整理夏正楠固定管板式换热器最终修改

1、固定管板式换热器 要 换热器是在工厂生产中最常见的过程设备之一，是用于物料之间进行热量传 递的过程设备，使热量从热流体传递到冷流体的设备。通过这种设备使物料能达 到指定的温度以满足工艺的要求。在目前大型化工及石油化工装置中，采用各种 换热的组合，就能充分合理地利用各种等级的能量，使产品的单位能耗降低，从 而降低产品的成本已获得好的经济效益。在化工厂中，换热器所占比例也有了明 显提高，成为最重要的单元设备之一。在固定管板式换热器设计过程中，严格按照 GB150-1998钢制压力容器和 GB151-1999管壳式换热器等标准进行设计和计算。本设计过程中，包括了三个部分：说明计算部分、绘图部分、翻译

2、部分。说 明部分主要讲述了对各部分零件的制造工艺过程、零部件材料的选择、及换热器 设备的发展趋势，最后对换热器的制造进行了检验和检测。计算部分主要是对筒 体、封头、管板和管板与换热管连接进行了校核，并且对筒体和封头进行了水压 试验和强度校核。除此之外，还参阅相关的设计手册及大量的文献，完成了一张 总装配图和四张零件图的绘制，还对一篇外文进行了翻译等工作。关键词 ：固定管板式换热器，校核。AbstractHeat exchanger is used in the materials to carry on the thermal transmission the process. Through

3、 this kind of equipmen，t materials achieve assignment the temperature to satisfy the craft the request. At present, in large-scale chemical industry and in the petroleum chemical industry installment, each kind of heat transfer the combination can reasonably use each rank fully the energy, cause the

4、 production the unit energy consumption to reduce, thus reduce the production the cost to obtain the high economic efficiency. Thus, in the large-scale chemical industry and in the petroleum chemical industry production process, the heat exchanger obtains the more and more widespread application. In

5、 the chemical plant, the heat exchanger accounted for the proportion also to have the distinct enhancement, became one of most important unit equipment.In the fixed head heat exchanger design process, the design and the calculations. carry on strictly according to GB150-1998 Steel Pressure vessel an

6、d GB151-1999 Tubular heat exchangers the standards.In this design process, including three parts: explanation calculations part, cartography part, translation part. Explanation computation the part mainly elaborated to various part of components manufacture technological process, the spare part mate

7、rial selecting, and the heat exchanger equipment development trend, finally it has carried on the examination and the test for the heat exchanger manufacture. The calculations part mainly was to the tube body, the shell cove,rthe tube plate and the tube plate and the heat transfer pipe coupling has

8、been carried on the examination, and has been carried on the hydraulic pressure test and the intensity examination to the tube body and the shell cover. In addition, referring the related design handbook and the massive literature, it has completed an assembly drawing and four detail drawing plan, a

9、nd has carried on work and one translations.Keyword ： fixed head heat exchanger， check.目录目录 21 前言 21.1 换热器的概述 21.1.1换热设备的应用 21.1.2换热器设备的分类 22 固定管板式换热器 . 52.1 设计参数的确定 . 52.1.1 设计压力 52.1.2 计算压力 62.1.3 设计温度 62.1.4厚度及厚度附加量 62.1.5焊接接头系数 72.1.6许用应力 72.2 材料的选取 92.2.1 化学成分 92.2.2 力学与性能 102.2.3 制造工艺性能 112.3

10、管程结构 112.3.1换热管 112.3.2管板 122.3.3管箱 132.3.4管束分程 142.3.5换热管与管板连接 142.4 壳程结构 172.4.1壳体 172.4.2折流板 172.4.3折流杆 192.4.4 防短路结构 192.4.5壳程分程 202.5 开孔和开孔补强设计 . 202.5.1 补强结构 202.5.2 开孔补强设计准则 212.5.3 允许不另行补强的最大开孔直径 222.6 密封装置设计 232.6.1 密封机理 232.7 焊接接头结构 242.7.1 焊接接头形式 242.7.2 坡口形式 252.7.3 压力容器焊接接头分类 253 换热器结构计

11、算 263.1 壳程圆筒计算 263.1.1 圆筒厚度计算 263.1.2 液压试验校核 273.1.3 压力及应力计算 283.2 前端管箱筒体计算 . 293.2.1 厚度计算 293.2.3 压力及应力计算 313.3 后端管箱筒体计算 . 313.3.1 厚度计算 313.3.2 液压试验校核 323.3.3 压力及应力计算 333.4 前端管箱封头计算 . 343.4.1 垫片 343.4.2 螺栓 353.4.3 计算封头厚度 373.5 后端管箱封头计算 . 383.5.1垫片 383.5.2螺栓 393.5.3 计算封头厚度 413.6 管板设计计算 423.6.1结构尺寸及材

12、料选取 423.6.2管箱 433.6.3换热管稳定许用应力 433.6.4壳程圆筒内直径横截面积 443.6.5管板开孔后的面积 443.6.6圆筒壳壁金属横截面积 443.6.7管板布管区面积 443.7 U 型膨胀节设计计算 443.8 开孔补强计算 493.8.1 管箱开孔补强计算 493.8.2 封头上开孔补强计算 523.8.3壳程开孔补强计算 553.8.4壳程开孔补强计算 58结束语 61参考文献 62谢 辞 631 前言1.1 换热器的概述1.1.1 换热设备的应用许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占 总投资的 10%-20%；在炼油厂中，约占总

13、投资的 35%-40%。在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量又温度较高的流体传递给温度 较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。 此外，换热设备也是回收余热，废热特别是低位热能的有效装置。例如，烟道气， 高炉炉气，需要冷却的化学反应工艺气等的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽， 作为供热，供气，发电，和动力的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃 料消耗和电耗，提高工业生产经济效益。1.1.2 换热器设备的分类按作用原理或传热方式分类(1) 直接接触式换热器这类换热器又称混合式换热器，它是利用冷，热流体直接接触，彼此混合进 行换热的换热器。如冷却塔，冷却冷凝器

14、等。为增加两流体的接触面积，以达到 充分换热，在设备中常放置填料和栅板，通常采用塔状结构(2) 蓄热式换热器这类换热器又称回热式换热器，它是借助于固体构成的蓄热体与热流体和冷 流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。在换热器内首先由热流 体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后由流体通过，由蓄热体把热量释放给冷流 体。由于两种流体交替与蓄热体接触，因此不可避免地会使两种流体少量混合。 若两种流体不允许有混合，则不嫩采用蓄热式换热器。(3) 间壁式换热器这类换热器又称表面式换热器。它是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体 隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器

15、是工业生产中应用最为广泛的换热器，其形式多种多样，如常见的管壳式换热器 和板式换热器都属于间壁式换热器。(4) 中间载流体式换热器这类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环的载流体连接起来的换热器。 载流体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收 热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器。 间壁式换热器的分类(1) 管式换热器这类换热器都是通过管子壁面传热的换热器，按传热管的结构形式不同大致可 分为蛇管式换热器，套管式换热器，缠绕管式换热器和管壳式换热器。蛇管式换 热器一般由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆盘形，螺旋形和 长的蛇行等。它

16、是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。 按使用状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。套管式 换热器是由两种不同大小直径的管子组装成同心管，两端用 U 形弯管将他们连接 成排，并根据实际需要，排列组合成传热单元，换热时，一种流体走内管，另一 种流体走内外管间的环隙，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进行换热。两 种流体都可以在较高的温度，压力，流速下进行换热。套管式换热器的优点是结 构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热 面的两侧都可有较高的传热系数；缺点是单位传热面的金属消耗量大，检修，清 洗，和拆卸都较麻烦，在可拆连接 处

17、容易造成泄漏。管壳式换热器是目前应用最 为广泛的换热设备。在圆筒形壳体中放置了许多管子组成的管束，管子的两端固 定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并 支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和顶距管将其 与管子组装在一起。换热器的壳体上和两侧的端盖上装有流体的进出口，有时还 在其上装设检查孔，为了安置测试仪表用的接口管，排液孔和排气孔等。缠绕管 式换热器是芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋闲形状交替缠绕而成，相邻 两成螺旋状传热管的螺旋方向相反，采用一定形状的定距管使之保持一定的距离。 缠绕状传热管可以采用单根绕制，也可采用两根或多跟组焊后

18、一起绕制。管内可 以通过一种介质，称通道型缠绕管式换热器；也可分别通过几种不同的介质，而 每种介质所通过的传热管均汇集在各自的管板上，构成多通道型缠绕管式换热器。 缠绕管式换热器适用于同时处理多种介质等场合。(2) 板面式换热器 这类换热器都是通过板面进行传热的换热器。板面式换热器按传热板面的结构形式可分为以下五种：螺旋板式换热器，板式换热器，板翅式换热器，板壳是换热器和伞式换热器。板面式换热器的传热性能要比管式换热器优越，由于结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传热。板面是 换热器采用板材制作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比 管式换热器差。(3)

19、 其他形式换热器 这类换热器是指一些具有特殊结构的换热器一般是为满足工艺特殊要求而设计的， 如石墨 换热器，聚四氟乙烯换热器和热管式换热器等。2 固定管板式换热器2.1 设计参数的确定压力容器设计参数主要有设计压力，设计温度，厚度，及其附加量，焊接接 头系数和许用应力等。2.1.1 设计压力 为压力容器的设计载荷之一，其值不低于最高工作压力。最高工作压力系指 容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。设计压力应视内压和外压容器 分别取值。当内压容器上装有安全泄放装置时，其设计压力应根据不同形式的安全泄放 装置确定。装设安全阀的容器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄 压，设计压力不应

20、低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的 1.05-1.10 倍；装设爆破片时，设计压力不得低于爆破片的爆破压力。对于盛装液化气体的容器，由于容器内介质压力为液化气体的饱和蒸汽压， 在规定的装量系数范围内，与体积无关，仅拒绝于温度的变化，故设计压力与周 围的大气环境温度密切相关。此外还要考虑容器外壁有否保冷设施，可靠的保冷 设施能有效地保证容器内温度不受大气环境温度的影响，即设计压力应根据工作 条件下可能达到的最高金属温度确定。2.1.2 计算压力 是指在相应的设计温度下，用以确定元件最危险截面厚度的压力，其中包括 液柱静压力。通常情况下，计算压力等于设计压力加上液柱静压力。当元件所承 受

21、的液柱静压力小于 5%设计压力时，可忽略不计。2.1.3 设计温度 设计温度也为压力容器的设计载荷条件之一，它是指容器在正常情况下，设 定元件的金属温度。当元件金属温度不低于0C时，设计温度不得低于元件金属可 能达到的最高温度；当元件金属温度低于0C时，其值不得高于元件金属可能达到 的最低温度。GB150规定设计温度等于或低于-20 C的容器属于低温容器。元件的 金属温度可以通过传热计算或实测得到，也可按内部介质的最高温度确定，或在 基准上增加（或减少）一定数值。设计温度与设计压力存在对应关系。当压力容器具有不同的操作工况时，应 按最苛刻的压力与温度的组合设定容器的设计条件，而不能按其在不同工

22、况下各 自的最苛刻条件确定设计温度和设计压力。2.1.4 厚度及厚度附加量设计时要考虑厚度附加量C由钢材的厚度负偏差C和腐蚀裕量C2组成，C=G+G, 不包括加工减薄量 C3计算厚度（S）是按有关公式采用计算压力得到的厚度设计厚度（滋）系计算厚度与腐蚀裕量之和。名义厚度（谕）指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格 的厚度，即标注在图样上的厚度。有效厚度（觅）为名义厚度减去腐蚀裕量和钢材负偏差。腐蚀裕量主要是防止容器受压元件由于均匀腐蚀，机械磨损而导致厚度消弱 减薄。与腐蚀介质直接接触的筒体，封头，接管，等受压元件，均应考虑材料的 腐蚀裕量。腐蚀裕量一般可根据钢材在介质中的均匀腐蚀

23、速率和容器的设计寿命 确定。在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢，C2不小于1mm对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取 C2=0。2.1.5 焊接接头系数通过焊接制成的容器，焊缝中可能存在夹渣，未熔透，裂纹，气孔等焊接缺陷，且在焊缝的热影响区很容易形成粗大晶粒而使母材强度或塑性有所降低，因 此焊缝往往成为容器强度比较薄弱的环节。为弥补焊缝对容器整体的强度削弱， 在强度计算中需引入焊接接头系数。焊接接头系数表示焊缝金属与母材强度的比 值，反映容器强度受削弱的程度。2.1.6 许用应力许用应力是容器壳体，封头等受压元件的材料许用强度，取材料强度失效判据的极限值与相应的材料设计系数之比，设计时

24、必须合理的选择材料的许用应力， 采用过小的许用应力，会使设计的部分过分笨重而浪费的材料，反之则使部件过 于单薄而容易破损。s，抗拉材料强度失效判据的极限值可以用各种不同的方式表示，如屈服点 强度匚b，持久强度匚D，蠕变极限匚n等。应根据失效类型来确定极限值。在蠕变温度以下通常取材料常温下最低抗拉强度 二b，常温或设计温度下的屈 服点或二三者除以各自的材料设计系数后所得到的最小值，作为压力容器受压元t件设计时的许用应力，即按下式取值-=min二，二，也即是说设计受压nb 足 ns元件时，以抗拉强度和屈服点同时来控制许用应力。因为对韧性材料制作的容器，按弹性失效设计准则，容器总体部位的最大应力强度

25、应低于材料的屈服点，故许 用应力应以屈服点为基准。目前在压力容器设计中，不少规范同时用抗拉强度作 为计算许用应力的基准，其目的是为能在一定程度上防止断裂失效。当碳素钢和低合金钢的设计温度超过 420C,铬钼合金钢的设计温度高于450C，奥氏体不锈钢设计温度高于 550C时，有可能产生蠕变，因而必须同时考虑基于高温蠕变极限二n或持久强度二D的许用应力。材料设计系数的一个强度保险系数，主要是为了保证受压元件强度有足够的安全储备量，其大小与应力计算的精确性，材料性能的均匀性，载荷的确切程度，制造工艺和使用管理的先进性以及检验水平等因素有着密切关系。材料设计系数 数值的确定，不仅需要一定的理论分析更需

26、要长期实践经验积累。近年来，随着 生产的发展和科学研究的深入，对压力容器设计，制造，检验和使用的认识日益 全面，深刻，材料设计系数也逐步降低。例如，20实际50年代中国取nb 4.0, ns 3，0,而现在则为 nb 3.0 , ns 1.6.GB150给出了钢板，钢管，锻件以及螺栓材料在设计温度下的许用应力同时也列出了确定钢材许用应力的依据。螺栓的许用应力应根据材料的不同状态和直径 大小而定。为保证螺栓法兰连接结构的密封性，必须严格控制螺栓的弹性变形。一般情况下，螺栓材料的许用应力取值比其他受压元件材料低；同时为防止小直 径螺栓在安装时断裂，小直径螺栓的许用应力也比大直径的低。2.2 材料的

27、选取压力容器材料的选取， 压力容器材料费用占总成本的比例很大， 一般超过 30%。 材料性能对压力容器运行的安全性有显著的影响。选材不当，不仅会增加总成本， 而且有可能导致压力容器破坏事故。因此，合理选材是压力容器设计的关键之一。 压力容器用料多种多样，有钢，有金属，非金属，复合材料等，压力容器用钢的基本要求是有较高的强度，良好的塑性，韧性，制造性能和 与介质形容性。改善钢材性能的途径主要有化学成分的设计，组织结构的改变和 零件表面改性。2.2.1 化学成分钢材的化学成分对其性能和热处理有较大的影响。提高碳含量可能使强度 增加，但是可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹。因此，压力容器用钢的含

28、碳量一般不大于0.25%。在钢中加入钒，钛，铌等元素，可提高钢的强度和韧性。硫和磷是钢中最主要的有害元素。硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑料和 韧性降低。磷能使高钢的强度，使会增加钢的脆性，特别是低温脆性。将硫和磷 等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性， 抗中子辐照脆化能力，改善抗应变时效性能，抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。因 此，与一般结构钢相比，压力容器用钢对磷，硫，氢等有害杂质元素含量的控制 更加严格。例如，中国压力容器用钢的硫和磷含量分别应低于0, 020呀口 0.030%。随着冶炼水平的提高，目前已可将硫的含量控制在0.002%以内。另外，化学成分对热

29、处理也有决定性的影响，如果对成分控制不严，就达不 到预期的热处理效果。2.2.2力学与性能由于载荷和应力状态的不同，以及钢材在受力状态下所处的工作环境的不同， 钢材受力后所表现出的不同行为，称为材料的力学行为。例如，低碳钢拉伸试件 缩颈中心部位处于三向应力状态，出现的是大体上与载荷方向垂直的纤维状断后， 而边缘区域接近平面应力状态，产生的是与载荷成45的剪切唇。因此，钢材的力学行为，不仅与钢材的化学成分，组织结构有关，而且与材料所处的应力状态 和环境有密切的关系。钢材的力学性能主要的表征强度，韧性，塑性变形能力的判据，是近些设计 时选材和强度计算的主要依据。压力容器设计中，常用的强度判据包括抗

30、拉强度 6，屈服点二s，持久强度匚D，蠕变极限匚n和疲劳极限匚1 ；塑性判据包括延伸率5，断面收缩率；韧性判据包括吸收功AKV，韧脆转变温度，断裂韧性等。韧性对压力容器安全运行具有重要意义。在载荷作用下，压力容器中的缺陷 常会发生扩展，当裂纹扩展到某一临界尺寸时将会引起断裂事故，此临近裂纹尺 寸的大小主要取决于钢的韧性。如果钢的韧性高，压力容器所允许的临界裂纹尺 寸就越大，安全性也越高。因此，为防止发生脆性断裂和裂纹快速扩展，压力容 器常选用韧性好的钢材。223制造工艺性能材料制造工艺性能的要求与容器结构形式和使用条件紧密相关。制造过程中 进行冷卷，冷冲压加工的零部件，要求钢材有良好的冷加工成

31、型性能和塑性，其 延伸率乜应在15%-203以上。为检验钢板承受弯曲变形能力，一般应根据钢板的厚 度，选用合适的弯心直径，在常温下做弯曲角度为 180的弯曲实验。试样外表面 无裂纹的钢材方可用于压力容器制造。压力容器各零件间主要采用焊接连接，良好的可焊性是压力容器用钢一项极 其重要的指标。可焊性是指在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程 度。钢材的可焊性主要取决于它的化学成分，其中影响最大的是碳含量。含碳量 越低，越不容易产生裂纹，可焊性越好。2.3管程结构流体流经换热管内的通道及与其相通部分称为管程。2.3.1换热管（1）换热管形式除光管外，换热管还可采用各种各样的强化换热管，如翅片

32、管，螺旋槽管， 螺纹管等。当管内外两侧给热系数相差较大时，翅片管的翅片应布置在给热系数低的一侧。换热管尺寸换热管尺寸主要为 19mm 2mm, 25mrK 2.5mm, 38mM2.5mm无缝钢管以及 25mM 2mm, 38mm 1000mn3寸, 增设三对旁路挡板。（2）挡管当换热器采用多管程时，为了安排管箱分程隔板，在管中心不排列换热管， 导致管间短路，影响传热效率。为此，在换热器分程隔板槽背面两管板之间设置两端堵死的管子，即挡管。挡管一般与换热管的规格相同，可与折流板电焊固定， 也可用拉杆代替。挡管每隔 3-4 排换热管设置一根但不应设置在折流板缺口处。 挡管伸出第一块及最近一块折流板

33、或支持板的长度应不大于 50mm。（3）中间挡板在U形管式换热器中，U形管束中心部分存在较大间隙，流体宜走短路而影响 传热效率。为此在U形管束的中间通道处设置中间挡板。中间挡板一般与折流板 电焊固定。通常当壳体公称直径 DNC 500mm寸，设置一块挡板；500m族DNC 1000mm 时，设置两块挡板；DN 500mm寸，设置不少于三块挡板。2.4.5 壳程分程 根据工艺设计要求，或为增大壳程流体传热系数，也可将换热器壳程分为多 程结构。2.5 开孔和开孔补强设计 由于各种工艺和结构上的要求，不可避免的要在容器上开孔并安装接管。开 孔以后，除消弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连

34、续性被破坏， 会产生很高的局部应力，给容器的安全操作到来隐患，因此压力容器设计必须充 分考虑开孔的补强问题。2.5.1 补强结构 压力容器接管补强结构通常采用局部补强结构主要有补强圈补强，厚壁接管 补强和整锻件补强三种形式。（1 ） 补强圈补强 这是中低压容器应用最多的补强结构，补强圈补强贴焊在壳体与接管连接处。 它结构简单，制造方便，使用经验丰富，但补强圈与壳体金属之间不能完全贴合， 传热结果差，在中温以上使用时，二者存在较大的热膨胀差，因而使补强局部区 域产生较大的热应力；另外，补强圈去壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体， 所以抗疲劳性能差。这种补强结构一般使用在静载，常温，中低压，材料

35、的标准 抗拉强度低于540MPa补强圈厚度小于等于1.5谕，壳体名义厚度不大于38mm 的场合。（2）厚壁接管补强 即在开孔处焊上一段厚壁接管。由于接管的加厚部分正处于最大应力区域内，故比补强圈更能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 量容易检查，因此补强效果较好。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。（3）整锻件补强 该补强结构是将接管和部分壳体连同补强部分金属集中开孔应力最大部位，能有效地降低应力集中系数；可采用对焊焊缝，并使焊缝极其热影响区离开最大 应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低 10%-15%。缺点是锻件供应

36、困难，制造成 本较高，所以只在重要压力容器中应用，如核容器，材料屈服点在 500MPa以上的 开孔及受低温，高温，疲劳载荷容器的大直径开孔等。2.5.2 开孔补强设计准则 开孔补强设计就是指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减 少到某一允许值。目前通用的，也是最早的开孔补强设计准则是基于弹性失效设 计准则的等面积补强法。但随着各国对开孔补强研究的深入，出现了许多新的设计思想，形成了新的设计准则，如建立了以塑性失效准则为基础的极限分析方法。设计时，对于不同的使用场合和载荷性质可采用不同的设计方法。设计时，对于 不同的使用场合和载荷性质可采用不同设计方法。（1）等面积补强认为壳体因开孔

37、倍消弱的承载面积，须有补强材料在离开空变一定距离范围 内予以等面积补偿。该方法时以双向受拉伸的无限的大平板上开有小孔时孔边的 应力集中作为理论基础的，即仅考虑壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体 的一次应力强度作为设计准则，故对小直径的开孔安全可靠。由于该补强法未计 及开孔处的应力集中的影响，补强后对不同接管会得到不同的应力集中系数，即 安全裕量，因此有时显得富裕，有时显得不足。等面积补强准则的优点是有长期的实践经验，简单易行，当开孔较大时，只 要对开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制，在一般压力容器使用条件下能够保 证安全，因此不少国家的容器设计规范主要采用该方法， 如ASMIffl-1和G

38、B150等（2）极限分析补强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。2.5.3 允许不另行补强的最大开孔直径压力容器常常存在各种强度裕量，例如接管和壳体实际厚度往往大于强度需 要的厚度；接管根部有填角焊缝；焊接接头系数小于 1 但开孔位置不再焊缝上。 这些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出的 最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接管，可以不予接管。GB150规定，当在设计压力小于或等于 3.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中 心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径小于或等于89mm寸，只要接管最小厚

39、度满足要求就可不另行补强。2.6 密封装置设计压力容器的可拆密封装置形式很多，如中低压容器中的螺纹连接，承插式连 接和螺栓法兰连接等，其中以结构简单，装备比较方便的螺栓法兰连接最为普通。螺栓法兰连接主要由法兰，螺栓和垫片组成，螺栓作用有两个：一是提供预 紧力实现初始密封，并承担内压产生的轴向力；二是使螺栓法兰连接变成可拆连 接。垫片装在两个法兰中间，作用是防止容器发生泄漏。法兰上有螺栓孔，以容 纳螺栓。螺栓力，垫片反力与作用在筒体中面上的压力载荷不再同一直线上，法 兰受到弯矩的作用，会发生弯曲变形。螺栓法兰连接设计的一般目的是：对于已 知的垫片特性，确定安全，经济的法兰和螺栓尺寸，使接头的泄漏

40、率在工艺和环 境允许范围内，使接头内的应力在材料允许范围内，即确保密封性和结构完整性。2.6.1 密封机理流体在密封口泄漏有两条途径，一是渗透泄漏，即通过垫片材料本体毛细管 的渗透泄漏，除了受介质压力，温度，粘度，分子结构等流体状态性质影响外， 主要与垫片的结构与材料性质有关，可通过对渗透性垫片材料添加某些填充剂进 行改良，或与不透性材料组合成型来避免渗透泄漏；二十界面泄漏，即沿着垫片 与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关。压紧面就是指上， 下法兰与垫片的接触面。加工时压紧面上凹凸不平的间隙及压紧力不足时造成界 面泄漏的直接原因。界面泄漏时密封失效的主要途径防止流体泄漏的基本方

41、法是密封口增加流体流动的阻力，当介质通过密封口的阻力越大， 约有利于密封。 螺栓法兰连接的整个工作过程可用尚未预紧工况， 预紧工况与操作工况来说明。 2.7 焊接接头结构压力容器各受压部件的组装大多采用焊接方式，焊缝的接头形式和坡口形式 的计算直接影响到焊接的质量与容器的安全，因而必须对容器焊接接头的结构进 行合理设计。2.7.1 焊接接头形式 焊缝系指焊件经焊接所形成的结合部分，而焊接接头时焊缝，熔合线和热影 响区的总称。焊接接头形式一般由被焊接两金属件的相互结构位置来决定，通常 分为对接接头，角接接头及 T 字接头，搭接接头。（1） 对接接头 系两个相互连接零件在接头处的中间处于同一平面或

42、同一弧面内进行焊接的 接头。这种焊接接头受热均匀，受力对称，便于无损检测，焊接质量容易得到保 证，因此，是压力容器中最常用的焊接结构形式。（2） 角接接头和 T 型接头 系两个相互连接零件在接头处的中间相互垂直或相交成某一角度进行焊接的 接头。两构件成T字形焊接在一起的接头，叫T型接头。角接接头和T字接头都 形成角焊缝。角接接头和T型接头，在街头处构件结构是不连续的，承载后受力状态不如 对连接头，应力集中比较严重，且焊接质量也不易得到保证。但是在容器的某些 特殊部位，由于结构的限制，不得不采用这种焊接结构，如接管，法兰，夹套，管板和凸缘的焊接，多为角接接头或 T 型接头。（3）搭接接头 系两个相互连接零件在接头处有部分重合在一起，中间相互平行，进行焊接 接头。搭接接头的焊缝属于角接缝，与角接接头一样，在接头处结构明显不连续， 承载后接头部位受力情况较差。在压力容器中，搭接接头主要用于加强圈与壳体， 支座垫板与器壁以及凸缘与容器的焊接。2.7.2 坡口形式 为了保证全熔透和焊接质量，减少焊接变形，施焊前，一般需将焊件连接处 预先加工成各种形式，称为焊接坡口。不同的焊接坡口，适用于不同的焊接方法 和焊件厚度。其中的坡口形式有5种，即I形，V形，V单边形，U形和，J形，基本坡口 可以单独应用，也可以两种或两种以上组合