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1、法蘭連接,法蘭聯接(flange，joint):由一對法蘭、一個墊片及若干個螺栓螺母組成。法蘭聯接是一種可拆聯接。 原理：墊片放在兩法蘭密封面之間，擰緊螺母后，墊片表面上的比壓達到一定數值后產生變形，并填滿密封面上凹凸不平處，使聯接嚴密不漏。 性能：較好的強度和密封性，結構簡單，成本低廉，可多次重復拆卸，應用較廣 。 失效形式:主要表現為泄漏,泄漏量控制在工藝和環(huán)境允許的范圍內。,,一、法蘭的分類,按所聯接的部件可分為容器法蘭及管法蘭。 按結構型式分，有整體法蘭、活套法蘭和螺紋法蘭。 這里重點介紹整體法蘭，常見的整體法蘭有平焊法蘭及對焊法蘭。,左上一圖為連接塔節(jié)與塔節(jié)的容器法蘭左上二圖為連接接
2、管的管法蘭右下一圖為連接封頭與筒體、管箱與筒體的容器法蘭右下二圖為管法蘭,,平焊法蘭：通過角焊縫直接與設備或管道焊接的一種法蘭。其結構簡單，加工方便。(1)、用在容器上又分甲型平焊法蘭和乙型平焊法蘭。甲型平焊法蘭直接與容器焊接，其解焊縫尺寸較小或不開坡口焊接，不能保證法蘭與容器同時受力；乙型平焊法蘭附有一段較厚的短節(jié)，法蘭與短節(jié)的焊接質量可靠，能保證法蘭與容器同時受力。平焊法蘭廣泛用于中、低壓容器和管道的連接。對焊法蘭又稱高頸法蘭剛性較大，適用于壓力溫度較高的場合,圖（f）為甲型平焊法蘭 圖（g）為乙型平焊法蘭 圖（e）為法蘭,,（2）、用在接管上又有板式平焊法蘭、帶頸平焊法蘭和帶頸對焊法蘭三
3、種類型。,板式平焊法蘭：由于法蘭直接與鋼管焊接，法蘭盤在操作時受力狀態(tài)差，易發(fā)生形變。適用于低壓場合。 帶頸平焊法蘭：由于增加了一厚壁的短節(jié)法蘭頸，因此增加了法蘭的剛度，大大減小了法蘭變形。適用于中、低壓場合。 帶頸對焊法蘭：其頸更長，又稱高頸法蘭，與管子之間采用的是對焊連接，受焊接時產生的應力集中小，能承受較高的壓力。,,板式平焊鋼制法蘭,,帶頸平焊法蘭,,帶頸對焊法蘭,,,左上一圖為法蘭端蓋右下一圖為管板法蘭右下二圖為平板法蘭,(3) 、其它形式的法蘭連接,,法蘭連接的密封,一、密封機理 泄漏途徑：滲透泄漏、界面泄漏滲透泄漏:通過墊片材料本體毛細管的滲透泄漏，除了受介質壓力、溫度、粘度、分
4、子結構等流體狀態(tài)性質影響外，主要與墊片的結構與材料性質有關。 界面泄漏:沿著墊片與壓緊面之間的泄漏，泄漏量大小主要與界面間隙尺寸有關。加工時壓緊面上凹凸不平的間隙及壓緊力不足是造成“界面泄漏”的直接原因。“界面泄漏”是密封失效的主要途徑。,,二、法蘭密封面的形式,法蘭的密封面主要根據工藝條件、密封口徑以及墊片等進行選擇。 （1）、容器法蘭的形式有：平面型、凹凸面、榫槽面等其中以凹凸面、榫槽面最為常用。 （2）、管法蘭的形式有：全平面、突面、凹凸面、榫槽面和連環(huán)接面五種。前四種為常用的密封面。,,平面型密封面：是在平面上加工出幾道淺槽，其結構簡單但墊圈沒有固定，不易壓緊。適用于壓力不高、介質無毒
5、的場合； 凹凸密封面：是相配合的凹形和凸形密封面。安裝時便于對中，還能防止墊片被擠出。但墊片寬度較大，須較大壓緊力。適用于壓力稍高的場合,,榫槽密封面：是具有相配合的榫面和槽面的密封面，墊片較窄，放在槽內，由于受槽的阻擋，不會被擠出。很少受介質的沖刷和腐蝕。安裝時易對中。墊片受力均勻，故密封可靠。適用于易燃、易爆、有毒介質及壓力較高的重要密封。但更換墊片困難，法蘭造價較高。,,,,非金屬墊片：,橡膠石棉板、聚四氟乙烯等。 柔軟 耐溫度和壓力性能較金屬墊片差。 只適用于常、中溫和中、低壓設備和管道的法蘭密封。,金屬與非金屬混合制墊片：,金屬包墊片及纏繞墊片等。 金屬包墊片用薄金屬板（鍍鋅薄鋼板、
6、0Cr18Ni9等）將非金屬包起來； 金屬纏繞墊片是薄低碳鋼帶(或合金鋼帶)與石棉帶一起繞制而成。不帶定位圈和帶定位圈。,金屬包墊片及纏繞墊片較單純的金屬墊片有較好的性能，適應的溫度與壓力范圍較高一些。,金屬墊片：,材料一般并不要求強度高，而是要求軟韌。 常用是軟鋁、紫銅、鐵(軟鋼)、蒙耐爾合金(含Ni67，Cu30，Cr45)鋼等。 主要用于中、高溫和中、高壓法蘭聯接密封。,墊片材料的選擇：,根據溫度、壓力以及介質腐蝕決定，同時考慮密封面形式、螺栓力的大小以及裝卸要求等。 查表10-15, 壓力容器法蘭標準,四、法蘭標準及選用,石油、化工上用的法蘭標準有兩類， 一類是壓力容器法蘭標準 一
7、類是管法蘭標準,1平焊法蘭：,2對焊法蘭,長頸對焊法蘭有厚度更大的頸，剛性大。 更高壓力范圍(PN 0.6MPa6.4MPa)和直徑范圍(DN300mm2000mm)，適用溫度范圍為-20450。,乙型平焊法蘭中DN 2000mm以下規(guī)格包括在長頸對焊法蘭的規(guī)定范圍之內。兩者聯接尺寸和法蘭厚度一樣。DN2000mm以下的乙型平焊法蘭可用軋制長頸對焊法蘭代替，以降低成本。,平焊與對焊法蘭都有帶襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩種。 當設備是由不銹鋼制作時，采用碳鋼法蘭加不銹鋼襯環(huán)，可以節(jié)省不銹鋼。,3、公稱直徑與公稱壓力,根據公稱直徑與公稱壓力由法蘭標準確定法蘭尺寸 壓力容器法蘭公稱直徑同壓力容器 例如DN
8、1000mm的壓力容器，應當配用DN 1000mm的壓力容器法蘭。,法蘭公稱壓力：,與最大操作壓力、操作溫度以及材料有關。 定義：以16MnR在200時的機械性能為基準確定法蘭尺寸，在200時，它的最大允許操作壓力就認為是具有該尺寸法蘭的公稱壓力。 公稱壓力PNO.6MPa法蘭，用16MnR制造的，在200時，最大允許操作壓力0.6MPa。 高于200的最大操作壓力將低于它的公稱壓力0.6MPa。 低于200仍按200確定其最高工作壓力。,材料改為Q235-A，機械性能比16MnR差，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，200操作，最大允許操作壓力也低于公稱壓力。 材料由16MnR改為15MnVR
9、，機械性能優(yōu)于16MnR，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，在200操作時，最大允許操作壓力將高于它的公稱壓力。 只要法蘭的公稱直徑、公稱壓力確定了，法蘭的尺寸也就確定了。,最大允許工作壓力的確定：,為操作溫度300，設計壓力0.6MPa的容器選配法蘭。 材料15MnVR按公稱壓力0.6MPa查取。 材料20R按公稱壓力1.0MPa查取尺寸。,課堂作業(yè)：, 管法蘭標準,同樣公稱直徑的容器法蘭和管法蘭的尺寸不相同，不能互相代用。 管法蘭的型式除平焊、對焊法蘭外，還有鑄鋼法蘭、鑄鐵法蘭、活套法蘭、螺紋法蘭等。 管法蘭標準查選方法、步驟與壓力容器法蘭同。,GB9119.7-88外，常用標準還有：化工部
10、標準HG20592HG20602-97；中石化標準SH3406-96等。其中化工部標準中分為歐洲體系、美洲體系等，我國常用的為歐洲體系。,例11-1：塔身與封頭的法蘭。塔內徑1000mm，操作溫度280，設計壓力0.2MPa。Q235-A。,根據操作溫度、設計壓力和所用材料，應按公稱壓力為0.6MPa查選尺寸。 壓力不高，直徑不大，表11-2用甲型平焊法蘭、平面密封面，墊片用石棉橡膠板。 法蘭的各部尺寸從附錄表9中查， 聯接螺栓材料Q235-A，M20共36個。,思考題：,1.法蘭墊片密封的原理是什么？影響密封的因素有哪些？ 2.法蘭的型式有哪些？各有什么特點？ 3.法蘭密封面型式有哪些？各適
11、用什么場合？ 4.常用的墊片材料有哪些？,概述：,容器支座：支承容器重量、固定容器位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。 結構型式由容器自身的型式決定，分： 臥式容器支座 立式容器支座 球形容器支座,第二節(jié) 容器支座, 鞍式支座,應用最廣泛的臥式容器支座。 已有標準JB/T4712-92 鞍式支座，根據容器公稱直徑和重量選用。 由橫向筋板、若干軸向筋板和底板焊接而成。在與設備連接處，有帶加強墊板和不帶加強墊板兩種結構。,一、臥式容器的支座,臥式容器的支座有三種：鞍座、圈座、支腿,鞍座包角120或150，安放穩(wěn)定。 高度200、300、400和500mm。 寬度b根據容器公稱直徑查出。,每種型式鞍座又分
12、為固定式支座（代號F)：底板上開圓形螺栓孔和滑動式支座（S) ：底座開長圓形螺栓孔（安裝）,鞍座的種類與安裝：,鞍座分為A型（輕型）和B型（重型），重型又分為BB五種型號。A型和B型的筋板和底板、墊板等尺寸不同或數量不同。,鞍座與筒體端部距離A確定： 當L/D較大，且無加強圈，應盡量利用封頭對支座處筒體的加強作用，取A0.25D； 當筒體的L/D較小，d/D較大，或有加強圈時，取A0.2L。, 圈座,采用圈座的情況： 對于大直徑薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成嚴重撓曲； 多于兩個支承的長容器。 除常溫常壓下操作的容器外，至少應有一個圈座是滑動支承的。, 腿式支座,簡稱支腿 連接處造成嚴
13、重的局部應力，只適用于小型設備（DN1600、L5m）。 腿式支座的結構型式、系列參數等參見標準JB/T 4714-92 腿式支座。,二、立式容器的支座,立式容器的支座主要有： 耳式支座 支承式支座 裙式支座 中、小型直立容器常采用前二種， 高大的塔設備則廣泛采用裙式支座。, 耳式支座,簡稱耳座：墊板、筋板和支腳板。 廣泛用在反應釜及立式換熱器等直立設備上。 簡單、輕便，但局部應力較大。 當設備較大或器壁較薄應加墊板。 不銹鋼制設備，用碳鋼作支座，防止合金元素流失，也需加一個不銹鋼墊板。,已標準化JB/T 4725-92 耳式支座。 該標準分A型（短臂）和B型（長臂）（有保溫層或直接放在樓板上
14、） 每類又分帶墊板與不帶墊板兩種結構,耳式支座選用的方法：,（1）估算設備總重，算每個支座（按2個計算）的負荷Q值； （2）確定支座型式，從表11-5或表11-6按允許負荷Q允大于實際負荷Q，選支座。 小型設備耳式支座，可支承在管子或型鋼制的立柱上。 大型設備的支座往往擱在鋼梁或混凝土制的基礎上。, 支承式支座,用鋼管、角鋼、槽鋼制作，或用數塊鋼板焊成， 型式、結構、尺寸及材料JB/T 4724-92 支承式支座。,適用范圍和結構：,支承式支座分A型和B型。,支承式支座的選用：,選用見標準規(guī)定，尺寸按表10-8查。 簡單輕便 局部應力較大，當殼體剛度較小、殼體和支座材料差異或溫度差異較大時，或
15、殼體需焊后熱處理，應設置加強板。 加強板的材料應和殼體材料相同或相似。, 裙式支座,塔設備最常用裙式支座。 目前還沒有標準。 各部分尺寸均需通過計算或實踐經驗確定。,思考題：,1、臥式容器和立式容器的支座有哪幾種？ 2、雙鞍座臥式容器支座位置按哪些原則確定？,一、容器的開孔與補強,容器為什么要開孔？ 工藝、安裝、檢修的要求。 開孔后，為什么要補強？ 削弱器壁的強度，出現不連續(xù)，形成高應力集中區(qū)。,第三節(jié) 容器的開孔與附件,峰值應力通常較高，達到甚至超過材料屈服極限。 局部應力較大，加之材質和制造缺陷等, 為降低峰值應力，需要對結構開孔部位進行補強，以保證容器安全運行。,開孔的形狀：,應力集中和
16、開孔形狀有關，圓孔的應力集中程度最低。, 開孔補強的設計與補強結構,在開孔附近區(qū)域增加補強金屬，提高器壁強度，滿足強度設計要求。 容器開孔補強的形式分為整體補強和補強圈補強,1整體補強,增加整個殼體的厚度，或用全焊透將厚壁接管或整體補強鍛件與殼體相焊，降低開孔附近的應力。 應力集中的局部性，除非制造或結構需要，一般不把整個容器壁加厚。,2補強圈補強,開孔周圍貼焊一圈鋼板，即補強圈。 補強圈與器壁搭接，材料相同，補強圈尺寸參照標準確定，或等面積補強。 為方便焊接，外面單面補強。 檢驗緊密性，M10螺孔通入壓縮空氣。,補強圈搭焊結構的使用范圍：,GB150用補強圈結構補強時，規(guī)定： 鋼材的標準抗
17、拉強度下限值sb540MPa； 補強圈厚度小于或等于1.5dn； 殼體名義厚度dn38mm。, 允許開孔的范圍,筒體及封頭開孔最大直徑不允許超過： （1） 圓筒Di1500mm，開孔最大直徑d1/2Di，且d520mm；圓筒Di1500mm時，開孔最大直徑d1/3Di，且d1000mm； （2） 凸形封頭或球殼的開孔最大直徑d1/2Di。 （3） 錐殼開孔最大直徑d1/3Di，Di為開孔中心處的錐殼內直徑。, 不需補強的最大開孔直徑,計算壁厚考慮了焊縫系數，鋼板規(guī)格，殼體壁厚超過實際強度，最大應力值降低，相當于容器已被整體加強。 且容器開孔總有接管相連，其接管多于實際需要的壁厚也起補強作用。
18、容器材料有一定塑性儲備，允許承受不是十分過大的局部應力，所以當孔徑不超過一定數值時，可不進行補強。,殼體開孔滿足全部條件，可不另行補強：,(1) 設計壓力小于或等于2.5MPa； (2) 兩相鄰開孔中心的間距(對曲面間距以弧長計算)應不小于兩孔直徑之和的兩倍； (3) 殼體名義壁厚大于12mm，接管公稱外徑小于或等于80mm；殼體名義壁厚小于或等于12mm ，接管公稱外徑小于或等于50mm (4) 接管最小壁厚滿足表11-9的要求。,二、容器的接口管與凸緣,用于裝置測量、控制儀表，或連接其他設備和介質的輸送管道。, 接口管,焊接設備的接口管長度,鑄造設備接管可與筒體一并鑄出。 螺紋管主要用來接
19、溫度計、壓力表或液面計等，陰螺紋或陽螺紋。, 凸緣,接管長度必須很短時可用凸緣代替(又叫突出接口),凸緣本身有加強作用，不需另外補強。 當螺柱折斷在螺栓孔中，取出較困難。 凸緣與管道法蘭配用，聯接尺寸應根據所選用的管法蘭來確定。,三、手孔與人孔,檢查設備內部空間以及安裝和拆卸內部構件。 手孔直徑150mm250mm，標準手孔公稱直徑有DN150和DN250兩種。 手孔結構：容器上接一短管，其上蓋一盲板。,人孔：,設備直徑超過900mm，有手孔也設人孔。 人孔的形狀有圓形和橢圓形。 橢圓形人孔短軸與筒身軸線平行。 圓形人孔直徑400mm600mm，容器壓力不高或有特殊需要時，直徑可以大一些。 橢
20、圓形人孔(或稱長圓形人孔)的最小尺寸為400mm300mm。,人孔：筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄。 使用中常打開，可用快開式結構人孔。,手孔（HG2151521527-95）和人孔（HG2152821535-95）已有標準， 設計時根據設備的公稱壓力，工作溫度以及所用材料等按標準直接選用。,四、視鏡與液面計, 視鏡 觀察內部，也可用作物料液面指示鏡。 分為不帶頸視鏡和帶頸視鏡。,不帶頸視鏡凸緣構成，結構簡單，不易結料，有比較寬闊的視察范圍。,當視鏡需要斜裝或設備直徑較小時，則需采用帶頸視鏡。,視鏡已經標準化，化工生產中常用的還有壓力容器視鏡、帶燈視鏡、帶燈有沖洗孔的視鏡、組合視鏡等。, 液面計,公稱壓力不超過0.7MPa，開長條孔，矩形凸緣或法蘭把玻璃固定在設備上。 承壓容器，一般都是將液面計通過法蘭、活接頭或螺紋接頭與設備聯接在一起。,設備直徑大，可同時用幾組液面計接管。,現有標準中有反射式玻璃板液面計、反射式防霜液面計、透光式板式液面計和磁性液面計。,思考題：,1、為什么壓力容器殼體上開孔尺寸較小時可不另行補強？ 2、GB150-1998對壓力容器開孔的最大直徑是如何規(guī)定的？,
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