第五章容器零部件

第五章 容器零部件（Container Parts）,容器的基本构件是壳体，除此之外还有法兰、支座、接管和人孔等零部件。为了设计制造方便，容器零部件大部分都已标准化。,5.1 法兰连接（Flange）,考虑到生产工艺要求，制造、运输、安装和检修方便，在筒体与筒体、筒体与封头、管道与管道、管道与阀门之间，常用可拆卸的法兰连接形式。,5.1.1 法兰连接结构与密封原理 法兰连接由一对法兰、垫片和螺栓组成。垫片装在两个法兰之间，法兰通过联结螺栓压紧垫片而实现密封。 预紧时，螺栓力通过法兰作用到垫片上，使垫片变实而消除垫片内部的毛细管，同时依靠垫片的弹性和塑性变形来添满法兰密封面上凹凸不平的间隙，阻止介质通过垫片内部毛细孔的渗透性泄漏和垫片与密封面间的界面泄漏。预紧时为了形成初始密封条件，作用在垫片上的最小比压力称为垫片的预紧密封比压。操作时，内压使法兰密封面趋于分离，作用在垫片上的压紧力下降，此时压紧面上仍需要有足够的压紧力，才能封住介质，工作时垫片上必须维持的压紧力称为工作密封比压。,法兰密封结构,5.1.2 法兰的结构与分类（Structure and Classification of Flange） 一、按法兰接触面分：,窄面法兰（Narrow Face Flange）,宽面法兰：法兰与垫片接触面积位于法兰螺栓中心圆的内外侧。,窄面法兰：法兰与垫片的整个接触面积都位于螺栓孔包围的圆周范围内。,宽面法兰（Wide Face Flange）,二、按法兰与设备或管道的连接方式分为整体法兰、松套法兰、螺纹法兰三类： 整体法兰 法兰与设备或管道不可拆地固定在一起。适用于压力和温度较高的场合。 常见的有两种：,三、垫片性能与选择（Gasket Performance and Selection） 法兰连接密封中，密封效果在很大程度上取决于垫片的密封性能。对于制作垫片的材料，要求耐腐蚀，不污染操作介质，具有一定的弹性，适当的机械强度和柔软性，在温度的作用下不易变质硬化或软化。 最常用的垫片按材料成分分为三类： 1、非金属垫（Non-metallic pad）（JB4704-2000） 常用材料有橡胶、石棉橡胶、聚四氟乙烯等。普通橡胶垫仅用于低压和温度低于100的水、蒸气等无腐蚀性介质；石棉橡胶主要用于温度小于等于350 水、油、蒸气等场合；聚四氟乙烯主要用于腐蚀性介质的设备上。 2、金属垫（Metal pad） 高温高压时，采用金属垫，常用材料有铝、铜、铁、蒙耐尔合金、不锈钢等。 3、金属-非金属组合垫（Metal - Non-metallic combination pad） 常用的组合垫片有金属包垫片（JB4706-2000）和缠绕垫片（JB4705-2000）。金属包垫片是石面、石棉橡胶作为芯材，外包镀锌铁片或不锈钢薄板。缠绕垫是由金属薄带和非金属石棉、石墨等相间缠绕而成。 法兰密封垫片的选择要考虑操作介质的性质，压力和温度。对于高温高压和高真空或深冷温度下的情况，一般采用金属垫片；中温、中压可采用金属-非金属组合垫；低压情况多采用非金属垫片。 垫片的几何尺寸包括厚度和宽度。内压较高时，宜选较厚、较窄的垫片。,二、管法兰标准（Pipe Flange） 管法兰是压力容器和设备与管道连接的标准件和通用件。 1、管法兰标准 目前国际上管法兰标准主要有两大体系，即欧洲体系（以DIN标准为代表）和美洲体系（以美国ASME标准为代表）。凡同一体系内，管法兰标准的连接尺寸和密封面尺寸可以匹配。 我国同时采用这两种体系，分别为HG2059220614-97（欧洲体系）标准和HG2061520635-97（美洲体系）标准。,2、管法兰类型和类型代号,5.2 容器支座（Container Bearing）,容器的支座用来支撑容器的重量，并将其固定在需要的位置上。在某些情况下，支座还要承受操作时设备的振动、地震力及风载荷等。 支座按容器自身的型式分为卧式容器支座和立式容器支座。,一、卧式容器支座（Horizontal Container Bearing） 卧式容器支座型式有鞍座、圈座和支腿式支座。 鞍式支座：由腹板、筋板、底板和垫板组成。 鞍式支座应用最为广泛，常见的卧式容器和大型贮槽、热交换器等多采用鞍座。 圈座：增加了筒体的刚度，适用于大型薄壁容器及真空容器。 支腿式支座：适用于重量不大的小型卧式容器。,卧式容器支座,鞍座标记方法：,标记例： JB/T4712-92 鞍座A2600-S 表示公称直径为2600mm的轻型滑动鞍座,2、支承式支座通常作为高度不大的直立设备的支撑，支座焊在设备的下部封头上。典型的支承式支座由筋板、底板和垫板组成，有时也可用钢管制成。 支承式支座的标准号为JB/T4724-92，可根据设备的公称直径DN选取标准支座。,支承式支座,3、腿式支座由支柱、垫板、盖板和底板组成，支柱采用角钢或钢管制作，支座与容器的连接位于筒体的下侧。这种支座适用于小型直立设备的支承。 标准号为JB/T4713-92，可根据设备的公称直径DN选取标准支座。,腿式支座,5.4 容器的开孔补强（Container Opening and Reinforcement）,压力容器由于开孔，在孔边附近的局部区域，应力会达到很大的数值。这种局部的应力增长现象，叫做“应力集中”。由于应力集中，壳体局部的强度受到削弱，因此在设计时必须考虑采取适当的补强措施，即开孔补强。 一、允许不另行补强的最大开孔直径 容器的开孔并不是都要补强。当壳体开孔满足下述全部要求时，可不另行补强： （1）设计压力p2.5 MPa； （2）两相邻开孔中心距（对曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍； （3）接管外径89mm； （4）接管最小厚度满足下列要求。,接管最小厚度 （mm）,（2）局部补强面积的计算：应使有效补强区内的补强金属截面积等于或大于开孔削弱的金属截面积A。 对于内压容器的圆筒、球壳和椭圆形、碟形等封头 对于外压容器 式中d为开孔直径，mm；S为壳体开孔处的计算厚度，mm；Set为接管有效厚度，mm；fr为强度削弱系数，等于设计温度下接管与壳体材料许用应力之比，当该比值大于1时，取1。 在有效补强区域范围内，可作为有效补强的金属面积有以下几部分： 1）筒体或封头承压所需计算厚度之外的多余面积 2）接管承压所需计算厚度之外的多余面积 3）在补强区内的焊缝面积 A3 若 ，则开孔不需另加补强。