第四章化工設(shè)備的主要零部件-蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院精品

1、第四章 化工設(shè)備的主要零部件,目 錄,第一節(jié) 法蘭連接,一、法蘭聯(lián)接的組成及應(yīng)用 ◆ 法蘭聯(lián)接的組成 法蘭聯(lián)接是由一對法蘭、一個墊片、數(shù)個螺栓和螺母組成。 法蘭聯(lián)接的組成 法蘭的外輪廓形狀 1—螺母；2—法蘭： 3—螺栓：4—墊片,◆ 法蘭聯(lián)接的結(jié)構(gòu)類型 ● 按使用場合分： 容器法蘭：用于容器的殼體和封頭連接的法蘭，用

2、于容器的筒節(jié)和筒節(jié)連接的法蘭； 管法蘭：用于管道連接的法蘭。 ● 按法攔接觸面的寬窄分 寬面法蘭：即螺栓孔兩側(cè)都有墊片----螺栓從墊片中穿過，主要用于中、低壓設(shè)備上； 窄面法蘭：即螺栓孔一側(cè)有墊片。,● 按法蘭自身的結(jié)構(gòu)型式分 整體法蘭：其結(jié)構(gòu)將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或經(jīng)全熔透的平焊法蘭； 松式法蘭：指法蘭不直接固定在殼體上，

3、或者雖固定而不能保證與殼體作為一個整體承受螺栓載荷的結(jié)構(gòu)，如活套法蘭、螺紋法蘭、搭接法蘭等,任意法蘭：從結(jié)構(gòu)來看，這種法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體和松式法蘭之間。,●按法蘭的外輪廓可分為 圓形、方形、橢圓形,二、法蘭聯(lián)接的密封 法蘭聯(lián)接的密封就是在螺栓壓緊力的作用下，使墊片產(chǎn)生變形填滿法蘭密封面上凹凸不平的間隙，阻止流體沿界面的泄漏，達到密封的目的。三、法蘭的結(jié)構(gòu)類型 ◆ 壓力容器法蘭

4、的結(jié)構(gòu)類型（JB4700~4707—2000） 標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭有甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭三種類型 壓力容器法蘭的密封面有平面型、凹凸型和榫槽型三種形式。,壓力容器法蘭密封面形式,◆ 管法蘭的結(jié)構(gòu)類型（HG20592~20614—1997） 管法蘭包括法蘭蓋共有七種類型，其中以板式平焊、帶頸平焊和帶頸對焊最為常用。 管法蘭的密封面共有突面、凹凸面、榫槽面、全平面

5、和環(huán)連接面五種形式。,常用管法蘭類型,管法蘭密封面形式,四、標(biāo)準(zhǔn)法蘭的選用 ◆ 標(biāo)準(zhǔn)法蘭基本參數(shù) 公稱直徑、公稱壓力 ◆ 法蘭的公稱直徑 公稱直徑是為了使用方便將容器及管子標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，用“DN”表示。 壓力容器法蘭的公稱直徑是指與法蘭相配套的容器或封頭的公稱直徑，對于用鋼板卷制的圓筒公稱直徑就是其內(nèi)徑，對用無縫鋼管制作的圓筒其公稱直徑指鋼管的外徑。,

6、管法蘭的公稱直徑是指與其相連接的管子的名義直徑，也就是管件的公稱通徑，它既不是管子的內(nèi)徑，也不是管子的外徑，而是接近內(nèi)外徑的某個整數(shù)。 ◆ 法蘭的公稱壓力 法蘭的公稱壓力是指某種材料制造的法蘭，在一定的溫度下所能承受的最大工作壓力，用“PN”表示，是法蘭承載能力的標(biāo)志。壓力容器法蘭的公稱壓力是指在規(guī)定的螺栓材料和墊片的基礎(chǔ)上，16MnR材料制造的法蘭，在200℃時所允許的最大工作壓力。,對于管法蘭當(dāng)公稱壓力PN≤4

7、 MPa時，公稱壓力指20號鋼制造的法蘭在100℃時所允許的最高無沖擊工作壓力；當(dāng)公稱壓力PN≥6.3 MPa時，公稱壓力指16Mn鋼制造的法蘭在100℃時所允許的最高無沖擊工作壓力。 ◆ 法蘭的選用 法蘭的選用就是根據(jù)容器或管道的設(shè)計壓力、設(shè)計溫度及介質(zhì)特性等條件由法蘭的標(biāo)準(zhǔn)來確定法蘭的類型、材料、公稱直徑、公稱壓力、密封面的形式，墊片的類型、材料及螺栓、螺母的材料等。,●壓力容器法蘭的選用步驟 ▲

8、 由法蘭標(biāo)準(zhǔn)中的公稱壓力和容器的設(shè)計壓力，按設(shè)計壓力小于等于公稱壓力的原則就近靠一公稱壓力，若設(shè)計壓力非常接近這一公稱壓力且設(shè)計溫度高于200℃，則可提高一個公稱壓力等級，這樣初步確定法蘭的公稱壓力； ▲ 由法蘭公稱直徑、容器設(shè)計溫度和以上初定的公稱壓力查表4-1，并考慮不同類型法蘭的適用溫度初步確定法蘭的類型； ▲ 由工作介質(zhì)特性確定密封面形式，密封面類型代號見表4-9；,▲ 由工作介質(zhì)特性、容器的設(shè)計溫度，

9、結(jié)合容器所用材質(zhì)對照法蘭標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的壓力容器法蘭常用材料確定法蘭的材料； ▲由法蘭類型、材料、工作溫度和初步確定的公稱壓力查表4-5或表4-6，得允許的最大工作壓力； ▲ 比較：若所得最大允許工作壓力大于等于設(shè)計壓力，則原初步確定的公稱壓力就是所選法蘭的公稱壓力，若最大允許工作壓力小于設(shè)計壓力則提高公稱壓力或調(diào)換優(yōu)質(zhì)材料，使得最大允許工作壓力大于等于設(shè)計壓力，從而最后確定出法蘭的公稱壓力和類型（因有時公稱壓力提

10、高會引起類型的改變）；,▲ 由法蘭類型及工作溫度查標(biāo)準(zhǔn)中的“法蘭、墊片、螺柱、螺母材料匹配表”確定墊片、螺柱、螺母的材料。 法蘭選定后應(yīng)予以標(biāo)記，標(biāo)記方法如下：,標(biāo)準(zhǔn)號,公稱壓力，MPa,公稱直徑，mm,密封面形式代號,法蘭類型代號,●管法蘭的選用步驟 ▲ 按管法蘭與相連接的管子應(yīng)具有相同公稱直徑的原則，確定管法蘭的公稱直徑； ▲ 先按同一設(shè)備的主體、接管、法蘭應(yīng)具有相同的設(shè)計壓力的原則，確定法蘭

11、的設(shè)計壓力，再按法蘭設(shè)計壓力小于等于公稱壓力的原則就近靠一公稱壓力，若設(shè)計壓力非常接近這一公稱壓力則可提高一個公稱壓力等級，這樣初步確定管法蘭的公稱壓力； ▲ 由公稱直徑、公稱壓力，查表4-2或管法蘭標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)表格、結(jié)合介質(zhì)特性確定管法蘭類型和密封面形式；,▲ 由公稱壓力和法蘭材料（由接管材料和設(shè)計溫度確定）查表4-7，得管法蘭的最高無沖擊工作壓力； ▲ 比較：若所得最高無沖擊工作壓力大于等于設(shè)計壓力，則原初步確定的

12、公稱壓力就是所選法蘭的公稱壓力，若高無沖擊工作壓力小于設(shè)計壓力則提高公稱壓力等級，使得最高無沖擊工作壓力大于等于設(shè)計壓力，從而最后確定出管法蘭的公稱壓力和類型（因有時公稱壓力提高會引起類型的改變）； ▲查管法蘭標(biāo)準(zhǔn)中 “法蘭、墊片、緊固件選配表”確定墊片、螺柱、螺母的材料。,管法蘭的標(biāo)記方法如下：標(biāo)準(zhǔn)代號 法蘭,法蘭材料牌號,鋼管壁厚（可無），mm,密封面形式代號,公稱壓力，MPa,公稱直徑，mm,法蘭類型代號,第二節(jié) 開

13、孔與補強,一、開孔類型及對容器的影響 ◆ 開孔類型 為了實現(xiàn)正常的操作和安裝維修，需要在設(shè)備的筒體和封頭上開設(shè)各種孔。如物料進出口接管孔，安裝安全閥、壓力表、液面計的開孔，為了容器內(nèi)部零件的安裝和檢修方便所開的人孔、手孔等。 ◆ 開孔對容器的影響 ● 容器的整體強度削弱 ● 由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，使孔邊局部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力集中。,二、對容器開孔的限制 ◆ 當(dāng)

14、圓筒內(nèi)徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑d ≤Di/2，且d ≤520mm；當(dāng)圓筒內(nèi)徑Di＞1500mm時，開孔最大直徑d ≤Di/3，且d ≤1000mm。 ◆ 凸形封頭或球殼上開孔時，開孔最大直徑d ≤Di/2。 ◆ 錐殼上開孔時，開孔最大直徑d≤Di/3，Di為開孔中心處錐殼內(nèi)徑。 ◆ 在橢圓形或碟形封頭的過渡區(qū)開孔時，孔的中心線宜垂直封頭表面。,◆ 殼 體開孔滿足下列全部條件時，可不另行補強（可不采取專門的

15、補強措施） ● 設(shè)計壓力不超過2.5 MPa； ● 兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍； ●接管外徑不超過89mm； ●接管最小壁厚滿足表4-10的要求。,三、補強結(jié)構(gòu) ◆常用的補強結(jié)構(gòu) 補強圈補強、厚壁接管補強 、整鍛件補強 ●補強圈補強 補強圈補強又稱貼板補強，在接管處容器的內(nèi)外壁上圍繞著接管焊上一個圓環(huán)板

16、，使容器局部壁厚增大，降低應(yīng)力集中，起到補強的作用。 補強圈補強的應(yīng)用條件 ▲ 被補強殼體材料的標(biāo)準(zhǔn)拉伸強度不超過540MPa；,補強結(jié)構(gòu),▲ 被補強殼體的名義厚度不超過38mm； ▲補強圈的厚度不超過殼體的名義厚度的1.5倍。 ● 厚壁接管補強 厚壁接管補強就是在開孔處焊上一個特意加厚的短管，這樣可有效地降低開孔周圍應(yīng)力集中的程度，采用的入式接管則補強效果更佳。

17、 厚壁接管補強的應(yīng)用條件 對大量使用的高強度低合金鋼容器，大多采用這種結(jié)構(gòu)。在用于重要設(shè)備時，焊縫應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)，在確保焊接質(zhì)量的前提下，這種形式的補強效果接近整鍛件補強。,●整鍛件補強 整鍛件補強是在開孔處焊上一個特制的整體鍛件，補強金屬集中在應(yīng)力最大的部位，采用對接焊且使接頭遠離應(yīng)力集中區(qū)域，補強效果最好、特別是抗疲勞性好。但鍛件加工復(fù)雜、且成本高，所以只用在重要的設(shè)備上。如容器受低溫、高溫，交

18、變載荷的較大開孔等。四、等面積補強的計算 ◆等面積補強法的原則 在有效補強范圍內(nèi)的補強金屬截面積要大于或等于開孔中心在殼體縱截面內(nèi)開孔而被削弱的金屬面積。,◆ 等面積補強的計算 ● 計算筒體或球殼上開孔后被削弱的金屬截面積A 筒體上開孔后被削弱的金屬面積A是指筒體在軸向截面上開孔的投影面積。 按下式計算,,,等面積補強計算圖,● 確定有效補強范圍 ▲ 有

19、效補強范圍 由于開孔處應(yīng)力集中產(chǎn)生在孔周圍很小的范圍內(nèi)，所以只有在此范圍內(nèi)的補強金屬才有效，稱之為有效補強范圍。 ▲ 有效寬度B 取兩者中的較大值,,▲ 外側(cè)有效高度h1 取兩者中的較小值 ▲ 內(nèi)側(cè)有效高度h2

20、 取兩者中的較小值 ● 計算有效補強范圍內(nèi)可以用來補強的金屬截面積 A1—殼體的有效厚度減去計算厚度之外多余的金屬面積；,,,A2— 接管有效厚度減去計算厚度之外多余的金屬面積； A3—有效補強區(qū)內(nèi)焊縫的截面積，具體計算見圖。 以上A1、A2和A3三部分有效補強面積都不是由補強圈提供的，如果A1+A2+A3≥A，則開孔后不需另行補強；如果A1+A2+A3＜A，

21、則開孔后需要另行補強，所增加的補強金屬截面積為A4，應(yīng)滿足 ：,,,由上式可得補強圈的厚度為 注意： 補強時，所使用的補強材料一般需與殼體材料相同，若補強材料許用應(yīng)力小于殼體材料許用應(yīng)力，則補強面積應(yīng)隨殼體材料與補強材料許用應(yīng)力之比而增加；若補強材料許用應(yīng)力大于殼體許用應(yīng)力，則所需補強面積不得減少。 對于橢圓形、碟形封頭的開孔補強計算可參見GB150 中的有關(guān)規(guī)定。,,,五、標(biāo)準(zhǔn)補強圈及其選

22、用 ◆ 標(biāo)準(zhǔn)補強圈 為了使補強設(shè)計和制造更為方便，中國對常見的補強圈及補強管制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，補強圈標(biāo)準(zhǔn)為HG21506，補強管標(biāo)準(zhǔn)為GHJ527。標(biāo)準(zhǔn)補強圈的直徑和厚度就是按等面積補強法計算而得出的。 ◆ 標(biāo)準(zhǔn)補強圈結(jié)構(gòu) 根據(jù)內(nèi)側(cè)焊接坡口的不同，補強圈分為A、B、C、D、E、F六種結(jié)構(gòu).,標(biāo)準(zhǔn)補強圈結(jié)構(gòu),◆ 補強圈結(jié)構(gòu)的適用范圍A型適用于無疲勞、無低溫及大的溫度梯度的一類壓力容器，且要

23、求設(shè)備內(nèi)有較好的施焊條件。B型適用于中壓、低壓及內(nèi)部有腐蝕的工況，不適用于高溫、低溫、大的溫度梯度及承受疲勞載荷的設(shè)備。S取管子名義壁厚的0.7倍，一般δn t=δn/2 (δn t為接管名義厚度；δn為殼體名義厚度)。C型適用于低溫、介質(zhì)有毒或有腐蝕性的操作工況，采用全焊透結(jié)構(gòu)，要求當(dāng)δn≤16 mm時，δn t≥δn/2；當(dāng)δn＞16 mm時，δn t≥8mm。D型適用于殼體內(nèi)不具備施焊條件或進入設(shè)備施焊不便的場合，采用全焊透

24、結(jié)構(gòu)，要求當(dāng)δn≤16 mm時，δn t≥δn/2；當(dāng)δn＞16 mm時，δn t≥8mm。E型適用于儲存有毒介質(zhì)或腐蝕介質(zhì)的容器，采用全焊透結(jié)構(gòu)，要求當(dāng)δn≤16 mm時，δn t≥δn/2；當(dāng)δn＞16 mm時，δn t≥8mm。F型適用于中溫、低溫、中壓容器及盛裝腐蝕介質(zhì)的容器，要求當(dāng)δn≤16 mm時，δn t≥δn/2，當(dāng)δn＞16 mm時，δn t≥8mm，且接管公稱直徑DN≤150 mm.,◆ 標(biāo)準(zhǔn)補強圈的選用

25、 若需采用補強圈補強 ，可采用以下程序來選擇標(biāo)準(zhǔn)補強圈： ● 確定補強圈的尺寸； ● 由設(shè)備的工藝參數(shù)決定補強圈的結(jié)構(gòu)； ● 補強圈材料取與被補強殼體材料相同。,六、人孔、手孔及接管 ◆ 人孔和手孔 ● 人孔和手孔的設(shè)置條件 為了設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件的安裝和檢修方便，需要在設(shè)備上設(shè)置人孔或手孔。當(dāng)容器的內(nèi)徑為450～900mm時，一般不考慮設(shè)置人孔，可開設(shè)1～2個手孔；內(nèi)徑大于900mm時至少應(yīng)設(shè)置

26、一個人孔；設(shè)備內(nèi)徑大于2500 mm時，頂蓋與筒體上至少應(yīng)各開設(shè)一個人孔。,● 化工設(shè)備上常用的人孔結(jié)構(gòu),回轉(zhuǎn)蓋板式平焊人孔1—筒節(jié)；2—螺栓；3—螺母；4—法蘭；5—墊片；6法蘭、7—把手；8—軸銷；9—銷；10—墊圈；11、14—蓋軸耳；12、13—法蘭軸耳,水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔 1—筒節(jié)；2—法蘭； 3—墊片； 4—法蘭蓋；5—螺柱；6—螺母；7—吊環(huán)；8—轉(zhuǎn)臂；9—墊圈；10—螺母；11—

27、吊鉤；12—環(huán)；13—無縫鋼管；14—支承板,垂直吊蓋帶頸平焊法蘭人孔 1—法蘭蓋； 2—墊片； 3—法蘭； 4—螺柱； 5—螺母； 6—筒節(jié)； 7—把手； 8—吊環(huán)； 9—吊鉤； 10—螺母； 11—墊圈； 12—轉(zhuǎn)臂； 13—環(huán)； 14—無縫鋼管； 15—支承板,◆ 接管 ● 接管的分類 化工設(shè)備上使用接管大致可分為兩類 一類

28、是通過接管與供物料進出的工藝管道相連接，這類接管一般都是帶發(fā)蘭的短接管、直徑較粗。,帶法蘭的短接管 鑄造接管 管接頭加固,另一類接管是為了控制工藝操作過程，在設(shè)備上需要裝設(shè)一些接管，以便和壓力表、溫度計、液面計等相連接。此類接管直徑較小，可用帶發(fā)蘭的短接管，也可用帶內(nèi)、外螺紋的短管直接焊在設(shè)備上。,筋板支撐結(jié)構(gòu),第三節(jié) 設(shè)備的支座,一、設(shè)備支座的應(yīng)用 ◆ 設(shè)備支座的作用

29、 支承設(shè)備 固定其位置 ◆ 不同容器的支座形式 ● 臥式容器支座,● 立式容器支座,● 球形容器支座,二、支座的類型結(jié)構(gòu) ◆ 鞍式支座 ● 鞍式支座的結(jié)構(gòu)形式 焊制鞍式支座：由一塊底版、一塊腹板、若干個筋板，在大部分情況下還有一塊墊板所組成。當(dāng)容器的公稱直徑大于900mm時采用焊制鞍式支座。 彎制鞍式支座：底版和腹板是用同一塊鋼板彎制，有時也有筋板和墊板。當(dāng)公稱直徑在900mm以

30、下時，可采用彎制鞍式支座，也可采用焊制鞍式支座。,◆ 裙式支座,1—基礎(chǔ)環(huán)；2—地腳螺栓座；3—蓋板；4—檢查孔；5—封頭；6—塔體；7—引出孔8—引出管；9—裙座體；10—地腳螺栓；11—墊板；12—筋板；13—支承板,◆ 其他類型支座,支承式支座,耳式支座,腿式支座,第四節(jié) 設(shè)備的安全附件,一、安全閥 ◆ 安全閥的構(gòu)造及工作原理 ● 安全閥的構(gòu)造,彈簧式安全閥,1—閥體； 2—閥瓣；

31、 3—閥桿；4—閥蓋； 5—彈簧； 6—提升手柄;7—調(diào)整螺桿； 8—鎖緊螺母； 9—閥帽.,,●安全閥的工作原理： 容器正常工作時介質(zhì)作用在閥瓣上的力小于彈簧對閥瓣的壓力，所閥瓣緊靠在閥體上，閥是關(guān)閉的；當(dāng)容器內(nèi)的壓力超過規(guī)定的工作壓力并達到安全閥的開啟壓力時，介質(zhì)作用于閥瓣上的力大于彈簧對閥瓣的壓力，于是閥瓣離開閥體，安全閥開啟，設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)排出；當(dāng)排出一部分介質(zhì)后容器內(nèi)壓力很快降低至正常的工作

32、壓力，此時介質(zhì)作用于閥瓣的力小于彈瓣 的壓力，使安全閥再次關(guān)閉，設(shè)備繼續(xù)工作。,●安全閥的優(yōu)點 只排放容器內(nèi)高于規(guī)定部分的壓力，當(dāng)壓力降至正常工作壓力時閥就可自動關(guān)閉，不影響設(shè)備的繼續(xù)工作，且安全閥調(diào)整也比較容易。 ●安全閥的缺點 密封性較差，即使是符合規(guī)定的安全閥也難免有微量的泄漏，由于彈簧的慣性作用使閥的開啟和關(guān)閉都有滯后現(xiàn)象，難以適應(yīng)急劇化學(xué)反應(yīng)迅速升壓所需要的快速泄放要求，對粘性較

33、大或有結(jié)晶體的液體介質(zhì)，閥瓣有時可能會被粘住而影響開啟精度 。,●安全閥適用范條件 適用于介質(zhì)是比較清潔的氣體（空氣、水蒸氣等）的設(shè)備上，不宜用于介質(zhì)具有劇毒性的設(shè)備，更不能用于容器內(nèi)有可能產(chǎn)生劇烈的化學(xué) 反應(yīng)而使壓力急劇升高的設(shè)備。 ◆ 安全閥的選用 選用安全閥應(yīng)從以下幾方面考慮 ● 結(jié)構(gòu)形式 主要決定于設(shè)備的工藝條件和工作介質(zhì)的特性。 ● 泄放量 安全閥

34、的額定泄放量必須大于等于容器的安全泄放量。,● 壓力范圍 安全閥在容器設(shè)計溫度下的許可壓力大于等于容器的設(shè)計壓力。 ◆ 安全閥的安裝與調(diào)試 ◆ 安全閥的使用與維護,二、爆破片 ◆ 爆破片裝置的構(gòu)造及工作原理,爆破片裝置結(jié)構(gòu),◆ 爆破片的適用范圍 爆破片適用在以下不宜安裝安全閥的容器上 ●由于物料的化學(xué)反應(yīng)或其他原因內(nèi)壓力在瞬間急劇上升的場合。 ●工作介質(zhì)為劇毒氣體或極為

35、昂貴氣體的場合。 ●工作介質(zhì)易于結(jié)晶、聚合、或黏性較大，容易堵塞安全閥或使閥瓣被粘住的場合。 ◆ 爆破片的安裝和使用要求,三、壓力表◆ 壓力表的類型及構(gòu)造 ● 壓力表的類型 液柱式、彈性元件式、活塞式、電量式 ● 壓力表的構(gòu)造,單彈簧管壓力表1—彈簧彎管；2—支座；3—表殼；4—接頭；5—拉桿；6—彎曲杠桿；7—指針；8—刻度盤,◆ 壓力表的選擇及使用 ● 壓力表

36、的選擇 ★ 壓力表的最大量程應(yīng)與容器的工作壓力相適應(yīng)。 ★ 壓力表必須要有足夠的精度。 ◆ 壓力表的安裝及維護 四、液面計和溫度計 ◆ 液面計的類型 化工生產(chǎn)中常用的液面計按結(jié)構(gòu)形式有玻璃管液面計、玻璃板液面計、浮子液面計和浮標(biāo)液面計，其中以玻璃管液面計和玻璃板液面計最為常用。,◆ 液面計的選用 ● 設(shè)備高度在3m以下，介質(zhì)流動性較好、不