位置。 6.2.1 卧式容器支座 种类: 37 1).支座反力计算 每一支座的反力:F=mg/2 式中 mg——设备总重。 2).筒体轴向弯矩哪里较大? ◎支座处(2-2截面) 弯矩为负,横截面的 上部受拉,下部受压 ◎两支座中间处(1-1 截面): 弯矩为正——横截 面上部受压,下部受 拉。 筒体受压处可能出现何种破坏形式?方向如何? 38 3).筒体的轴向应力计算 ? 在跨距中点:载荷——介质压力,弯矩。 pc Rm ?1 ? 2S e ?膜应力? ?弯曲应力? M1 ? ?R2 m Se “—”上部为负,“+”下部为正。 ?在支座处:当A≤Rm/2时,封头有支撑作用,保持 筒体的圆形,保证了局部刚度。 pc Rm M2 ?2 ? ? 2 2Se K1? R m Se 39 4).筒体轴向应力的验算 t 判据:拉应力: ? 拉 ? ?? ? 压应力: ?压 ? B值得计算: ? ?? ? t B 较小者 1)由Rm和Se计算A: 2)由A,依据材料线 材质:垫板—与筒体相同,其它---Q235-A.F 。 42 (2)鞍座标准及其标记 鞍座分为轻型(A)和重型(B)(BⅠ~BⅤ)。 固定式——F型; 活动式——S型。 标准号:JB/T4712-92 . 鞍座标记: JB/T4712-92 鞍座 [型号][公称直径]-[F或S] 例如:DN2600的轻型鞍座标记为 JB/T4712-92 鞍座A2600-F JB/T4712-92 鞍座A2600-S 43 6).鞍座的位置——A的确定: A≤Do/4,且不大于0.2L。最大不大于0.25L。 L——封头赤道圆(切点)间的距离。 A——赤道圆至支座中心线 思考:在施工图上,L,A标注在赤道圆上,可否? 6.2.2 立式容器支座 45 6.3 容器的开孔补强 6.3.1.容器开孔应力集中现象 开孔处出现应力集中,应力集中系数为: K=σ实际/σ膜 其大小为多少?见平板开孔试验测试: 实测结果:K≈3 即应力集中点的实际 应力大约为膜应力的 3倍。 46 6.3.2.开孔补强原则与补强结构 1.开孔补强原则: ——等面积补强。 即规定局部补强的金属截面积必须等于或大于开孔 减去的壳体截面积。 2.补强结构: (1)补强圈结构 ●材质厚度一般与壳体相同; ●补强圈要与壳体、接管很好地焊 接,以同时受力。 ●补强板上有一个M10小孔,用以 检查焊缝缺陷;名曰泄漏信号孔。 47 (2)加强元件结构 (3)整体补强结构 若须补强的接管较多, 可采取增加壳体壁厚 的办法,也称为整体 补强。 48 3.不另行补强的最大开孔直径 同时满足如下要求的,可不另行不强: (1)壳体设计压力p≤2.5MPa; (2)两相邻孔中心距不小于两孔直径之和; (3)接管的外径不大于89mm; (4)接管的最小壁厚满足下表要求: 接管外径 25 32 38 最小壁厚 3.5 45 4.0 48 57 65 5.0 76 89 6.0 49 6.3.3.等面积补强的设计方法 1. 开孔有效补强范围及补强面积的计算 等面积补强——补强的金属量等于或大于开孔所 削弱的金属量。 图上看,应该考虑的截面是强度削弱较大的截面 ——轴(纵)向截面的面积: 50 B=2d d=接管内径+2C h1 ? dSnt (C=C1+C2) 或实际外伸高度的较小 值; 51 h 2 ? dSnt 或实际内伸高度的较小 值; 等面积补强,纵截面上的投影面积要满足下式: A1+A2+A3≥A A1—壳体的贡献(有效壁厚减去计算壁厚部分); A2—接管的贡献(有效壁厚减去计算壁厚部分); A3—焊缝金属截面积; A—壳体上需要补强的截面积。(表6-20 P179) 52 在补强区范围内, 设 Ae =A1+A2+A3 如果Ae ≥A ,则无需补强; 如果Ae <A ,则需要补强。 补强面积为 A4=A- Ae 53 2.开孔补强设计步骤: (1)确定壳体及接管的计算壁厚S和St ,C、C2以及d ; (2)确定有效宽度B和高度h1 、h2 ; (3)计算A1、 A2、A3和A ; (4)比较Ae (=A1+A2+A3)与A ,若Ae ≥A,则无需补强, 否则,须补强。 (5)计算有效补强范围内另加补强面积A4≥A-Ae 。 注意:●补强板厚度和材质一般与壳体相同; ●补强板外径一般与B值相同。 54 55 6.4 容器附件 56 57 6.水平吊盖人孔 58


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