化工设备机械基础9容器零部件

1、化工设备通用零部件1、概述2、筒体和封头3、法兰联接4、设备支座5、设备的开孔和附件1 概述1.1 公称直径公称直径(nominal diameter)，又称平均外径(mean outside diameter)。 公称直径是公制mm为基准的，称 dn (metric unit) 单位有公制(mm)及英制(inch)的区分，所以有下列的称呼：（1） 以公制(mm)为基准，称 dn (metric unit) （2） 以英制(inch)为基准，称nb(inch unit) （3） dn (nominal diameter) ；nb (nominal bore) ；od (outside diam

2、eter) a 压力容器的公称直径 （dn） 钢板卷制的筒体和成形封头，公称直径是指内径 筒体直径较小时，可采用无缝钢管，公称直径等于钢管外径b 管子的公称直径 管子的公称通径既不是内径也不是外径，而是一个略小于外径的值；法兰的公称直径是指与它相配的筒体或管子的公称直径。1.2 公称压力 公称压力（nominal pressure）是压力容器或管道的标准化压力等级，即按标准化要求将工作压力划分为若干个压力等级。指规定温度下的最大工作压力,也是一种经过标准化后的压力数值。 主要是指标准件如法兰、阀门等规定了一系列标准以便于在实际过程中进行选用，而不需要每次都要进行计算。如法兰公称压力：0.25、

3、0.6、1.0、1.6等等，公称直径：10、15、20等等。当然选用时过程中要注意应力、温度和材料影响。公称压力不是设计压力，一般来讲，公称压力要比设计压力大。2 筒体与封头2.2 封头 jb/t 4746-2002椭圆形封头： dn=di，曲面高度di/4 ， 直边高度可有多个数值，主要由封头的公称直径和厚度同时决定。蝶形封头：折边锥形封头：球冠型封头：2.1 筒体 筒体一般由钢板卷制而成，其公称直径等于内径；直径较小时可选用无缝钢管。设计时筒体的公称直径必须符合国家标准，否则就没有标准的封头与之相配。3 法兰联接法兰联接的特点（1）密封可靠；（2）强度足够；（3）适用面广；（4）可拆结构；

4、（5）经济合理。3.1 法兰的工作原理（1） 密封原理 法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于法兰压紧面之间的垫圈压紧，使垫圈变形，把法兰密封表面上的凹凸不平处填满，这样就达到了密封的要求。 当设备或管道工作时，螺栓受到拉力的作用，使法兰密封面沿着彼此分离的方向移动，并降低了密封面与垫片间的压紧力，当这一压紧力降低到某一临界值以下时，介质将会泄漏，密封会失效。（2）法兰受力分析（b）工作时法兰上所受的外力多了一个由容器内压形成的轴向力q。这时的螺栓力t2正好用来平衡轴向力q和垫片反力n2，此时作用在法兰上的外力矩可以用一个由t2和q+n2组成的力偶来代替。 增加法兰的厚度及与法兰盘联接处器壁的壁厚，

5、减小螺栓力作用的力臂（即缩小螺栓中心圆直径），都能提高法兰的抗弯刚度；对带颈的法兰来说，增加颈的厚度对提高法兰强度，会有比增加法兰盘厚度有更好的效果。 （a）预紧时法兰在螺栓预紧力t1和垫片反作用力n1的作用下处于平衡，但t1和n1构成力偶作用在法兰上。3.2 法兰的结构与种类 （1）按与设备的联结方式焊接法兰松套法兰 螺纹法兰 （2）按法兰的密封面形式平面型压力不高、介质无毒；凹凸面型压力稍高、介质易燃、易爆和有毒；榫槽型压力较高、介质剧毒；环密封面用于温度和压力波动、介质渗透大的场合。（3）按法兰端面形状分类 3.3 影响法兰密封的因素（1）螺栓预紧力 预紧力必须使垫片压紧并实现初始密封条

6、件；同时预紧力也不能太大，否则将会使垫片被压坏或挤出。提高螺栓预紧力，可以增加垫片的密封能力。采取减小螺栓直径，增加螺栓个数的办法对密封是有利的。（2）压紧面（密封面） 压紧面直接与垫片接触，它既传递螺栓力使垫片变形，同时也是垫片变形的表面约束。（3）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。适合制作垫片的材料一般应耐腐蚀、不污染操作介质；具有良好的变形能力和回弹能力；要有一定的机械强度和适当的柔软性；在工作温度下不易变质硬化或软化。 法兰密封垫片的选择要有全面观点，要考虑操作介质的性质、操作压力和温度，以及需要密封的程度；亦要考虑垫片的性能、压紧面的形

7、式、螺栓力的大小以及装卸要求等。 最常用的垫片可分为非金属、金属以及非金属与金属混合制的垫片。 非金属的垫片材料有石棉板、橡胶板、石棉胶板及合成树脂（塑料），这些材料优点是柔软和耐腐蚀。耐温度和压力的性能较金属垫片差，通常只普遍用于常、中温和中、低压设备和管道的法兰密封。 金属非金属混合制垫片有金属包垫片和缠绕垫片等，前者是用石棉橡胶垫片外包以金属薄片；后者是薄低碳钢带与石棉一起绕制而成。它们较单纯的非金属垫片有较好的性能，适用的温度和压力范围较高一些。 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、铜、软钢、蒙耐尔合金钢和18-8不锈钢。金属垫片主要用于中、高温和中、高压的法兰

8、联接密封。 3.4 压力容器法兰标准（1）压力容器法兰的类型与结构 甲型平焊法兰jb/t 4701-2000乙型平焊法兰jb/t 4702-2000长颈对焊法兰jb/t 4703-2000 容器法兰的最新标准为国家机械工业局、国家石油和化学工业局联合修订的，标准号为jb/t 470047072000。具有平密封面和凹凸密封面，工作温度介于-20300 ，公称压力为0.251.6mpa。 甲型平焊法兰工作温度高于-20350 ，公称压力为0.254.0mpa。它与甲型平焊法兰的主要区别是：法兰本身具有一个厚度为t的短节，因此与筒体直接连接的不是法兰盘而是这个短节。短节的存在使筒体免受法兰变形带来

9、的附加弯矩，而且由于短节的厚度t规定有最小值，这一厚度往往大于容器壁厚从而使法兰的刚度增大。乙型平焊法兰工作温度高于-70450 ，公称压力为0.606.4mpa。长颈对焊法兰带衬环的法兰带平面密封面衬环的甲形平焊法兰 带凹凸密封面衬环的长颈对焊法兰为了检验衬环与法兰、衬环与筒体之间的焊缝是否严密，在法兰上开有十字形通孔（图中的虚线），孔内应通入0.40.5mpa的压缩空气进行检查。（2）压力容器法兰的尺寸系列 法兰的公称直径 dn法兰的公称压力 pn确定法兰尺寸的计算基础 法兰尺寸是在规定设计温度为200、法兰材料是16mnr或16mn锻件，根据不同型式的法兰，规定了垫片的形式、材质、尺寸和

10、螺栓材料的基础上，按照不同的pn和dn，通过多种方案进行比较计算和尺寸圆整而得到的。所以法兰的尺寸是由法兰的公称压力和公称直径唯一确定的。 压力容器法兰的最大允许工作压力 如果实际使用的法兰材料是16mnr、工作温度200，则在法兰尺寸表中按某一公称压力查得的法兰，它的允许最大工作压力将等于该法兰的设计压力（即法兰的公称压力）。如果法兰材料不是16 mnr，操作温度不为200，则其最大允许工作压力可由表查得。甲、乙型法兰的最大允许工作压力mpa 公称压力pn法兰材料工作温度20200 250 300 350 0.25板材q235-a、bq235-c20r16mnr0.160.180.190.2

11、50.150.170.170.240.140.150.150.210.130.140.140.20锻件2016mn20mnmo0.190.260.270.170.240.270.150.220.260.140.210.250.60板材q235-a、bq235-c20r16mnr0.400.440.450.600.360.400.400.570.330.370.360.510.300.330.340.49锻件2016mn20mnmo0.450.610.650.400.590.640.360.530.630.340.500.60（3）容器法兰尺寸的确定、示例及标记步骤：（a）根据容器的公称直径dn

12、和设计压力，参照表16-9初步确定法兰的结构类型；（b）根据容器的设计压力p，设计温度t及准备采用的法兰材料，按表16-12确定所选法兰的公称压力pn；（c）根据所确定的法兰的pn和dn返回查看表16-9，以便验证原来根据设计压力p所初步确定的法兰类型是否包含有已确定的pn与dn。 （d）根据所确定的pn和dn，根据相应法兰的尺寸表，即可确定法兰尺寸。示例1 公称压力1.6mpa、公称直径800mm的衬环榫槽密封面乙型平焊法兰的榫面法兰。 标记：法兰c-t 800-1.60 jb/t 47022000，并在图样明细表备注中注明 1=18.（4）压力容器法兰用密封垫片 非金属软垫片（jb/t 4

13、7042000） 非金属软垫片指的是耐油石棉橡胶板（gb/t 5391995）和石棉橡胶板（gb/t 39851995），前者使用温度200，后者使用温度350。用于平面密封面与凹凸密封面。 标准号(jb/t 4704-2000)公称压力，mpa公称直径，mm垫片缠绕式垫片（jb/t 47052000）用0cr13 ， 0cr18ni9或 08f等钢带与石棉、柔性石墨或聚四氟乙烯等填充带相间缠卷而成。为防止松散，把金属带的始端及末端焊牢。为了增大垫片的弹性和回弹性，金属带与非金属填充带均轧制成波形。标准号公称压力，mpa公称直径，mm垫片填充带代号钢带代号垫片的结构型式代号a型用于榫槽密封面；

14、b型用于凹凸密封面；c型用于平面密封面；d型用于平面密封面。金属包垫片（jb/t 47062000）由石棉橡胶板作内芯，外包厚度为0.20.5mm的薄金属板构成，金属板的材料可以是铝、铜及其合金，也可以采用不锈钢或优质碳钢。标准号(jb/t 4706-2000)公称压力，mpa公称直径，mm垫片金属板材代号（5）压力容器法兰用螺栓与螺母 压力容器法兰用螺栓有a型（中间无螺纹部分不车细的螺栓）和b型（中段无螺纹部分的直径车细至等于螺纹内径，目的是减小热应力，主要用于温度较高的场合。） 螺柱材料有q235-a、35、40mnb、40mnvb、40cr、35crmoa、25cr2mova等，可查相关

15、的国家标准。 如：螺柱 m24160-a jb/t4707-20003.5 管法兰现行的管法兰标准有两个： hg2059220614-97 hg2061620635-97 依据iso7005-i-1992由两个参数公称压力pn和公称直径dn确定。pn和dn的确定方法与容器法兰相似。但对同样pn、dn的管法兰，当使用不同材料制造时，法兰允许承受的最高无冲击压力是不一样的，在确定了法兰材料及工作温度后，应该根据容器的设计压力不得高于设计温度下法兰允许承受的最高无冲击压力的原则，查相关表确定法兰的公称压力等级。然后再由pn和dn，从相应的尺寸表中查得法兰的具体尺寸。共有七种垫片：非金属垫片（hg 2

16、0606-97）、聚四氟乙烯包覆垫（hg 20607-97）、柔性石墨复合垫（hg 20608-97）、金属包覆垫（hg 20609-97）、金属缠绕垫（hg 20610-97）、齿形组合垫（hg 20611-97）、金属环垫（hg 20612-97）。 有商品级和专用级两种。商品级采用的是六角头螺栓和六角螺母，如m10、m12、m16、m20、m24、m27等。专用级有双头螺柱b级（hg20613）和全螺纹螺柱b级（hg20613）。紧固件密封垫片管法兰的尺寸4 设备的支座4.1 卧式容器支座由底板、腹板、筋板和垫板组焊而成。 有轻型和重型、f型和s型之分。鞍座（jb/t4712-92）鞍座

17、的结构特征表形式代号适用公称直径dn/mm机构特征轻型a10004000焊制，120包角，带垫板，四至六筋重型b1594000焊制，120包角，带垫板，单至六筋b15004000焊制，150包角，不带垫板，四至六筋b159900焊制，120包角，不带垫板，单、双筋b159900弯制，120包角，带垫板，单、双筋b159900弯制，120包角，不带垫板，单、双筋鞍座的选用鞍座实际承受的最大载荷qmax200时； c、容器壳体的材料为高合金钢，配以碳钢支座，垫板用高合金钢； d、容器壳体需要焊后热处理时，应在热处理前焊上加强垫板。为了充分利用封头对筒体临近部分的加强作用，应尽可能将鞍座安放在靠近封头处；两个鞍座必须是f型、s型搭配使用。固定鞍座f，滑动鞍座s公称直径，mm型号，a，bjb/t 4712-92,鞍座4.2 立式容器支座 立式容器支座有耳式支座（又称悬挂式支座）、支承式支座和裙式支座三种。小型直立采用前两种，高大的塔设备则采用裙式支座。当容器的dn900mm，且壳体的有效壁厚，壳体材料与支座材料相同或相近时，也可采用不带垫板的耳式支座。因此耳式支座有带垫