过程装备通用零部件

过程装备通用零部件南京工业大学过程装备与控制工程研究所 董金善 压力容器（过程装备）零部件是容器不可缺少的组成部分。压力容器特定的操作条件不仅要求其主体必须满足设计要求，而且零部件也应符合结构、材料、性能等方面的要求。作为受压元件的零部件，如同壳体一样，应纳入质量管理与保证的监控范围。所以能否按照要求合理地选用各零部件，对压力容器的整体质量和确保安全使用有着十分重要的意义。 为了便于组织生产，降低成本，利于互换，我国各有关部门对压力容器零部件进行了标准化和系列化工作，并制定了国家标准和满足行业特点的行业标准。随着经济的发展和生产技术的不断提高曾多次修定，目前已日臻完善。 压力容器零部件种类很多，涉及面较广，但总体可以分为两类：1通用零部件。如筒体、封头、法兰、支座、人孔与手孔、安全附件等。2各种典型化工设备零部件。包括搅拌器、机械密封、填料密封、管板、塔盘等。一、 筒体1.1钢制焊接压力容器的筒体按GB90191988压力容器公称直径，筒体用钢板卷制时，容器公称直径按表1-1规定，此公称直径指筒体的内径。表1-1 压力容器公称直径 mm 300350400450500550600650700750800900100011001200130014001500160017001800190020002100220023002400250026002800300032003400360038004000420044004600480050005200 1.2钢管作筒体钢管作筒体的容器，公称直径按表1-2规定，此公称直径系指钢管的外径。 表1-2 mm159219273325377426 二、 封头在中、低压压力容器中，与筒体焊接连接而不可拆的端部结构称为封头，与筒体以法兰等连接的可拆端部结构称为端盖。通常所说的封头则包含了封头和端盖两种连接形式在内。压力容器的封头或端盖，按其形状可以分为三类，即凸形封头、锥形封头和平板封头。凸形封头包括：半球形，椭圆形，碟形和球冠形.其中平板封头在压力容器中除用做人孔及手孔的盖板以外，其他很少采用；凸形封头是压力容器中广泛采用的封头结构形式；锥形封头则只用于某些特殊用途的容器。JB/T47462002钢制压力容器用封头封头 EHA100010 JB/T47462002 内径为基准的椭圆形封头封头 EHB2736 JB/T47462002 外径为基准的椭圆形封头封头 DHA240020 JB/T47462002 r=0.15Di的碟形封头封头 DHB240020 JB/T47462002 r=0.1Di的碟形封头封头 CHA10008 JB/T47462002 =30的无折边锥形封头封头 CHB10008 JB/T47462002 =45的无折边锥形封头封头 CHC10008 JB/T47462002 =60的带折边锥形封头封头PSH10008 JB/T47462002 球冠形封头三、 法 兰 法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。l 法兰分类法兰分类主要有以下方法： 1按其被连接的部件分为管法兰和容器法兰。 2按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。 a宽面法兰是指垫片接触面分布于法兰螺栓中心圆内外两侧的法兰连接，一般用于压力很低场合。 b窄面法兰是指垫片接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周内的法兰连接。3按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。 a整体法兰：指法兰环、颈部及圆筒三者有效地连接成一整体的法兰，共同承受法兰力矩的作用。 b松式法兰：指法兰与圆筒未能有效地连接成一整体的法兰，计算中认为法兰力矩完全由法兰环本身来承担。典型松式法兰有活套法兰。 c任意式法兰：指整体性程度介于上述二者间的法兰。其圆筒与法兰环虽未形成一整体结构，但可作为一个接构元件，共同承受法兰力矩。l 法兰连接设计法兰连接设计分为三部分：垫片设计、螺栓设计和法兰设计。a 垫片设计：应根据设计条件和使用介质，选定适当垫片种类、材质、并确定垫片尺寸（内径和外径），以此计算预紧和操作状态下压紧力。b螺栓设计：在选用适当螺栓材料基础上，根据垫片所需压紧力分别计算螺栓面积，取大者作计算面积，实际螺栓面积应不小于计算面积。螺栓设计的关键是须确定一尽可能小螺栓中心圆直径，通过试算合适螺栓规格和数量进行。c法兰设计。垫片强制密封有两个条件：预紧密封条件和操作密封条件。法兰连接在形成预紧密封条件时，垫圈单位面积上的压紧力称为垫片的密封比压力，用y表示。垫片材料越硬，y越高。法兰连接在形成操作密封条件时，垫圈单位面积上的压紧力与其内压力的比值，称为垫片系数，用m表示。m 随垫片硬度增大而增大。密封面主要根据工艺条件、密封口径以及垫片等进行选择。形式有: 全平面（FF）、突面（RF）、凹凸面（MFM）、榫槽面（TG）及环连接面（或称梯型槽）（RJ）等；其中以突面、凹凸面、榫槽面最为常用。图3-1 各密封面结构简介突面法兰密封面具有结构简单，加工方便，且便于进行防腐衬里等的优点，由于这种密封面和垫片的接触面积较大，如预紧不当，垫片易被挤出密封面。也不宜压紧，密封性能较差，适用于压力不高的场合，一般使用在PN2.5MPa的压力下。凹凸面法兰密封面相配的两个法兰结合面是一个凹面和一个凸面。安装时易于对中，能有效地防止垫片被挤出密封面，密封效果优于平面密封。榫槽面法兰密封面相配的两个法兰结合面是一个榫面和一个槽面。密封面更窄。由于受槽面的阻挡，垫片不会被挤出压紧面，且少受介质的冲刷和腐蚀。安装时易于对中，垫片受力均匀，密封可靠，适用于易燃、易爆和有毒介质的运用。只是由于垫片很窄，更换时较为困难。l 法兰强度校核（GB150-1998 P97）1.轴向应力：对整体法兰（除图9-1（c）、（g）外）：H1.5ft与2.5nt小值。ft是法兰材料在设计温度下的许用应力，nt是壳体或接管材料在设计温度下的许用应力。 对按整体法兰计算的任意法兰及图9-1（g）所示的整体法兰：H1.5ft与1.5nt小值。对图9-1（c）所示的整体法兰：H1.5ft2.环向应力：Tft3.径向应力：Rft4.组合应力：H+T2ft及H+R2ft5.剪应力：在预紧和操作两种状态下的剪应分别小于或等于翻边（或圆筒）材料在常温和设计温度下许用应力的0.8倍。图3-2（一）、压力容器法兰JB4701 4707-2000压力容器法兰 包括：法兰、垫片及等长双头螺柱等8个标准。其中法兰分三种：甲型平焊法兰、乙型平焊法兰及长颈法兰。标准适用范围：公称压力0.25MPa至6.40 MPa ，工作温度-70至450的碳钢、低合金钢制压力容器法兰。标准中甲、乙型法兰是以板材16MnR，工作温度为200时的最大允许工作压力为公称压力作基准；长颈法兰是以锻材16Mn，工作温度为200时的最大允许工作压力为公称压力作基准。在同一公称压力下，温度升高或降低，允许的工作压力可以相应地降低或提高；若温度不变而所选的材料不同，则允许的工作压力也不同。 (1) 甲、乙型法兰的比较甲型法兰，特别是当与其相连接圆筒较薄时，由于在圆筒与法兰环焊缝上存在很高的轴向应力H，为降低其应力，通常可采取两种处理方法：（1）增加法兰厚度。由于法兰厚度对H的作用并不明显，因此往往需要增加较大的法兰厚度才能使H的满足要求。计算表明，此法效果不明显。（2）增加圆筒和焊缝厚度（此结构类似乙型法兰设计结构）。可明显降低H值。乙型法兰较甲型法兰有较大强度优势，乙型法兰的使用范围比甲型法兰扩大了许多。 (2)乙型法兰与长颈对焊法兰比较 乙型法兰由于直接加大了圆筒及锥颈的尺寸，对降低H起着积极的作用，H的最大值往往发生于锥颈的小端端面上。为有效地降低此起比控制作用的小端H，更为直接的办法是拉开小端与大端距离，即加长锥颈的长度，使H在锥颈上有较大的衰减，使H满足许用应力要求。 对于平焊法兰来说，其锥颈长度取决于焊缝高度。由于焊缝高度是有限的，这就限制了较大地降低小端H的可能。而锻制法兰可具有较大的锥颈，从而有效地降低其小端H。长颈法兰较乙型法兰有较大强度优势，长颈法兰的使用压力等级及尺寸范围比乙型法兰大。 (3)锥颈及法兰环尺寸对法兰应力影响锥颈及法兰环尺寸对法兰三项主要应力H（轴向应力）、R（径向应力）、T（环向应力）的影响关系较为复杂。增加锥颈尺寸，可以明显降低H，T（影响较小），R。增加法兰环厚度，可以明显降低R，H（影响较小），对T影响更小，且作用效果并不肯定。由此可见：法兰设计中H过大或过小时，应调整锥颈尺寸；法兰设计中R过大或过小时，应调整法兰环厚度尺寸；法兰设计中T过大或过小时，应调整锥颈尺寸。以上根据法兰不同应力的情况，分别调整“颈”和“环”的做法。法兰设计优化原则：法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。(4)法兰设计时，须注意以下二点： 外压法兰与内压法兰其他设计条件相同时，外压法兰所需螺栓面积较小，法兰力矩值小，法兰厚度小。因此一般外压法兰可以按同等压力的内压法兰选用是安全的。 宽面法兰与窄面法兰宽面法兰压紧面积大，特别在操作状态下所需的螺栓载荷较大，所以所需螺栓面积较大，同等设计条件下，宽面法兰所需螺栓面积是窄面法兰的数倍；宽面法兰计算模型将法兰作为沿宽度视作一简支梁考虑，窄面法兰将法兰环作为沿圆周均布作用力矩的环板考虑，而宽面法兰受力较好，因此法兰较薄。但是由于在压力较高的场合下，螺栓太多会发生布置困难或螺栓中心圆直径太大，法兰径向尺寸极不紧凑。另外宽面法兰密封效果不好。因此一般用于压力很低场合。（5）法兰类型与垫片、螺柱、螺母材料匹配 垫片是整个法兰连接的基础。垫片材质和型式决定了所需配置螺柱及螺母的要求，同时也直接影响到法兰结构的型式及其所需强度尺寸。甲型平焊法兰一般采用钢板制作，由于其最大厚度有限，所以只能适用于低压情况，为此只宜配用软垫片，如石棉橡胶板，匹配螺柱螺母材料均为Q235-A。 对于乙型平焊法兰和长颈对焊法兰标准中，对PN1MPa的情况下，采用软垫片所需螺栓载荷较小，因此配置螺柱材料为35钢等；对PN1MPa的情况下，由于螺栓载荷逐步变成受操作压力控制。压紧垫片所需螺栓载荷相对为平衡内压轴向力所需的螺栓载荷为小（尤其在大规格直径螺栓规格时），因此采用不同垫片时，它们螺栓载荷相差不很大，标准中允许采用相同的螺柱配置并以要求较大螺栓载荷的垫片进行考虑，螺柱材料为40MnB或40Cr等，可供匹配垫片包括石棉橡胶板、缠绕垫和包垫。对于高应力和较大直径规格的法兰，由于所需螺栓载荷很大，因此采用了高强度的螺柱材料：40MnVB 和35 Cr MoA，以保证法兰有较紧凑的结构尺寸，受力合理，允许匹配的材料包括上述三种。 (6)法兰腐蚀裕量根据标准法兰长期使用经验，可以认为本标准能适应2 mm的腐蚀裕量。对于乙型法兰，当法兰材料对使用介质的腐蚀裕量超过2 mm小于3 mm 时，应加厚短节2 mm。长颈对焊法兰的适用腐蚀裕量不大于3 mm。（7）对法兰材料的要求乙型平焊法兰的强度是按整体法兰进行考虑的，短节材料不仅应具有良好的焊接性，而且直接影响到法兰强度，乙型法兰短节的材料及其制造、检验和验收等方面要求与对接的圆筒相同。对法兰材料进行正火或完全退火的目的是细化晶粒，改善韧性。参照ASME VIII 和GB150，对15MnVR钢板和厚度大于50mm的20R、16MNR钢板制作的法兰及长颈对焊法兰（轧制和锻制）提出了正火状态下的使用要求。法兰短节材料应与法兰材料相同。如不相同，其强度级别应不低于法兰材料，且应与法兰材料间有良好的焊接性，并在图样名细栏中注明。短节长度允许加长，加长后，法兰厚度与总高度H均在法兰标记中标明。法兰衬环材料由设计者决定。(8)法兰焊缝检测要求法兰的拼接焊缝须经百分之百射线或超声检测。对长颈法兰，当工作压力大于或等于0.8倍本标准中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝必须进行100%射线或超声检测，检测方法按JB4730。射线检测II级合格，超声波检测I级合格。当法兰所在容器图样对容器壳体的检测要求未能满足上述要求时，则该要求应在图样中标明。对甲型平焊法兰、乙型平焊法兰，法兰与圆筒或短节间的连接焊缝应进行磁粉或渗透检测，检测方法按JB4730，I级合格。(9)法兰颈部削薄要求乙型平焊法兰的短节厚度或长颈对焊法兰的直边厚度与其相连接的圆筒厚度不等时：若圆筒厚度不大于10 mm，且与短节或长颈直边厚度差超过3 mm；若圆筒厚度大于10 mm，且与短节或长颈直边厚度差大于筒体厚度30%或超过5 mm时，乙型平焊法兰应按斜率1：3、长颈对焊法兰按标准中图2.1虚线削薄，或者在对接焊缝的筒体端按标准中图2堆焊过渡。 图3-3 法兰直边段削薄问题的处理: 按理论计算要求；对接圆筒厚度应与法兰直边段保持等厚，且圆筒应有足够的长度(DiS)0.5,其中Di一圆筒直径，S一圆筒厚度). 法兰直边厚度通常比圆筒厚度要大，因此出现不等厚的连接情况采取以下处理办法：本标准允许对法兰直边段作有限制的削薄，而后直接与圆筒对接，标准对“对接圆筒”的最小厚度作了规定与长颈法兰相连接的圆筒厚度应不小于JB/T4703中规定的对接筒体最小0，且筒节长度不小于（DN0）0。5。当对接圆筒厚度小于最小对接圆筒厚度0时，应按JB/T4703中的表三要求，调整法兰总高度H（其他尺寸不变），并连同法兰厚度在标记中标明 (10) 非金属软垫片（JB/T4704-2000）、缠绕垫片（JB/T4705-2000）、金属包垫片（JB/T4706-2000） (A1)垫片的尺寸公差垫片的尺寸公差大小不仅对垫片的安装有影响, 对密封性能也有一定影响本标准尺寸公差与JB/T4704-92规定中相同 (A2)本标准中缠绕垫的三种形式： 对于突密封面，垫片应带外加强环或带内、外加强环； 对于凹凸密封面，垫片应带内加强环； 对榫槽密封面，选用基本型的垫片。 (11)压力容器用等长双头螺柱 (B1)为了满足不同使用工况及使用场合的要求，给使用者更大地灵活性，并遵照GBl50钢制压力容器中的规定，结合实际情况，共列入了七种材料Q235-A按GB/T700的规定；35按GB/T699的规定，应在正火状态下使用；40MnB、40MnVB、40Cr、35CrMoA、25Cr2MoVA按GB/T3077的规定，并需经调质处理。 (B2) 按照无螺纹部分直径d2的大小的不同，将螺柱分为A型、B型两种。A型螺柱主要是为了满足优先选用滚制螺柱的要求；B型螺柱选用于温度较高的场合，如各种型式热交换器的大法兰螺柱。(B3) 螺柱材料用于使用温度低于-20的螺柱及螺母材料35CRMOA，应进行使用温度下的低温冲击实验。使用温度低于或等于0至大于-20的螺柱及螺母材料40MnB、40MnVB应进行使用温度下的冲击实验。冲击实验按GB/T229的规定，冲击功AKV27J。（二）、管法兰 第54条规定：钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照HG20592HG20635的规定。 国际管法兰标准主要有两个体系，即以德国DIN(包括原苏联)为代表的欧洲管法兰体系和以美国ANSI管法兰为代表的美洲管法兰体系。除此之外，还有日本JIS管法兰，但在石油化工装置中一般仅用于公用工程，而且在国际上影响较小。 化工行业标准HG20592-20635-97钢制管法兰、垫片、紧固件。1、 HG20592-20614（欧洲体系） HG管法兰(欧洲体系)的公称压力等级按DIN标准，公称压力范围：0.25 ，0.6，1.0， 1.6， 2.5， 4.0， 6.3， 10.0，16.0， 25.0MPa 等10个压力等级。公称直径范围：102000mm。 法兰型式有板式平焊、带颈平焊、带颈对焊、整体、承插焊、螺纹、对焊环松套、平焊环松套、法兰盖、衬里法兰等10种。密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面、环连接面、全平面等5种。(1) 板式平焊法兰：由于取材方便，是化工部门过去广泛使用的管法兰型式。由于板式平焊法兰的刚性较差，在螺栓力作用下，法兰变形引起密封面的转角而导致接头泄漏。原HGJ45板式平焊法兰时，将其压力等级限制在PN1.0MPa，并规定不得用于有毒、易燃易爆和较高真空度要求的化工工艺配管系统。但在实际使用中碰到了一些问题，许多设计、制造、使用部门建议放宽板式平焊法兰的应用范围。在HG20592中参照ISO 70051，根据国内的使用情况对板式平焊法兰的压力等级范围进行了调整，从PN1.0MPa 提高至PN 2.5MPa ，且建议不使用在易燃易爆和高度、极度危害的场合。其密封面型式仅有突面和全平面两种。（2）带颈平焊法兰和承插焊法兰 参照ISO7005-1的规定，结合几年来的实际使用经验对带颈平焊法兰的公称压力范围进行了调整由PN10.0 MPa 调整为PN4.0 M Pa。承插焊法兰的公称压力仍为PN10.0 MPa。 承插焊法兰虽然仅采用单面填角焊但由于仅用于DN50以下的小口径管道上，经核算其焊缝的承载能力还是足够的。 由于带颈平焊法兰或承插焊法兰的结构，尤其是焊接结构的特征，国外对其使用亦有限制，现摘录供选用时参考； A在剧烈循环条件下操作的法兰应使用带颈对焊法兰(ANSIB31.3 308.2.4)。 B带颈平焊法兰或承插焊法兰不应使用于有频繁的大幅度温度循环的配管系统(ANSI B31.3 308.2.1)。 C承插焊法兰不应使用于具有缝隙腐蚀或强腐蚀性介质(ANSI B31.3 308.2.1)。上述“剧烈循环”指的是管道的位移应力即E0.8倍的位移许用应力A，或者当量循环数N7000的场合。上述定义可详见美国ANSI B31.3或HGJ 887化工管道设计规范。由于金属环垫的压紧应力高,而承插焊法兰的承载能力又差于带颈对焊法兰，为此承插焊法兰未设置环连接面。带颈平焊法兰的密封面型式有全平面、突面、凹凸面和榫槽面四种，承插焊法兰的密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面三种。 （3）整体法兰 整体法兰广泛地应用于阀门、泵的设计。整体法兰的适用压力范围和公称直径参照ISO7005-1和DIN法兰标准定为PN 0625MPa和DN102000。整体法兰的密封面型式有全平面、突面、凹凸面、榫槽面和环连接面等五种。 (4)带颈对焊法兰带颈对焊法兰是承载能力最好的法兰型式。也是化工工程设计中广泛使用的法兰型式。对焊法兰的压力范围从1.0MPa25 MPa ;法兰公称直径范围参照ISO7005-1进行调整PNl.0、1.6MPa由DN600扩大至DN2000，PN 2.5MPa由DN600扩大至DN1000。 带颈对焊法兰密封面型式有全平面、突面、凹凸面、榫槽面和环连接面等五种。 (5)螺纹法兰螺纹法兰是工程建设中广泛使用的种法兰结构型式，具有现场安装方便，不需焊接的优点。螺纹法兰仅适用于英制管系列。螺纹法兰采用的螺纹型式有GB 7306规定的55圆锥内螺纹Rc、55圆柱内螺纹Rp及按GBT 12716规定的60圆锥管螺纹NPT等三种。螺纹法兰的公称压力范围和公称直径范围为PN0.64.0 MPa，DN10150 mm。 螺纹法兰密封面型式有全平面、突面等二种。考虑到螺纹法兰的结构特性，因此不宜用于易燃、易爆和高度以及极度危害的场合。(6)对焊环松套法兰和平焊环松套法兰对焊环松套法兰和平焊环松套法兰主要用于具有腐蚀性介质的管道系统。法兰和对焊环、平焊环可以采用不同的材料，所以能节省不诱钢的用量、降低法兰成本，提高使用性能。标准规定对焊环松套法兰的法兰型式均采用板式法兰，其公称压力适用范围为PN0.64.0 MPa ，公称通径为DN10600 mm。对焊环松套法兰的密封面型式仅有突面一种。平焊环松套法兰的制作较为简单，尤其适合设备制造厂单件生产，避免单件、小批采购困难的优点。平焊环松套法兰的密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面等多种密封面型式。 (7)法兰盖法兰盖主要用于管道端部作封头用。为了与法兰匹配，基本上做到一种法兰就配一个法兰盖，由此确定法兰盖的压力等级和密封面型式、公称通径。但PN1.0、1.6 MPa公称通径为DN101200 ，PN2.5为DN10600 mm，比法兰的通径范围略小。 法兰盖的密封面型式：全平面、突面、凹凸面、榫槽面和环连接面等五种。(8)不锈钢衬里法兰盖不锈钢衬里法兰盖系根据德国DIN，并参考日、美等国公司标准而制定的。 衬里法兰盖的密封面型式：突面、凸面、榫面等三种。(9)法兰的压力-温度表 法兰的压力一温度表，是指法兰在不同工作温度下所能承受的最大无冲击工作压力，是法兰选用的重要参数，尤其是对高温下使用的法兰。(10) 管法兰配套垫片标准管法兰连接的主要失效形式是泄漏。泄漏与密封结构型式、被连接件的刚性、密封件的性能、操作和安装等许多因素有关。垫片作为法兰连接的主要元件，对密封起着重要作用。近年来国外工业发达国家出于石棉危害人体健康，相继对石棉制品加以禁止或限制使用。随着引进装置的增多，出于与国际接轨的要求，我国对石棉制品使用的限制也越来越多。为此在本标准中，保留了石棉橡胶板和耐油石棉橡胶板以外，引入了橡胶垫片、合成纤维橡胶垫片和改性或填充聚四氟乙烯板垫片等无石棉垫片品种。聚四氟乙烯(PTFE)是含氟塑料中的最重要的种产品。聚四氟乙烯具有许多优越的性能，如极好的化学稳定性、良好的热性能(-200+260)、电绝缘性、表面不粘性、自润滑性和耐大气老化性等，目前常用的聚四氟乙烯垫片的牌号为G-3510。2、HG 2061520635-97（美洲体系） HG2061520635-97钢制管法兰美州体系部分是以美国ANSI B16.5、ANSI B1647(大直径法兰B系列)为法兰部分的编制依据垫片部分以ANSI B16.20和ISO 7483-91为编制依据，紧固件以ISO7005-1及SH 3404为M制紧固件的编制依据。ISO7483-91即为ISO 7005-1中的PN2.0-42.0MPa法兰配套的垫片标准。 HG美州体系法兰采用了ANSI B165全部法兰型式，包括平焊（SO）、对焊（WN）、螺纹(Th)、承插(SW)、松套(LF但不包括对焊环)、法兰盖（BL）、整体（IF，法兰管件）。但在比力等级及公称直径范围作了调整。（1）密封面型式: a 选用了突面、环连接面、全平面、大凹凸面及大榫槽面。b删除了小凹凸面及小榫槽面(工程设计的管法兰从不采用)。c对焊环(松套法兰)仅保留突面，删除了环连接面(内于国内尚不能制造该种环连接面对焊环，且工程中使用极少，尚未发现采用场合)。d环连接面仅用于WN、BL、IF、SW等整体性较好的法兰型式，而未引入Th、SO、LF等法兰型式。 e.全平面仅用于2.0MPa蒸汽的SO、Th、WN、IF相BL法兰。对于DN600 mm的法兰等效采用了ANSI B16.5，对DN650 mm的法兰等效采用ANSI B16.47中的B系列（API1605）。（2）公称压力范围“2.0 MPa(Class 150)，5.0 MPa(Class 300)，11.0 MPa(Class 600) ，15.0 MPa(Class 900)， 26.0 MPa(Class 1500) 和42.0MPa (Class 2500)。（3）公称直径范围： 15 -1500 mm 。四、 支 座设备支座用来支承设备重量和固定设备的位置。支座一般分为卧式设备支座、立式设备支座和球形容器支座。耳式支座 JB/T4712.3-2007（2008.2.1实施）支承式支座 JB/T4712.4-2007立式支座 腿式支座 JB/T4712.2-2007裙式支座支座 鞍式支座 JB/T4712.1-2007卧式支座 圈式支座支腿支座球形容器支座分为柱式、裙式、半埋式、高架式支座四种。 （一）、卧式设备支座1、卧式设备支座设计要领支座的数目 水平置于支座上的圆筒形容器，共受力状态和梁相似。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。所以，从理论上说卧式容器的支座数目越多越好。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，结容器的运行安全带来不利的影响。关于支座的承重 支座设计时必须考虑它可能承受的最大荷重。因此，对用于盛装气体或密度比水小的液体的卧式容器支座，由于进行水压试验的需要，应按支承装满水的容器来设计。关于支座型式的选择 在一般情况飞建议采用鞍式支座支承卧式容器。对于大直径薄壁容器、真空下操作的容器或需要两个以上支承的容器， 一般选用圈座。支腿只适用于轴向弯曲应力比由工作压力所引起的轴向应力小的小型容器，而且其支座处由于反作用力所引起的局部应力，应在容许的范围以内。 图4-12、 鞍式支座（JB/T4712.1-2007）l JB/T4712.1-2007主要修订内容增加了DN1000mm1400mm的150包角鞍座系列。适当加宽筋板尺寸b3,相应增加垫板宽度尺寸b4，以满足垫板起加强作用时的尺寸要求。用于接地的螺栓孔位置靠近筋板边缘，以方便操作。 鞍式支座标准适用范围：适用于双支点支承的钢制卧式容器的鞍式支座。对多支点支承的卧式容器鞍式支座其结构型式和结构尺寸亦可参照本标准使用。 鞍座设计条件：设计温度：200；地震设防烈度：8度（II类场地）； 鞍式支座型式特征:按鞍座实际承载的大小分为轻型(A) 、重型(B)两种.a. 轻型鞍座120包角, 带垫板, DN10004000;b. 重型鞍座按包角、制作方式及附带垫板情况分五种型号:BI-包角120、焊接制作、带垫板,DN1594000;BII-包角150、焊接制作、带垫板, DN10004000;BIII-包角120、焊接制作、不带垫板, DN159900;BIV-包角120、弯制、带垫板, DN159900;BV-包角120、弯制、不带垫板, DN159900;鞍座分固定式(F)和滑动式(S)两种安装形式。图4-2 鞍式支座型式选择：a.重型鞍座可满足卧式换热器、介质比重较大或L/D较大卧式容器的使用要求；轻型鞍座则满足介质比重较小（气体）卧式容器的使用要求。但容器直径小于1米鞍座未设轻型结构，原因容器直径太小其重量差别不大。b.当容器直径小于1米时，分带垫板和不带垫板两种。当容器直径小时，有些容器的壁厚裕量较大，可不带垫板；但有些容器壁厚裕量较小或筒体材质与鞍座材质差别较大或容器需热处理等，此时须加垫板；当容器直径大时，一般壁厚裕量较小，需加设垫板，以改善支座处受力状况。c.容器因温度变化，固定侧应采用固定鞍座；滑动侧采用滑动鞍座。固定鞍座一般设在接管较多的一侧。采用三个鞍座时，中间鞍座宜选固定鞍座，两侧鞍座可选滑动鞍座。d.若容器壳体有热处理要求时，鞍座垫板应在热处理前焊接在器壁上。 鞍式支座结构尺寸：1）鞍座包角增加鞍座包角可以降低鞍座边角处产生的较高应力值。增加=150系列，对于大直径薄壁容器，若使用120包角鞍座，会在鞍座边角处产生的较高应力值，故增加=150系列。可按容器圆筒强度的需要确定选用120包角或150包角的鞍座。 2）鞍座筋板上设置了两个螺栓孔接地之用。3）垫板结构。为改善容器的受力情况，将垫板四角倒圆；并在垫板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放；为使垫板按实际需要设置或与容器等厚，标准中垫板厚度允许改变。 鞍式材料： 鞍式材料为Q235A.也可用其他材料。垫板材料一般应与容器筒体材料相同。当鞍式设计温度-20时，应根据实际设计条件，如有必要设计者可以对腹板等材料提出附加低温检验要求，或选用其他合适的材料。 垫板选用： DN900mm容器，重型鞍座分为带垫板和不带垫板两种，符合下列情况之一,必须设置垫板:a.容器圆筒有效厚度小于或等于3mm时；b.容器圆筒鞍座处的周向应力(5-9 )大于规定值时；c.容器圆筒壳体有热处理要求;d.容器圆筒与鞍座间温差大于200时;e.当容器圆筒材料与鞍座材料不具有相同或相近化学成分和性能指标时； 安装位置：鞍座应尽可能靠近封头，即A应小于或等于Da/4且不宜大于0.2L。当需要时，A最大不得大于0.25L。 基础垫板： 当容器基础是钢筋混凝土时，滑动鞍座底板下面必须安装基础垫板。基础垫板必须保持平整光滑，垫板尺寸参照附录C确定。基础垫板由设计者在设计图样上规定其供货关系。 滑动鞍座螺栓孔长度L：当容器操作壁温与安装环境温度有较大差异时，滑动鞍座螺栓孔长度L根据容器圆筒金属温度和鞍座间距按附录A核算螺栓孔长度L。鞍座螺栓孔应根据其不同膨胀形式按图11要求进行安装。图4-3图4-4 鞍座设计计算：1）鞍座受力分析：a.垂直静载荷： 垂直静载荷由容器自重和其内部介质重量引起，产生压应力；b.静载荷在弧形承压面上所产生的水平推力，产生水平拉应力； c.由于容器膨胀或收缩，底板上产生的摩擦力，在鞍座底部横断面上产生弯曲应力； d.风载荷：由于鞍座一般较低，实际计算表明在鞍座上产生的弯曲应力是很低的，可忽略不计。e.地震载荷：在鞍座底部横断面上产生弯曲应力； 2）在计算鞍座的允许载荷时，不但要考虑荷载所产生的水平拉应力，还要考虑垂直静荷载产生的压应力以及摩擦力、地震力等作用弯矩产生的弯曲应力。在JB/T4712.1-2005中，除了按水平拉应力确定鞍座腹板厚度外，还按垂直静荷载以及摩擦力作用弯矩组合载荷计算鞍座的允许载荷。鞍座允许载荷Q计算中未考虑地震工况，因为标准中考虑地震设防烈度8度，地震系数K=0.135，小于摩擦力工况中钢对钢摩擦系数f=0.3。故摩擦力工况是最危险的组合工况。3）当鞍座高度增加时，鞍座允许载荷Q随之降低，其值可按附录B确定。图4-5（二）、立式设备支座1、腿式支座（JB/T4712.2-2007）l JB/T4712.2-2007主要修订内容：1）.增加了H型钢腿式支座系列，支腿最大支承高度由原1200 mm扩大到2000 mm，容器总高由原5000 mm扩大到8000 mm；2）.各腿式支座系列参数表中的“容器最大总高Hmax”改为“壳体最大切线距Lmax”;3）.增加了支腿计算方法和例题（附录A）。 腿式支座标准适用范围：适用于安装在刚性基础，且符合下列条件的容器：a.公称直径DN4001600mm；b.圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN5;c.容器总高度H1：角钢与钢管支柱5000 mm；H型钢支柱5000 mm；不适用于通过管线直接与产生脉动载荷的机器设备刚性连接的容器，而应选用裙座等支承型式。 腿式支座设计条件：a.设计温度：t200；b.设计基本风压值：q0=800Pa，地面粗造度为A类；c.设计地震设防烈度：8度（II类场地土），设计基本地震加速度0.2g。 当容器支腿设计条件与上不符时，可参考附录A的计算方法，通过校核参考使用本标准。腿式支座型式：型 式支座号适用公称直径（mm）结 构 特 征材料A17DN4001600角钢支柱，带垫板Q235-AAN17角钢支柱，不带垫板Q235-AB15钢管支柱，带垫板20BN15钢管支柱，不带垫板20C110H型钢支柱，带垫板Q235-ACN110H型钢支柱，不带垫板Q235-AA、AN型支座具有易与容器圆筒相吻合、焊接安装较为容易的优点；B、BN型支座具有在所有方向上都具有相同截面系数，具有较高抗压失稳能力的优点。标准考虑了支腿与圆筒连接处局部应力问题,故分为带垫板和不带垫板。 腿式支座布置：支腿数量一般应采用三个或四个均布。图4-5 腿式支座布置图4-6 腿式支座 垫板选用：符合下列情况之一,应设置垫板。a.用合金制的容器壳体;b.容器壳体有热处理要求;c.与支腿连接处的圆筒有效厚度小于JB/T4712.2-2007表5给出的最小厚度;垫板厚度一般与容器壳体相等，也可根据需要确定。.腿式支座设计计算：支座连接处局部应力计算复杂,为了方便选用小于JB/T4712.2-2007表5给出的最小厚度,标准中采用比吉拉德法,计算了圆筒的局部应力,得出不同直径,不同材料,不需要设置垫板的圆筒有效厚度的最小值.凡圆筒的有效厚度小于JB/T4712.2-2007表5给出的最小厚度,即需要设置垫板。3、 耳式支座（JB/T4712.3-2007）耳式支座又称悬挂式支座，一般由两块筋板及一块底版焊接而成。耳座的优点是简单，轻便；缺点是对器壁易产生较大的局部应力。 JB/T4712.3-2007主要修订内容：1）增加了加长壁耳式支座系列（C型），并带盖板；对C-3型以上支座采用双螺栓与基础连接；2）增加了16MnR、0Cr19Ni9、和Cr-Mo钢支座系列，并给出了其允许载荷；3）给出了设备筒体的许用应力在110MPa、130MPa、150MPa、170MPa时，支座处壳体的允许弯矩；4）对A、B支座，在两筋板间距b2230mm时，增加了盖板结构。 耳式支座适用范围：适用于公称直径不大于4000mm的立式圆筒形容器。耳式支座型式：型 式支座号适用公称直径（mm）结 构 特 征材料A153002600短臂，带垫板，无盖板I-Q235-AII-16MnRIII-0Cr19Ni9IV-15CrMoR6815004000短臂，带垫板，有盖板B153002600长臂，带垫板，无盖板6815004000长臂，带垫板，有盖板C133001400加长臂，带垫板，无盖板4810004000加长臂，带垫板，有盖板B、C型用于带保温的立式设备。图4-7 耳式支座 垫板选用：耳式支座通常应设置垫板，当DN900mm时，可不设置垫板但必须满足下列条件：1）容器壳体的有效厚度大于3mm；2）容器壳体材料与支座材料具有相同或相近的化学成分和力学性能。对低温容器的支座，一般要加垫板。对于不锈钢制设备，当用碳钢制作支座时，为防止器壁与支座在焊接的过程中，不锈钢中合金元素的流失，也需在支座与筒连接处加垫板。JB/T4712.3-2007特点：1）考虑支座弯矩对容器圆筒所产生的局部应力，避免筒体由于局部应力过大有可能引起失效。局部径向弯矩包括设备自重、水平载荷（风载荷或地震载荷）及偏心载荷所产生的弯矩。2）提出了支座的制造要求，以保证支座的制造质量。若容器壳体有热处理要求时，支座垫板应在热处理前焊接在器壁上。3）改进了垫板结构。为改善容器的受力情况，JB/T4712.3-2007将垫板四角倒圆；并在垫板中心开一通气孔，以利于焊接或热处理时气体的排放。耳式支座设计计算：支座处容器圆筒内存在以下几种应力：（1）内压引起的一次总体薄膜应力Pm；（2）支座弯矩引起的一次局部薄膜应力Pl；（3）支座弯矩引起的一次弯曲应力Pb；根据应力分析的方法按照下列原则计算： PmPm+Pl1.5Pm+Pl+Pb1.5至于组合应力，按照第三强度理论进行计算。一般情况下，应校核支座处圆筒所受的支座弯矩ML，使MLML；对衬里容器，MLML/1.5，目的是为了防止过大的局部应力造成衬里层的破坏。若容器壳体有热处理要求时，支座垫板应在热处理前焊接在器壁上。 耳式支座选用方法：（1） 计算一个支座的实际负荷Q KN图4-7 耳式支座受力图式中：m0-设备总质量（包括壳体及其附件，内部介质及保温层的质量），Kg;g-重力加速度;Ge-偏心载荷；K-不均匀系数，n=3时，K =1，n 3时，K=0.83 ; n 支座数量；P-水平力，P=max（Pe+0.25 Pw, Pw）当容器高径比不大于5，且总高度H0不大于10m时，Pe、Pw可按下式计算，超出此范围的容器本标准不推荐使用耳座。Pe(水平地震力)= am0g a-地震系数，对7，8，9度地震分别取0.08(0.12)、0.16（0.24）、0.32。 Pw(水平风载荷)=1.2fi1q0D0H0 D0-容器外径，有保温层时取保温层外径；fi -风压高度变化系数；设备质心所在高度10 m，fi1；15 m，fi1.14；20 m，fi1.25q0-10米高度处的基本风压值, N/m2；H0-容器总高度；h-水平力作用点至底板距离；Se-偏心距；D-支座安装尺寸（螺栓分布圆直径）。 （2） 按，选取相应的支座。（3） 校核，若不符合则应选取大一号的支座或增加支座数量。 由于支反力Q对容器器壁作用一外力矩M，M=Q（l2-s1）/103；支座处的器壁内在此力矩作用下产生弯矩和弯曲应力，为了使支座处器壁内附加弯曲应力和由介质压力引起的薄膜应力之和不超过许用值，对于不同DN，不同的筒体，在不同内压下，均有其允许承受的最大支座外力矩值（“由容器筒体限定的、支座的许用外力矩”）。因此，值既和筒体的DN，材质及所承受的内压有关，也和支座的型号有关。3、支承式支座（JB/T4712.4-2007） JB/T4712.4-2007主要修订内容：1）分别给出了许用应力在110MPa、130MPa、150MPa、170MPa时的由封头限定的B型支座的允许载荷F值；2）将B型支座垫板上的通气孔确定为垫板的中心位置，并在底板的中心处增开一个8的通气孔； 3）B型支座的地脚螺栓孔改为周向布置。支承式支座适用范围：a. 公称直径DN8004000mm；b. 圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN5;c. 容器总高度H010m。支承式支座多用于安装在距地坪或基础面较近的具有椭圆形或碟形封头立式容器， 支座数量一般应采用三个或四个均布。 支承式支座型式分类：型 式支 座 号适 用 公 称 直 径（mm）结 构 特 征A16DN8003000钢板焊制，带垫板B18DN8004000钢管制作，带垫板1）支座的垫板厚度一般与封头厚度相等，也可根据实际需要确定；2）B型支座的高度可以改变，但应不大于规定的支座高度上限值。JB/T4712.4-2007特点：1）考虑了B型支承式对封头产生的局部应力，避免封头由于支座垂直反作用力可能引起的失效。对于A 型支座，严格规定了垫板尺寸，以改善局部应力。2）在支座选用时，应考虑偏心载荷、风载荷或地震载荷对支座所引起的附加载荷。3）提出了支座的制造要求，以保证支座的制造质量。4）垫板结构及尺寸 A型支座采用四角倒圆及开通气孔的矩形垫板结构，其尺寸由结构决定；B型支座垫板直径由下式确定：1.25d3/d21.5，并应在垫板上方便的部位开设排气孔（开设排气孔目的是利于焊接或热处理时气体的排放）。 支承式支座的材料：1）垫板的材料一般与容器封头的材料相同；2）支座底板的材料为Q235-A;3）A型支座筋板材料为Q235-A；B型支座钢管