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)LSHhdLδδS(0.3~0.5)d6.4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)LSHhdSHhd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。123mmmm2mgFDN2mgF(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12idD0.1Di13idDdDi≥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)ooetAdSSSfr0.5[2()(1)]OOntrAdSSSCfdA1A2A3B=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[]0.5ciotcpDSprfrfntS1A1()()2()(1)eoeteorABdSSSSSf2A21222()2()nttrntrAhSSCfhSCCf3A2312Ah(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()nOiAAAASCDDl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123456DiPN、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