《化工设备机械基础》(第2版)董大勤编著课件《法兰与支座》ppt

第十二章法兰联接联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。12.1压力容器法兰一、法兰密封原理1、组成2、密封原理1）、预紧工况初始密封条件：压紧应力达到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始密封条件预紧密封比压：形成初始密封条件时垫圈单位面积上的压紧力密封比压主要决定于垫片材质垫片材质确定后，垫片越宽，为保证密封比压，预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大垫片不应过宽2）、操作工况工作密封比压:内压轴向力拉伸，降低了压紧应力，垫片有足够回弹，补偿变形，当垫圈上的比压下降到某一临界值时，回弹不足，介质发生泄漏，这一临界值称为工作密封比压。3)、法兰密封条件预紧时：垫圈单位面积上的压紧力不小于预紧密封比压工作时：垫圈单位面积上的压紧力高于工作密封比压3、法兰的失效形式：界面泄漏和渗透泄漏二、法兰结构与分类1、按接触面形式分窄面法兰宽面法兰2、按整体性程度分松式法兰整体法兰任意式法兰整体法兰松式法兰三、影响密封的主要因素1、法兰密封面型式2、螺栓预紧力3、垫片4、法兰刚度5、操作条件平面型凹凸面形榫槽面型结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。防止垫片被挤出，适用于压力较高。槽中垫片不被挤动。螺栓力较小。获得良好的密封效果。结构较复杂，更换垫片较困难。榫面容易损坏，适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。锥形密封面梯形槽密封面密封面型式选择，主要考虑压力、温度、介质法兰的翘曲变形增加法兰厚度可增加其强度增加与法兰连接处的器壁厚度可增加其刚度尽可能减小螺栓孔中心圆直径垫片垫片是法兰密封的基础垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。垫片分类：非金属、非金属与金属混合制的垫片、金属垫片材料的选择：根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。非金属垫片：材料：橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。特点：柔软，但耐温度和压力性能较金属垫片差适用：只适用于常、中温和中、低压设备和管道金属垫片：材料：要求软韧，一般不要求强度高，常用软铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金（含Ni67％，Cu30％，Cr4～5％)钢等适用：主要用于中、高温和中、高压法兰密封金属与非金属混合制垫片：用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni9等）将非金属包起来；薄低碳钢带(或合金钢带)与石棉带一起绕制而成。金属包垫片缠绕垫片四、容器法兰标准1、类型与结构甲型平焊法兰（JB5701-92)乙型平焊法兰（JB5702-92)长颈对焊法兰（JB5703-92)带衬环厚度更大的颈，刚性大。更高压力范围(0.6MPa～6.4MPa)更高直径范围(300mm～2000mm)，适用温度范围为-20℃～450℃。平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。2、尺寸系列两个基本参数按公称压力分为七个等级0.25、0.60、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4公称直径公称压力公称直径与公称压力由法兰标准确定法兰尺寸的依据只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法兰的尺寸也就确定了。压力容器法兰公称直径同压力容器例如DN1000mm的压力容器，应当配用DN1000mm的压力容器法兰。法兰公称压力：与最大操作压力、操作温度以及材料有关定义：以16MnR在200℃时的机械性能为基准确定法兰尺寸，在200℃时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。公称压力PN0.6MPa法兰，用16MnR制造的，在200℃时，最大允许操作压力0.6MPa。高于200℃的最大操作压力将低于它的公称压力0.6MPa。低于200℃仍按200℃确定其最高工作压力。材料改为Q235-A，机械性能比16MnR差，公称压力PN0.6MPa的法兰，200℃操作，最大允许操作压力低于公称压力。材料由16MnR改为15MnVR，机械性能优于16MnR，公称压力PN0.6MPa的法兰，在200℃操作时，最大允许操作压力将高于它的公称压力。3、标准中法兰尺寸的确定4、最大允许工作压力5、容器法兰的确定材料温度法兰形式垫片16MnR200℃公称压力的确定：选配法兰按照设计压力小于最大允许工作压力确定公称压力为操作温度300℃，设计压力0.6MPa的容器选配法兰（确定公称压力）。材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。7、法兰标记法兰C-T800-1.6JB/T4702-2000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选配法兰步骤1、根据公称直径和设计压力，先初选法兰结构类型2、根据设计压力、设计温度、法兰材料，确定法兰公称压力3、根据公称工程直径和公称压力，验证法兰类型4、根据法兰的公称直径和公称压力，然后查标准确定法兰尺寸5、根据法兰型式、材料、设计温度等选配螺栓、螺母及垫片。选配法兰步骤公称直径设计压力初选法兰结构类型设计压力设计温度法兰材料确定法兰公称压力最大允许工作压力公称直径公称压力验证法兰类型公称直径公称压力查标准确定法兰尺寸法兰型式材料设计温度选配螺栓、螺母及垫片12345例：塔身与封头的法兰。塔内径1000mm，操作温度280℃，设计压力0.2MPa。Q235-A。压力不高，直径不大，根据操作温度、设计压力、初选甲型平焊法兰，平面密封面；根据操作温度、设计压力、所用材料，确定公称压力为0.6MPa；验证法兰类型；查表得法兰的各部尺寸，联接螺栓M20，共36个；查表确定螺栓、螺母及垫片；用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板联接螺栓M20，共36，材料Q235-A13.2管法兰标准同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，不能互相代用。管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同。思考题：1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因素有哪些？2.法兰的型式有哪些？各有什么特点？3.法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？4.常用的垫片材料有哪些？5.标准中法兰尺寸确定的依据?确定法兰尺寸的两个参数是?第十四章容器支座一、卧式容器支座1、分类鞍座、圈座、支腿鞍座圈座支腿2、鞍座结构及选用轻型（A型）和重型（B型）（BI-BV）带垫板和不带垫板F型和S型焊制和弯制包角120°和150°带垫板有效厚度小于等于3mm容器有热处理要求容器与鞍座温差大于200℃容器材质为不锈钢每种型式鞍座又分为固定式支座（F)和滑动式支座（S)F型：底板上开圆形螺栓孔S型：底座开长圆形螺栓孔；防止热胀等原因对设备造成附加应力焊制腹板和底板焊接在一起弯制腹板和底板为一体鞍座包角120°或150°，安放稳定，分散应力。《鞍式支座》标准JB/T4712-92根据容器公称直径和重量选用基本尺寸：高度、宽度b、包角和腹板厚度选用原则实际承受的最大载荷必须小于鞍座得允许载荷即：Qmax[Q]Qmax：实际操作，水压试验[Q]：标准高度（200），随高度升高而降低F型和S型搭配使用鞍座与筒体端部距离A确定（双鞍座）：当L/D较大，且无加强圈，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取A≤0.25D；当筒体的L/D较小，L/D或有加强圈时，取A≤0.2L。3圈座采用圈座的情况：对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成严重挠曲；多于两个支承的长容器。除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈座是滑动支承的。4腿式支座简称支腿连接处造成严重的局部应力，只适用于小型设备（DN≤1600、L≤5m）。腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准JB/T4714-92《腿式支座》。二、立式容器支座1、分类耳式、支承式、裙座、支腿2、耳式支座两类:A型（短臂）和B型（长臂）每类又分为带垫板与不带垫板两种结构设备较大或器壁较薄不锈钢制设备，合金元素的流失标准耳式支座的材料为Q235-A.F耳式支座选用的方法：（1）估算设备总重，算每个支座（按2个计算）的负荷Q值；（2）确定支座型式，从表按允许负荷Q允大于实际负荷Q，选支座。小型设备耳式支座，可支承在管子或型钢制的立柱上。大型设备的支座往往搁在钢梁或混凝土制的基础上。3、支承式用角钢、槽钢制作，或用数块钢板焊成(A)钢管(B),都带垫板型式、结构、尺寸及材料JB/T4724-92《支承式支座》。支承式支座的选用：简单轻便局部应力较大，当壳体刚度较小、壳体和支座材料差异或温度差异较大时，或壳体需焊后热处理，应设置加强板。加强板的材料应和壳体材料相同或相似。裙式支座塔设备最常用裙式支座。目前还没有标准。各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。思考题：1、卧式容器和立式容器的支座有哪几种？2、双鞍座卧式容器支座位置按哪些原则确定？第三节检查孔一、分类人孔手孔螺纹塞孔二、人孔1、标准不锈钢人孔标准HGJ504~513---86碳素刚、低合金钢人孔和手孔标准HG21514~21535---95说明：联接用钢制管法兰、垫片、紧固件2、人孔结构垂直吊盖回转盖水平吊盖板式平焊法兰0.6MPa带颈平焊法兰1.0、1.6MPa长颈对焊法兰2.5MPa