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第六章 化工容器的附件 n本章要求： n一、熟悉附件的结构及密封的原理； n二、掌握法兰、支座等附件的有关标准； n三、对附件会正确的选型和校核 n6.1 法兰联接结构 n一、法兰联接结构 n 一对法兰（被联接件）、 n一个垫片（密封元件）、若干 n个螺栓、螺母（联接件）。 n二、密封原理 n 预紧前：由于垫片上无外力的作用，没有产生变形， n法兰密封面的沟槽与垫片的表面形成通道，密封装置未达 n到密封状态。 n n 预紧前 预紧后 n 预紧后：两法兰密封面间的间隙缩小，垫片受到挤压发 n生变形，垫片材料将密封面的沟槽填满，消除了介质外泄 n通道，密封装置达到密封状态。此时作用在垫片上的压紧 n力称为初始密封比压(W ) 。 n Q Q p p WW n工作时：当在设备内注入 n具有一定的压力介质后， n由于轴向力的作用，使 n法兰密封面间的间隙变 n大，垫片上的压紧力减 n小。当压紧力小到一定 n值时，垫片材料不足以 n将密封面的沟槽填满， n介质将发生泄漏，导致 n密封失效。因此，为防止密封失效，垫片上残余压紧力必 n须保持一定的值，此压紧力称为工作密封压力 (W-p S )。 p 工作时工作时 W-p SW-p S n三、法兰的分类（按连接方式） n(1)整体法兰 n 平焊法兰、 对焊法兰。 n(2)活套法兰 n 在化工设备中应用较少。 n(3)螺纹法兰 n 主要用于高压管道的联接。 n6.2 动密封(轴封)的结构及工作原理 n 轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。 n一、填料箱密封 n 填料箱密封的结构大体上如图1 n所示，它是由衬套、填料箱体、 n填料环、压盖、压紧螺栓等组成。 n 工作原理是：被装填在搅拌轴和 n填料函之间环形间隙中的填料， n在压盖压力的作用下，沿搅拌轴 n表面会产生径向压紧力。填料中 n的润滑剂在径向压紧力的作用下 n被挤出，在搅拌轴的表面形成一 1-填料箱体；2- O形密封圈；3-水夹套； 4-填料环；5-压盖；6-压紧螺栓；7-衬套 填料密封的结构 n层极薄的液膜。这层液膜一方面使搅拌轴得到润滑，另一 n方面起到阻止设备内流体漏出或外部流体渗入的作用，而 n达到轴向密封的目的。 n 填料箱密封的结构简单，制造、安装、检修均较方便， n因此应用较为普遍。填料箱密封的种类很多，例如，有带 n衬套的、带油环的和带冷却水夹套的等多种结构，以满足 n不同的性能要求。 n二、 机械密封 n 机械密封是一种比较新型的密封结构。它的泄漏量少， n使用寿命长，摩擦功率损耗小，轴或轴套不受磨损，耐振 n性能好，常用于高低温、易燃易爆有毒介质的场合。但结 n构复杂，密封环加工精度要求高，安装技术要求高，装拆 n不方便，成本高。机械密封的基本结构及工作原理见图。 n 机械密封的原理是：当轴旋 n转时，设置在垂直于转轴的两 n个密封面（其中一个安装在轴 n上随轴转动，另一个安装在静 n止的机壳上），通过弹簧力的 n作用，始终使它们保持接触， n并作相对运动，使泄漏不致发 n生。机械密封常因轴的尺寸和 n使用压力增加而使结构趋于复 n杂。 1-上、下静环密封圈；2-下静环；3-下动环； 4 -上、下动环密封圈； 5-套筒密封圈； 6-弹簧；7-上动环；8-上静环；9-套筒； 10-套筒紧定螺钉；11-密封腔；12-压紧圈 机械密封的结构 n6.3容器法兰联接结构的设计 n一、容器法兰的设计 容器法兰有甲型平焊法兰（JB/T47012000）、乙型平焊 法兰（JB/T 47022000）、长颈法兰（JB/T 47032000） 三种，设计时首先由法兰的公称压力、公称直径由教材中 的压力容器法兰分类及参数表确定其型式，然后根据法兰型 式及其 、 ，由对应的容器法兰标准设计出法兰的结构 和尺寸。 甲型平焊法兰甲型平焊法兰 乙乙型平焊法兰型平焊法兰 长颈长颈法兰法兰 n二、密封面的型式 n 管法兰的密封面形式有平面密封面、凹凸密封面、榫 n槽密封面、锥型密封面、梯型密封面。密封面的形式可根 n据法兰的公称压力和公称直径，由垫片使用表进行确定。 平面密封面平面密封面凹凸密封面凹凸密封面榫槽密封面榫槽密封面 n三、垫片的设计 n 垫片的类型:非金属垫片、 n金属垫片、缠绕式垫片、 n组合式垫片(见图) 。 锥型密封面锥型密封面梯型密封面梯型密封面 n 垫片选择的基本原则：低温、低压选择非金属垫片；中 n温、中压及压力波动较大的场合选择缠绕式垫片(或组合 n式垫片)；高温、高压选择金属垫片。 n 垫片的形式及材质的确定见垫片使用表。非金属垫片的 结构与尺寸标注如图。 DO D i S n四、螺栓、螺母的设计 n 螺栓、螺母的规格和数量由法兰 n的结构和尺寸确定，螺栓的长度由法 n兰的厚度、垫片的厚度、螺母的厚度、 n垫片的厚度、螺母的厚度、 n垫圈厚度、螺栓伸出长度确定(见图) 。 n 由图可按下式确定螺栓的长度。 n 将上式计算的结果圆整至螺栓的 n长度系列即可。 L S h H (0.30.5)d n6.4 钢制管法兰联接结构的设计 n一、管法兰法兰的设计 n 管法兰是压力容器及设备与管道联接的标准件、通用 n件。我国现行两大体系管法兰标准见下表。 我国管法兰标准我国管法兰标准 n 在压力容器安全技术监察规程中要求压力容器的管 n法兰优先采用HG 2059220614-97，和HG 2061520635- n97标准。钢制管法兰型式、参数HG20592-97和板 n式平焊钢制管法兰HG20593-97标准适用的压力等级、 n与之匹配的管子的公称直径和外径见表。 管法兰与钢管的公称直径及管外径管法兰与钢管的公称直径及管外径( (HG HG 20592-97)20592-97) n 钢制管法兰的类型、代号：管法兰的类型（HG 20592 n97）及法兰盖的类型如图 n管法兰的选型：将操作介质的工作压力 p W 圆整至符合 (a)板式平焊法兰 (b) 带颈对焊法兰 (c)带颈平焊法兰 (f) 螺纹法兰 (g)对焊环松套法兰 (d)承插焊法兰 (e)整体法兰 (h)平焊环松套法兰 (i)法兰盖 (h)衬里法兰盖 n表中所规定的公称压力PN ，即管法兰的公称压力PN ， n根据接管的 和管法兰的 ，由管法兰标准确定法兰 n的类型。 n二、密封面的型式 n 管法兰的密封面形式有突面密封面、凹凸密封面、榫 槽密封面、全平面、环连接面。密封面的形式可根据法兰 的公称压力和公称直径，由下表进行确定。 n三、垫片的设计 n 垫片类型的确定与容器法兰垫片相同，类型确定后由 n公称压力、接管公称直径查管法兰垫片的标准设计出尺 n寸。管法兰非金属软垫片的结构见下图、尺寸如表。 管法兰非金属软垫片管法兰非金属软垫片（摘自（摘自JB/TJB/T 871994871994） n四、螺栓、螺母的设计 n 螺栓、螺母的规格和数量由法兰的结构和尺寸确定， n螺栓的长度由法兰的厚度、垫片的厚度、螺母的厚度、垫 n圈厚度、螺栓伸出长度确定。 n式中： 法兰的厚度； 垫片的厚度； 螺母的厚 度； 垫圈厚度； 螺栓的直径，。 n将上式计算的结果圆整至螺栓的长度系列即可。 n6.5 化工容器的支座 n一、立式容器的支座 n(1) 悬挂式支座 n分类：A型、B型。 n n A型 B型 nA型选型的依据：容器放置在操作平台上、且外部无保温 n 层。 nB型选型的依据：容器放置在楼板上或外部有保温层。 护板护板筋板筋板 立板立板 护板护板 底板底板 底板底板 n 支座尺寸的设计步骤： n 首先确定支座的类型， n 根据设备的重量确定每个支座承受的重量 n （总重量/2）， n 由每个支座承受的重量、设备的DN n查对应支座的标准，确定支座的尺寸。 n n(2) 支承式支座 n 适用于直径较大和长 n度较小的容器。 护板护板 筋板筋板 底板底板 护板护板 n(3) 裙式支座 n 适用于长度较大、露天安置的容器。 n二、卧式容器的支座 n(1) 支 腿 n 当容器的直径和长 n度较小时常采用支腿。 n(2) 鞍式支座 n 鞍式支座是卧式设备中应用最广的一种支座，其结构 n 如图。卧式设备一般用两个鞍座支承，当设备过长，超过 n两个支座允许的支承范围的，应增加支座数目。同一直径 n的鞍式支座分为轻型（A型）和重型（B， B，B， nB，B）两种，每种类型又分为F 型（固定式）和S 型 n（活动式）。 F 型和S型主要区别在地脚螺栓孔，F 型是 n圆形孔；S 型是长圆孔。两者配对使用，目的是在容器因 n温差产生膨胀或收缩时，S 型支座可以滑动调节两支座间 n距，降低容器产生的温差应力。 n (3) 鞍座的选型 n 鞍座负荷的估算 n 设备总质量: n 每个鞍座承受的负荷为: n 鞍座的初步选型 n 根据贮罐的公称直径 、每个鞍座承受的负荷 n，由鞍座的标准初选型号，并确定系列参数尺寸。 n(4) 圈式支座 n 适用于内径较大、 n壁厚较薄的化工容器。 n6.6 化工容器的开孔及附件 n 一、允许开孔直径的范围 n (1)圆筒 n (2)凸型封头或球壳 且孔缘的 n投影距封头的内边缘的距离不小于 n (3)锥形封头 d d D iD i 0. 0. 1 1DiDi n二、补强的方法 n(1)局部补强 n 补强圈补强: 补强圈的结构 n及适用条件： 材料的强度极限 n540MPa、补强圈的厚度 1.5 n( -壳体的名义厚度)、 38mm 。 n 15 D i D O 0.5 M10-7H 120 0.5 12 M10-7H 120 12 15 6.3 D D i i = = d o d o +(+(3-53-5) )D D i i = = d o d o +(+(3-53-5) ) 505505 2S/ 3 A 型 B 型 D D i i = = d o d o +(+(16-2016-20) ) D D i i = = d o d o +2+2SnSn+(+(3-53-5) ) 222222 152152 C 型 D 型 352352 D D i i = = d o d o +(+(8-128-12) ) E 型 505505 D D i i = = d o d o +(+(3-53-5) ) F 型 n 补强圈的尺寸（摘自HG 21506-92） n(2) 接管补强 n 当壳体上设置排管且管间 n距离较小时，采用接管补强 n即在开孔处通过局部增大接 n管的壁厚，以达到补强的目的。 WW X X Y Y Z Z h h1 1 h h2 2 B B 2 2d d n(3) 整体补强 n 通过提高筒体或封头的 n厚度达到补强的目的。 n三、补强的设计方法 n 目前使用的设计方法有：等面积补强的设计法、极限 设计法。 n 等面积补强的设计法：用于补强金属的面积不小于开 n孔被削弱的金属面积。 n 判断是否需要补强的准则： n若 A A1 + A2 + A3；则需要补强，需要补强的面积为: n A4 A-( A1 + A2 + A3)；若 A A1 + A2 + A3 ；不需要补 n强。 nA开孔后被削弱的金属面积； A1 壳体起补强作用金属 n面积； A2 接管起补强作用金属面积； A3 焊缝起补强 n作用金属面积 n四、等面积补强的设计计算 n(1)壳体上开孔后被削弱的金属面积A 的计算 n内压圆筒、凸型封头： n外压容器： n式中：d 开孔直径， nd = d i+2C ； nSo壳体计算厚度， d dA A1 1 A A2 2 A A3 3 B B = = 2 2d d S S n tn t WW X X Y Y Z Z C C S S etet S S OO S Se e C C S S n n h h1 1 h h2 2 C C2 2 n n 强度削弱系数，（1.0，取1.0）； n 接管名义厚度 n(2)壳体起补强作用金属面积 的计算 n(3) 接管起补强作用金属面积 的计算 n(4) 焊缝起补强作用金属面积 的计算 n(5)补强圈的壁厚 n五、附件 n(1) 接 管 n 接管的作用：连接设备、输送管道、安装各种仪表等。 n 接管的结构：焊接接管、铸造接管、螺纹接管。 n n n l l n接管长度的确定：由接管的公称直径和有无保温层的要求 n确定。 n n(2) 凸缘 n 当要求管口长度很短时，可采用能与管法兰直接装配 n的凸缘，凸缘已有标准 n系列，其缺点是双头螺 n栓在螺纹孔内折断后， n取出比较困难。由于凸 n缘与管法兰配用，联接 n尺寸由选用的管法兰确 n定。 n(3) 手孔和人孔 n 设置人孔、手孔的目的是为了安装、维修、检查设备 n内部的附件。由短筒体、法兰、圆形平板封头、手柄、垫 n片及若干个螺栓、螺母组成 。其结构见图。 n n n n 人孔已有标准系列，常用的人孔标准有碳素钢、低合 n金钢人钢人孔(HG2151421535-95)和不锈钢制人孔等。 n 圆形人孔的直径一般为： 400、450、500、600 n 椭圆形人孔的直径一般为：400250、380280 n 手孔的直径一般为：DN 150、DN 250 n 设计人孔时，根据容器的公称直径DN 、公称压力 1-短筒体；2-垫垫片；3-手柄；4-人孔盖；5-管法兰兰；6-设备设备 筒体 1 2 3 4 5 6 D i nPN、设计温度、材质、介质及使用要求等条件，由人孔 n标准确定人孔的结构、各零件名称、材质及尺寸。 n (4) 视 镜 n 视镜主要用来观察设备内物 n料及其反应情况，也可以作为 n液面指示镜。常用的视镜有视 n镜