化工容器

第六章化工容器的附件本章要求：一、熟悉附件的结构及密封的原理；二、掌握法兰、支座等附件的有关标准；三、对附件会正确的选型和校核6.1法兰联接结构一、法兰联接结构一对法兰（被联接件）、一个垫片（密封元件）、若干个螺栓、螺母（联接件）。二、密封原理预紧前：由于垫片上无外力的作用，没有产生变形，法兰密封面的沟槽与垫片的表面形成通道，密封装置未达到密封状态。预紧前预紧后预紧后：两法兰密封面间的间隙缩小，垫片受到挤压发生变形，垫片材料将密封面的沟槽填满，消除了介质外泄通道，密封装置达到密封状态。此时作用在垫片上的压紧力称为初始密封比压(W)。QQppWW工作时：当在设备内注入具有一定的压力介质后，由于轴向力的作用，使法兰密封面间的间隙变大，垫片上的压紧力减小。当压紧力小到一定值时，垫片材料不足以将密封面的沟槽填满，介质将发生泄漏，导致密封失效。因此，为防止密封失效，垫片上残余压紧力必须保持一定的值，此压紧力称为工作密封压力(W-pS)。p工作时W-pSW-pS三、法兰的分类（按连接方式）(1)整体法兰平焊法兰、对焊法兰。(2)活套法兰在化工设备中应用较少。(3)螺纹法兰主要用于高压管道的联接。6.2动密封(轴封)的结构及工作原理轴封结构主要有两大类，填料箱密封和机械密封。一、填料箱密封填料箱密封的结构大体上如图1所示，它是由衬套、填料箱体、填料环、压盖、压紧螺栓等组成。工作原理是：被装填在搅拌轴和填料函之间环形间隙中的填料，在压盖压力的作用下，沿搅拌轴表面会产生径向压紧力。填料中的润滑剂在径向压紧力的作用下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层极薄的液膜。这层液膜一方面使搅拌轴得到润滑，另一方面起到阻止设备内流体漏出或外部流体渗入的作用，而达到轴向密封的目的。填料箱密封的结构简单，制造、安装、检修均较方便，因此应用较为普遍。填料箱密封的种类很多，例如，有带衬套的、带油环的和带冷却水夹套的等多种结构，以满足不同的性能要求。二、机械密封机械密封是一种比较新型的密封结构。它的泄漏量少，使用寿命长，摩擦功率损耗小，轴或轴套不受磨损，耐振性能好，常用于高低温、易燃易爆有毒介质的场合。但结构复杂，密封环加工精度要求高，安装技术要求高，装拆不方便，成本高。机械密封的基本结构及工作原理见图。机械密封的原理是：当轴旋转时，设置在垂直于转轴的两个密封面（其中一个安装在轴上随轴转动，另一个安装在静止的机壳上），通过弹簧力的作用，始终使它们保持接触，并作相对运动，使泄漏不致发生。机械密封常因轴的尺寸和使用压力增加而使结构趋于复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6.3容器法兰联接结构的设计一、容器法兰的设计容器法兰有甲型平焊法兰（JB/T4701—2000）、乙型平焊法兰（JB/T4702—2000）、长颈法兰（JB/T4703—2000）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。PNDN甲型平焊法兰乙型平焊法兰长颈法兰二、密封面的型式管法兰的密封面形式有平面密封面、凹凸密封面、榫槽密封面、锥型密封面、梯型密封面。密封面的形式可根据法兰的公称压力和公称直径，由垫片使用表进行确定。平面密封面凹凸密封面榫槽密封面三、垫片的设计垫片的类型:非金属垫片、金属垫片、缠绕式垫片、组合式垫片(见图)。锥型密封面梯型密封面垫片选择的基本原则：低温、低压选择非金属垫片；中温、中压及压力波动较大的场合选择缠绕式垫片(或组合式垫片)；高温、高压选择金属垫片。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。DODiS四、螺栓、螺母的设计螺栓、螺母的规格和数量由法兰的结构和尺寸确定，螺栓的长度由法兰的厚度、垫片的厚度、螺母的厚度、垫片的厚度、螺母的厚度、垫圈厚度、螺栓伸出长度确定(见图)。由图可按下式确定螺栓的长度。将上式计算的结果圆整至螺栓的长度系列即可。22(0.30.5)LSHhdLδδS(0.3~0.5)d6.4钢制管法兰联接结构的设计一、管法兰法兰的设计管法兰是压力容器及设备与管道联接的标准件、通用件。我国现行两大体系管法兰标准见下表。我国管法兰标准在《压力容器安全技术监察规程》中要求压力容器的管法兰优先采用HG20592～20614-97，和HG20615～20635-97标准。《钢制管法兰型式、参数》HG20592-97和《板式平焊钢制管法兰》HG20593-97标准适用的压力等级、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(HG20592-97)钢制管法兰的类型、代号：管法兰的类型（HG20592—97）及法兰盖的类型如图管法兰的选型：将操作介质的工作压力pW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表中所规定的公称压力PN，即管法兰的公称压力PN，根据接管的和管法兰的，由管法兰标准确定法兰的类型。二、密封面的型式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。PNDN三、垫片的设计垫片类型的确定与容器法兰垫片相同，类型确定后由公称压力、接管公称直径查管法兰垫片的标准设计出尺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（摘自JB/T87—1994）四、螺栓、螺母的设计螺栓、螺母的规格和数量由法兰的结构和尺寸确定，螺栓的长度由法兰的厚度、垫片的厚度、螺母的厚度、垫圈厚度、螺栓伸出长度确定。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，。将上式计算的结果圆整至螺栓的长度系列即可。6.5化工容器的支座一、立式容器的支座(1)悬挂式支座22(0.30.5)LSHhdSHhd分类：A型、B型。A型B型A型选型的依据：容器放置在操作平台上、且外部无保温层。B型选型的依据：容器放置在楼板上或外部有保温层。护板筋板立板护板底板底板支座尺寸的设计步骤：①首先确定支座的类型，②根据设备的重量确定每个支座承受的重量（总重量/2），③由每个支座承受的重量、设备的DN查对应支座的标准，确定支座的尺寸。(2)支承式支座适用于直径较大和长度较小的容器。护板筋板底板护板(3)裙式支座适用于长度较大、露天安置的容器。二、卧式容器的支座(1)支腿当容器的直径和长度较小时常采用支腿。(2)鞍式支座鞍式支座是卧式设备中应用最广的一种支座，其结构如图。卧式设备一般用两个鞍座支承，当设备过长，超过两个支座允许的支承范围的，应增加支座数目。同一直径的鞍式支座分为轻型（A型）和重型（BⅠ，BⅡ，BⅢ，BⅣ，BⅤ）两种，每种类型又分为F型（固定式）和S型（活动式）。F型和S型主要区别在地脚螺栓孔，F型是圆形孔；S型是长圆孔。两者配对使用，目的是在容器因温差产生膨胀或收缩时，S型支座可以滑动调节两支座间距，降低容器产生的温差应力。(3)鞍座的选型①鞍座负荷的估算设备总质量:每个鞍座承受的负荷为:②鞍座的初步选型根据贮罐的公称直径、每个鞍座承受的负荷，由鞍座的标准初选型号，并确定系列参数尺寸。123mmmm2mgFDN2mgF(4)圈式支座适用于内径较大、壁厚较薄的化工容器。6.6化工容器的开孔及附件一、允许开孔直径的范围(1)圆筒(2)凸型封头或球壳且孔缘的投影距封头的内边缘的距离不小于(3)锥形封头115005202iiDidDid，，且；1150010003iiDidDid，，且12idD0.1Di13idDdDi≥0.1Di二、补强的方法(1)局部补强补强圈补强:补强圈的结构及适用条件：材料的强度极限≤540MPa、补强圈的厚度≤1.5(--壳体的名义厚度)、≤38mm。SnSnSn15DiDO0.5δM10-7H120º0.512M10-7H120ºδ12156.3ⅠδDi=do+(3-5)Di=do+(3-5)50±5°2S/3A型B型Di=do+(16-20)Di=do+2Sn+(3-5)22±2°15±2°C型D型35±2°Di=do+(8-12)E型50±5°Di=do+(3-5)F型补强圈的尺寸（摘自HG21506-92）(2)接管补强当壳体上设置排管且管间距离较小时，采用接管补强即在开孔处通过局部增大接管的壁厚，以达到补强的目的。WXYZh1h2B≤2d(3)整体补强通过提高筒体或封头的厚度达到补强的目的。三、补强的设计方法目前使用的设计方法有：等面积补强的设计法、极限设计法。等面积补强的设计法：用于补强金属的面积不小于开孔被削弱的金属面积。判断是否需要补强的准则：若A＞A1+A2+A3；则需要补强，需要补强的面积为:A4＞A-(A1+A2+A3)；若A≤A1+A2+A3；不需要补强。A—开孔后被削弱的金属面积；A1—壳体起补强作用金属面积；A2—接管起补强作用金属面积；A3—焊缝起补强作用金属面积四、等面积补强的设计计算(1)壳体上开孔后被削弱的金属面积A的计算内压圆筒、凸型封头：外压容器：式中：d—开孔直径，d=di+2C；So—壳体计算厚度，AA2(1)ooetAdSSSfr0.5[2()(1)]OOntrAdSSSCfdA1A2A3B=2dSntWXYZCSetSOSeSnh1h2C2—强度削弱系数，（＞1.0，取1.0）；—接管名义厚度(2)壳体起补强作用金属面积的计算(3)接管起补强作用金属面积的计算(4)焊缝起补强作用金属面积的计算2[]0.5ciotcpDSprfrfntS1A1()()2()(1)eoeteorABdSSSSSf2A21222()2()nttrntrAhSSCfhSCCf3A2312Ah(5)补强圈的壁厚五、附件(1)接管接管的作用：连接设备、输送管道、安装各种仪表等。接管的结构：焊接接管、铸造接管、螺纹接管。123()nOiAAAASCDDl接管长度的确定：由接管的公称直径和有无保温层的要求确定。(2)凸缘当要求管口长度很短时，可采用能与管法兰直接装配的凸缘，凸缘已有标准系列，其缺点是双头螺栓在螺纹孔内折断后，取出比较困难。由于凸缘与管法兰配用，联接尺寸由选用的管法兰确定。(3)手孔和人孔设置人孔、手孔的目的是为了安装、维修、检查设备内部的附件。由短筒体、法兰、圆形平板封头、手柄、垫片及若干个螺栓、螺母组成。其结构见图。人孔已有标准系列，常用的人孔标准有碳素钢、低合金钢人钢人孔(HG21514～21535-95)和不锈钢制人孔等。圆形人孔的直径一般为：400、450、500、600椭圆形人孔的直径一般为：400×250、380×280手孔的直径一般为：DN150、DN250设计人孔时，根据容器的公称直径DN、公称压力1-短筒体；2-垫片；3-手柄；4-人孔盖；5-管法兰；6-设备筒体123456DiPN、设计温度、材质、介质及使用要求等条件，由人孔标准确定人孔的结构、各零件名称、材质及