补充知识-容器封头及零部件

补充内容,容器封头及零部件,c,d,e,b1,b2,b3,b4,a,g,A     A,b1,2,b3,4,c,a d,g,e,B,B,f,I,第一节,内压容器封头,1.1  凸形封头,一半球形封头,虽然球形封头壁厚可较相同直径与压力的圆筒壳减薄一半。但在实际工作中，为了焊接方便以及降低边界处的边缘压力，半球形封头常和筒体取相同的厚度。,二、椭圆形封头,二椭圆形封头,上式中，K为椭圆形封头的形状系数：,1. 标准椭圆封头，K1.0，其计算厚度公式：,比较该式与筒体壁厚计算公式，如果忽略分母上的微小差异，两个公式几乎一样，因此，大多数椭圆形封头壁厚取为与筒体相同，或是比筒体稍厚。,2. 椭圆形封头的最大允许工作压力计算公式：,3. 椭圆形封头直边高度按下表确定：,4.椭圆封头的标准化：,三 碟形封头,优点：便于手工加工成型,缺点：曲率半径有突变，有较大的边缘应力产生。,1. 折边半径越小，封头的深度将越浅，这对于加工成型有利。但是考虑到球面部分与过渡区联接处的局部高应力，规定碟形封头球面部分的半径一般不大于筒体内径，而折边内半径r在任何情况下均不得小于筒体内径的10，且应不小于3倍封头名义壁厚。,2. 碟形封头的厚度计算公式：,上式中，M为碟形封头形状系数：,3. Ri=0.9Di、r=0.17Di的碟形封头，称为标准碟形封头，此时  M1.325，于是标准碟形封头的厚度计算公式：,标准碟形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。,4. 碟形封头的最大允许工作压力为：,四球冠形封头,为了进一步降低凸形封头的高度，将碟形封头的直边及过渡圆弧部分去掉，只留下球面部分。并把它直接焊在筒体上，这就构成了球冠形封头。,受内压球冠形封头的计算厚度公式：,与球冠形封头连接的圆筒厚度应不小于封头厚度。,1.2  锥形封头,1. 锥形封头广泛应用于许多化工设备(如蒸发器、喷雾干燥器、结晶器及沉降器等)的底盖，它的优点是便于收集与卸除这些设备中的固体物料。此外，有一些塔设备上、下部分的直径不等，也常用锥形壳体将直径不等的两段塔体连接起来，这时的圆锥形壳体称为变径段。,2. 缺点：边缘应力大,3. 受力分析,5. 降低联接处边缘应力的方法,第一种方法：局部加强法,第二种方法：在封头与筒体间增加一个过渡圆弧。,1.3  平板封头,由于平板封头结构简单，制造方便，在压力不高，直径较小的容器中，采用平板封头比较经济简便。而承压设备的封头一般不采用平板形，只是压力容器的人孔、手孔以及在操作时需要用盲板封闭的地方，才用平板盖。        但是，有些高压容器中，也用平板封头。这是因为高压容器的封头很厚，直径又相对较小，而凸形封头的制造较为困难。,1.4  封头的结构特性及选择,1.半球形封头,优点：比表面积最小，需要的厚度小，承压能力大。,缺点：深度大，整体冲压难,2.椭圆形封头,特点：比表面积较小，标准封头与筒体等厚，承压能力较大，易于冲压成型,3.碟形封头,优点：便于手工加工成型或冲压成型,缺点：曲率半径有突变，有较大的边缘应力产生。,4.球冠形封头,优点：结构简单、制造方便,缺点：存在横向推力和较大的边缘应力,5.锥形封头,优点：便于引入与引出设备中的粘稠液体或固体物料；并可以作为一些设备上直径不等的两部分的变径段。,缺点：存在较大横推力和边缘应力,6.平板封头,优点：最容易制造,缺点：承压能力最差,第二节 法兰连接,一概述,1. 在石油、化工设备和管道中，由于生产工艺的要求，或者为制造、运输、安装、检修方便，常采用可拆卸的联接结构。,2. 可拆连接必须满足的基本要求：（1）足够的刚度 （2）足够的强度（3）耐腐蚀         （4）成本低,3. 法兰分为两大类，即压力容器法兰和管法兰。,二法兰连接结构与密封原理,1. 法兰联接结构是一个组合件，是由一对法兰，若干螺栓、螺母和一个垫片所组成。,法兰组成,2. 在实际应用中，压力容器由于联接件或被联接件的强度破坏所引起法兰密封失效是很少见的，较多的是因为密封不好而泄漏。故法兰联接的设计中主要解决的问题是防止介质泄漏。,3. 法兰密封的原理,法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于密封面之间的垫片压紧实现密封。,（1）泄漏的两种形式：渗透泄漏和界面泄漏,（2）法兰的整个工作过程：预紧工况与操作工况,三法兰的结构与分类,1. 按接触面形式：窄面法兰与宽面法兰,2. 按其整体性程度,（1）整体法兰,（2）松式法兰,（3）任意式法兰,任意式法兰其整体性介于整体法兰和松式法兰之间，包括未焊透的焊接法兰。,3. 按形状：,四、影响法兰密封的因素,影响法兰密封的因素是多方面的。主要有：螺栓预紧力；密封面型式；垫片性能；法兰刚度；操作条件。, 螺栓预紧力,1. 预紧力必须使垫片压紧并实现初始密封条件。同时，预紧力也不能过大，否则将会使垫片被压坏或挤出。,2. 由于预紧力是通过法兰密封面传递给垫片的，要达到良好的密封，必须使预紧力均匀地作用于垫片。, 压紧面,1.平面型压紧面      光滑平面，可车制密纹水线。结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。      接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。,（a）突面,带水线压紧面,2、凹凸面（MFM）,凸面和凹面相配合，凹面上放置垫片，防止垫片被挤出，适用于压力较高。,（b）凹凸面,凹凸面法兰连接,3、榫槽面(TG),槽中垫片不被挤动。螺栓力较小。获得良好的密封效果。结构较复杂，更换垫片较困难。榫面容易损坏，适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。,（c）榫槽面,榫槽面法兰连接,4、其他类型密封面,高压容器和高压管道用球面（透镜）和椭圆或八角形截面金属垫片,高压管道的透镜式密封,梯形槽压紧面（环连接面）, 垫片性能,垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变形和回弹能力是形成密封的必要条件。 最常用的垫片可分为非金属、金属、非金属与金属混合制的垫片。,非金属垫片：橡胶板、无石棉橡胶板、聚四氟乙 烯、柔性石墨;金属垫片：软铝、软钢、铜、各种合金钢、不锈钢；金属非金属组合垫片：金属增强垫片、缠绕                                              垫，齿形垫片。,非金属垫片    如橡胶垫，石棉橡胶垫，聚四氟乙烯垫等，断面形状一般为平面形或O形。,非金属垫片材料有橡胶石棉板、聚四氟乙烯等，如图所示，这些材料的优点是柔软。耐温度和压力的性能较金属垫片差，通常只适用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密封。,金属垫片           其断面形状有平面形、波纹形、齿形、椭圆形和八角形等金属垫片材料一般并不要求强度高，而是要求软韧。常用的是软铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金(含Ni67，Cu30，Cr45)钢等。金属垫片主要用于中、高温和中、高压的法兰联接密封。,金属垫片,金属非金属组合垫片：如金属包垫片、金属缠绕垫片和带骨架的非金属垫片等。增加了回弹性，提高了耐蚀性、耐热性和密封性能。,金属包垫片是用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni9等）将非金属包起来制成的；金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢带)与石棉带一起绕制而成。这种缠绕式垫片有不带定位圈的和带定位圈的两种。金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属垫片有较好的性能，适应的温度与压力范围较高一些。,金属非金属组合垫片,垫片材料的选择应根据温度、压力以及介质的腐蚀情况决定，同时还要考虑密封面的形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。,（四） 法兰刚度,（五）操作条件,操作条件即压力、温度和介质的物理化学性质。,五、法兰标准及选用,石油、化工上用的法兰标准有两类，一类是压力容器法兰标准，一类是管法兰标准。,平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。 当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。,1平焊法兰,乙型法兰有一个壁厚不小于16mm的圆筒形短节，因而使乙型平焊法兰的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，所以乙型也比甲型具有较高的强度和刚度。,2对焊法兰,长颈对焊法兰由于具有厚度更大的颈，因而使法兰盘进一步增大了刚性。,长颈对焊法兰,长颈对焊法兰,3.压力容器法兰标准的选用,选择压力容器法兰的主要参数是公称压力和公称直径。,法兰的标注方法,法兰CS  8001.6  JB47022000,第三节 容器支座,容器的支座，是用来支承容器的重量、固定容器的位置并使容器在操作中保持稳定。支座的结构型式很多，主要由容器的自身的型式决定，分卧式容器支座和立式容器支座两大类。,一、卧式容器的支座,卧式容器的支座有三种：鞍座、圈座和支腿。,1. 鞍式支座,鞍座是应用最广泛的一种卧式容器支座，常见的卧式容器和大型卧式贮槽，热交换器等多采用这种支座。,一般情况下鞍座都采用双鞍式支座。,鞍式支座,鞍式支座,鞍座是由横向筋板、若干轴向筋板和底板焊接而成。在与设备连接处，有带加强垫板和不带加强垫板两种结构。,鞍座的底板尺寸应保证基础的水泥面不被压坏。根据底板上螺栓孔形状的不同，每种型式的鞍座又分为固定式支座（代号F)和活动式支座（代号S)两种安装形式，固定式鞍座底板上开圆形螺栓孔，活动式支座开长圆形螺栓孔。这样可以保证设备在温度变化时，鞍座能在基础面上自由滑动。,在一台容器上，固定式支座和活动式支座总是配对使用。在安装活动支座时，地脚螺栓采用两个螺母。第一个螺母拧紧后倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧。,鞍座分为A型（轻型）和B型（重型）两类，其中重型又分为BB五种型号。A型和B型的区别在于筋板和底板、垫板等尺寸不同或数量不同。,鞍座的标记方法：,2. 圈式支座,在下列情况下可采用圈座：对于大直径薄壁容器和真空操作的容器，因其自身重量可能造成严重挠曲；多于两个支承的长容器。,3. 支腿,因为这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备（DN1600、L5m）。,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、腿式支座和裙式支座四种。,1. 耳式支座,广泛用在反应釜及立式换热器等直立设备上。它的优点是简单、轻便，但对器壁会产生较大的局部应力。,耳式支座已经标准化，它们的型式、结构、规格尺寸、材料及安装要求应符合JB/T 4725-92 耳式支座。该标准分为A型（短臂）和B型（长臂）两类，每类又分为带垫板与不带垫板两种结构。,A型耳式支座的筋板底边较窄，地脚螺栓距容器壳壁较近，仅适用于一般的立式钢制焊接容器。B型耳式支座有较宽的安装尺寸，故又叫长臂支座。当设备外面有保温层或者将设备直接放在楼板上时，宜采用B型耳式支座。,带垫板的耳式支座,2. 支承式支座,支承式支座分为A型和B型， A型由钢板拼焊而成， B型由钢管制做，两类都带垫板。,带垫板的支承式支座,支承式支座的优点是简单轻便，但它和耳式支座一样，对壳壁会产生较大的局部应力，因此当容器壳体的刚度较小、壳体和支座的材料差异或温度差异较大时，或壳体需焊后热处理时，在支座和壳体之间设置了垫板。垫板的材料应和壳体材料相同或相似。,3. 腿式支座,支承在容器的筒体部分,特点：结构简单、轻巧、安装方便，在容器下面有较大的操作维修空间。但当容器上的管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接时，不宜选用腿式支座。,4. 裙式支座,对高大的塔设备最常用的支座就是裙式支座。,裙座结构,裙座结构,第四节 容器的开孔补强,容器壳体上开孔后，开孔不但削弱了容器壁的强度，而且在筒体与接管的连接处，由于原壳体结构产生了变化，出现不连续，在开孔区域将形成一个局部的高应力集中区。较大的局部应力，加之容器材质和制造缺陷等因素的综合作用，往往会成为容器的破坏源。因此，为了保证容器安全运行，需要对结构开孔部位进行补强。,一、开孔补强的设计与补强结构,（1）等面积补强法的设计原则（主要原则）,（2）塑性失效补强设计原则（整体锻件补强）,1. 补强设计原则,该法要求带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效时的极限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。,（2）塑性失效补强（极限分析补强）,定义：,2. 补强结构,补强结构是指用于补强的金属采用什么样的结构形式与被补强的壳体或接管连成一体。,（1）补强圈补强结构,补强圈补强,补强圈补强,补强圈补强,补强圈,优点：制造方便，造价低，使用经验成熟。,补强圈补强结构的优缺点,缺点：补强区域分散，补强效率不高；补强圈与壳体之间存在着一层静止的气隙，传热效果差，致使二者温差与热膨胀差较大，容易引起温差应力。补强圈与壳体相焊时，使此处的刚性变大，对角焊缝的冷却收缩起较大的约束作用，容易在焊缝处造成裂纹。还由于补强圈和壳体或接管金属没有形成一个整体，因而抗疲劳性能差。,补强圈补强结构的适用范围：用于静载、常温及中、低压容器。,（2）厚壁接管补强,结构,在开孔处焊上一段厚壁接管，见（b）图。,特点,补强处于最大应力区域，能更有效地降低应力集中系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好。,（b）厚壁接管补强,高强度低合金钢制压力容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该结构，但必须保证焊缝全熔透。,应用,厚壁接管补强,厚壁接管补强,（c）整锻件补强,（3）整锻件补强,整体锻件,整锻件补强,二、允许开孔的范围,筒体及封头开孔的最大直径，不允许超过以下数值：,（1） 圆筒内径Di1500mm时，开孔最大直径d1/2Di，且d520mm；圆筒内径Di1500mm时，开孔最大直径d1/3Di，且d1000mm；,（2） 凸形封头或球壳的开孔最大直径d1/2Di。,（3） 锥壳（或锥形封头）的开孔最大直径d1/3Di，Di为开孔中心处的锥壳内直径。,三、允许不另行补强的最大开孔直径,上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接管，可以不予补强。,GB150规定：,在设计压力2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的2倍，接管公称外径89mm，只要接管最小厚度满足表12-12要求。,表12-12    不另行补强的接管最小厚