16化工设备通用零部件

主讲教师：刘剑16.1概述16.2筒体和封头16.3法兰联接16.4设备的支座16.5设备的开孔与附件16.6容器设计举例16.7容器设计中的几种强度失效准则16.1概述为了方便化工设备的设计工作、有利于设备及零部件的批量生产和施工安装，我国有关部门已将某些化工设备及其常用零部件制订了系列标准。设备如贮槽、换热器、搪瓷反应釜等；零部件如封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜、液位计、填料箱、搅拌桨等，都有了相应的标准。设备及零部件标准的最基本的参数是公称直径DN和公称压力PN。16.1.1公称直径DNA压力容器的公称直径用钢板卷制而成的筒体，其公称直径的数值是指内径；当筒体较小时可直接使用无缝钢管，此时的公称直径的数值是指钢管的外径。筒体由钢板卷制而成3003504004505005506006507007508009001000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500260028003000320034003500360038004000420044004500460048005000520054005500560058006000筒体由无缝钢管制作159219273325377426公称直径的标注方法，如：直径1200㎜的容器：公称直径DN1200管子的公称通径，它既不是管子的内径也不是管子的外径，而是一个略小于外径的数值。只要管子的公称通径一定，它的外径也就确定了。我国石油化工部门广泛使用的钢管公称通径和钢管外径配有A、B两个系列：A系列为国际通用系列（俗称英制管），B系列为国内沿用系列（俗称公制管）。公称通径DN101520253240506580100125150200250钢管外径A17.221.326.933.742.448.360.376.188.9114.3139.7168.3219.1273B141825323845577689108133159219273公称通径DN300350400500600700800900100012001400160018002000钢管外径A323.0355.6406.4508610711813914101612191422162618292032B325377426530630720820920102012201420162018202020公称直径相同的零部件，由于工作压力不同，某些尺寸将有所不同。制定系列标准，就得规定若干压力等级。这种规定的标准压力等级就是公称压力等级。公称压力以“PN”为其代号。我国标准GB1048规定公称压力十个等级：0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4MPa、6.3MPa、10MPa、16MPa、25Mpa。16.2.1筒体设计时筒体的相应直径必须符合表16-1的规定，否则就没有标准的封头可与之相配。常见筒体的公称尺寸见P316表16-3。16.2.2封头常见封头的名称及型式参数见P317表16-4和P321表示16-7（注意以外径计和以内径计的差别）。以内径作为公称直径的标准椭圆形封头（代号为EHA）的总深度H、内表面积A和容积V的系列尺寸，如表16-5所示，其名义厚度和封头质量如表16-6所示。（1）以内径为基准的椭圆形封头DN2600mm，δn=20mm，材质为16MnR，其标记为：EHA2600×20-16MnRJB/T4746-2002（2）夹套内径1600mm，翻边直径di=1520mm，转角半径r=50mm，名义厚度δn=10mm，总高度H=1700mm，其标记为：JA1600/1520×10×50×1700HG-21607法兰联接的特点：（1）密封可靠在规定的工作压力、温度下和介质的腐蚀情况下能保证紧密不漏；（2）强度足够附加法兰等结构后不致于削弱整体的强度；（3）适用面广在设备和管道上都能应用，尺寸范围大；（4）可拆结构可多次重复装拆，但较费事；（5）经济和理小型法兰大批生产，成本低，大型法兰则成本高。16.3.1工作原理（图16-1）A按法兰与设备（或管道）的联接型式分类（1）焊接法兰松套法兰法兰不与筒体、封头或管段联成一体，它可以套在翻边上，（图16-3（a）），也可以套在焊环上（图16-3（b））。一般只用于压力较低的场合。螺纹法兰法兰与管段用螺纹联接，见图16-4。（1）平密法兰密封面是一圈平面，有时在平面上车制出两圈或多圈V型沟槽。（2）凹凸密封面一个法兰制成凸面，一个法兰制出凹面，垫片放在凹面上，压紧时不会被挤出。（3）榫槽密封面一个法兰上制成一圈凸榫，另一个法兰上制出一圈凹槽，垫片放在凹槽中，且较窄，易被压紧，密封性好。（4）环密封面在两联接法兰面上各车制一圈梯形槽，中间配以截面为椭圆形或八角形的环形金属垫片。（1）圆形法兰制造方便，最为常用。（2）方形法兰便于管道排列紧凑。（3）腰圆形法兰常用于阀门和小直径高压管道上。见图16-6A压力容器法兰标准选用标准法兰，必须已知设备的公称直径与公称压力，法兰的公称直径必须与其一致，法兰的公称压力须视法兰的材料与工作温度而定。表16-12给出甲乙型法兰的适用材料及在各温度下的最大允许工作压力。已知设备的DN=1200mm，PN=0.59MPa，操作温度为150℃，则法兰的DN必须是1200mm，如选用甲型平焊法兰，材料为16MnR，则PN可用0.6MPa级这一规格，因其允许工作压力为0.6MPa。如法兰材料选用Q235-A，则PN应选用1.00MPa的规格。表16-13甲型平焊法兰的结构尺寸表16-20PN0.25及PN0.6MPa板式平焊钢制管法兰化工设备上的支座是支承设备重量和固定设备位置用的一种不可缺少的部件。在某些场合，支座还可能承受设备操作时的振动、地震载荷、风雪载荷等。支座的结构形式和尺寸往往决定于设备的型式、载荷情况及构造材料。最常见的有：耳式支座、支承式支座和鞍式支座。耳式支座又称悬挂式支座，其安装位置见P273图14-2。要求：了解A、AN（不带垫板）和B、BN（不带垫板）的差别、结构尺寸和选用方法。表16-22A、AN型支座系列参数尺寸表16-23B、BN型系列参数尺寸掌握根据设备总重选择支座类型或数量。其结构见P346，结构尺寸和选用参见P347表16-25。为了使设备能够进行正常的操作与维修、在封头和筒体上需要开必要的孔道以便安装各中附件，如各种物料的进出管口、仪表的接口装置、人孔、手孔和视镜等。在设备上开孔，需要考虑孔的位置、大小对设备强度的削弱程度及是否需要补强等问题。A设备的管口与凸缘设备与管道的连接，设备上测量、控制仪表的安装，都是通过设备上的管口与凸缘来实现的。人孔、手孔、检查孔（349页见表16-27）人孔、手孔、检查孔（349页见表16-27）视镜视镜为了使设备能够进行正常的操作与维修、在封头和筒体上需要开必要的孔道以便安装各中附件，如各种物料的进出管口、仪表的接口装置、人孔、手孔和视镜等。在设备上开孔，需要考虑孔的位置、大小对设备强度的削弱程度及是否需要补强等问题。局部补强：整体补强1、弹性失效准则2、塑性失效准则3、弹塑性失效准则4、疲劳失效准则5、断裂失效准则6、蠕变失效准则弹性失效准则是把远离与封头、法兰连接边缘处、而又非接管区的壳体上可能出现的最大应力，限制在弹性范围即屈服极限之下，如果考虑安全系数，可使上述最大应力限制在许用应力[σ]之下。持塑性失效准则导致容器失效的观点认为，壳体上一点的应力达到屈服极限时，并不导致容器的失效，只有当壳体整体屈服，容器才算失效。塑性失效准则的限制条件可由极限设计法予以确定。在壳体应力远低于屈服极限的情况下，壳体边缘处的局部区域可能已达到材料屈服极限，并产生弹性变形。在交变应力作用下，容器局部结构不连续处将成为疲劳失效的起源。压力容器由于疲劳而引起的破坏占有相当的比重。根据传统的强度设计观点，工作应力达到屈服极限时，发生屈服，当工作应力达到强度极限时发生断裂。随着高强度钢的普遍采用，材料强度提高而韧性往往降低，而且由于漏检缺陷的存在，水压试验或操作时就有可能在工作应力低于屈服极限甚至低于许用应力的情况下发生脆性断裂——低应力破坏。这种失效现象称为断裂失效。压力容器在高温和内压的长期作用下，缓慢地、不断发生塑性变形，导致容器厚度不断减薄，最后导致破坏。蠕变失效准则将容器壳体的蠕变量限制在一定的允许范围内。1.设备及零部件标准的最基本参数是什么？2.国家标准GB1048规定管路公称压力有那些等级？3.了解EHA和EHB椭圆封头有什么不同？4.根据封头的直径查表封头的表面积和体积。5.了解法兰的标准及法兰的选用。6.根据法兰的型号、公称直径和公称压力确定法兰的基本尺寸。7.了解耳式支座和鞍式支座的选用。8.了解容器设计中的几种强度失效准则。