化工机械基础(4-9)

第九章压力容器通用零部件9.1概述容器的零部件(例如封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜、液面计等)标准化、系列化，许多化工设备(例如贮槽、换热器、搪玻璃与陶瓷反应器)也有了相应的标准。9.2压力容器零部件标准的两个最基本参数在压力容器及其零部件标准中，需要用到的两个最基本参数为公称直径(尺寸)和公称压力。标准化的目的：为了方便过程设备的设计工作、有利于过程设备及其零部件的批量生产和施工安装。1)压力容器的公称直径由钢板卷制而成的筒体，其公称直径的数值等于内直径。当筒体直径较小时，可直接采用无缝钢管制作，此时公称直径的数值等于钢管外直径。设计时，应将工艺计算初步确定的容器直径，圆整为符合表9-1所规定的公称直径。(1)公称直径(尺寸)公称直径(尺寸)是压力容器和管道标准化后的尺寸系列，用DN表示，单位为mm。对于压力容器和管道，两者公称尺寸的意义有所不同。压力容器的公称直径DN/mm3003504004505005506006507007508008509009501000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500260027002800290030003100320033003400350036003700380039004000410042004300440045004600470048004900500051005200530054005500筒体由钢板卷而制成56005700580059006000——————————筒体由无缝钢管制作159219273325377426管子的公称尺寸既不是管子内直径，也不是管子外直径，而是一种为使管子与管件之间实现相互连接、具有互换性而标准化的系列尺寸。管子的公称尺寸与管子的外直径是逐一对应的，而同一公称尺寸管子的内直径则因管壁厚度的不同而有多种数值。管子的公称尺寸同样用DN表示，单位为mm。2)管子的公称尺寸中国标准HG/T20592～20635使用两套配管的钢管外径尺寸系列：(1)一套是国际上通用的配管系列，也是国内石油化工引进装置中广泛使用的钢管尺寸系列，俗称英制管；(2)另一套钢管尺寸系列是国内化工及其他工业部门至今仍然广泛使用的钢管外径尺寸系列，俗称公制管。两套钢管外径尺寸系列与公称尺寸的对应关系见表9-2。表9-2钢管外径尺寸系列DN101520253240506580100125150200250公制管141825323845577689108133159219273英制管17.221.326.933.742.448.360.376.188.9114.3139.7168.3219.1273DN300350400500600700800900100012001400160018002000公制管325377426530630720820920102012201420162018202020英制管323.9355.6406.4508610711813914101612191422162618292032与压力容器筒体或钢管相配的零部件，如压力容器法兰、容器支座、封头和管法兰等，其公称尺寸就是相配筒体或钢管的公称尺寸。凡是与某一容器筒体相配的零部件都具有相同的公称直径，即筒体的公称直径。3)其他零部件的公称直径(尺寸)公称压力就是标准零部件在一定的温度和采用一定的材料时所能承受的最高压力。对于支座等非受压元件，则没有公称压力的概念，但仍要考虑其所受的载荷。(2)公称压力压力容器的零部件，如压力容器法兰，其公称压力是指在规定的螺栓材料和垫片的基础上，用Q345R材料制造的法兰在200°C时所允许的最高工作压力，用PN表示，单位为MPa。如PN0.60的压力容器法兰，是指该法兰用Q345R材料制作、在200°C时所允许的最高工作压力为0.60MPa。根据GB/T1048的规定，管道元件的公称压力是指管道系统元件的力学性能和尺寸特性相关、用于参考的字母和数字组合的标识，由字母PN和后跟无因次的数字组成。如PN2.5的管法兰，其公称压力为2.5bar(1bar=0.1MPa)，其允许压力取决于管法兰的PN数值、材料和设计以及允许工作温度等，允许压力值在相应标准的压力-温度等级表中查取。1)压力容器零部件和管道元件的公称压力意义和表示方法国际通用的公称压力等级有两大体系，即欧洲体系和美洲体系。欧洲体系采用PN系列表示公称压力等级，如PN2.5、PN50等。美国等一些国家习惯采用Class系列表示压力等级，如Class150、Class300等。需要注意的是，PN和Class都是用于表示公称压力等级系列的符号，其本身并无量纲。PN系列与Class系列间的相互对应关系以及所表示的公称压力值见表9-3。2)公称压力等级的大小表9-3PN系列与Class系列间的相互对照以及所表示的公称压力值在压力容器设计选用标准零部件时，则应依据相应标准的规定，由零部件的设计温度、设计压力及所用材料确定所选标准零部件的公称压力。公称直径(尺寸)和公称压力是选择标准零部件的主要参数。所选的标准零部件应按相应标准的规定进行标记。(3)在选用标准零部件时的应用3129.3法兰连接9.3.1法兰连接结构法兰分类方法较多按法兰接触面宽窄窄面法兰：法兰的接触面处在螺栓孔圆周以内宽面法兰：法兰的接触面扩展到螺栓孔圆周外侧按法兰应用场合容器法兰管法兰与此对应，法兰标准也有容器法兰和管法兰标准1、法兰的分类按法兰结构类型分法兰的基本结构形式按组成法兰的圆筒、法兰环、锥颈三部分的整体性程度分为：松式法兰整体法兰任意式法兰（活套法兰、螺纹法兰）（整体法兰）（焊接法兰）法兰结构类型（松式法兰）松式法兰活套法兰螺纹法兰搭接法兰指法兰不直接固定在壳体上或者虽固定而不能保证与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。如：活套法兰、螺纹法兰、搭接法兰等。活套法兰螺纹法兰搭接法兰整体法兰法兰结构类型（整体法兰）将法兰与壳体锻或铸成一体或经全熔透的平焊法兰整体法兰整体法兰任意式法兰法兰结构类型（任意式法兰）从结构来看，这种法兰与壳体连成一体，但刚性介于整体法兰和松式法兰之间。任意式法兰任意式法兰任意式法兰（a）全平面（b）突面（c）凹凸面（d）榫槽面（e）环连接面（T型槽）2、密封面形式凹凸面法兰连接榫槽面法兰连接(1)垫片材料的选择用来制作垫片的材料，要求能耐介质腐蚀，不与操作介质发生化学反应，不污染产品和环境，具有良好的弹性，有一定的机械强度和适当的柔软性，在工作温度和压力下不易变质(如老化和硬化)。根据不同的介质及其工作温度和压力，垫片材料可以有金属、非金属和金属-非金属组合型三大类。选用垫片材料时，可参考相关的设计手册。3垫片的选择(2)垫片尺寸的选择垫片的几何尺寸主要表现在其厚度和宽度，垫片愈厚，变形量就愈大。中低压容器及管道适用垫片厚度通常为1～3mm，垫片宽度常在10～30mm范围内。垫片的尺寸及其选择可按GB150进行设计或按我国现行的管法兰及压力容器法兰垫片尺寸标准进行选用。为了设计与制造的方便，我国各相关部门制订了压力容器法兰标准和管法兰标准。中国的压力容器法兰标准为：JB/T4700～JB/T4703。中国的管法兰标准有HG/T20592～HG/T20635、JB/T74和GB/T9112～GB/T9125三种。压力容器法兰标准适用于容器壳体之间的连接，管法兰适用于管道之间的连接，两者不能互换。选择法兰的主要参数是公称直径(尺寸)和公称压力。9.3.2法兰标准(1)根据压力容器法兰标准JB/T4700～JB/T4707的规定，压力容器法兰可分成平焊法兰和长颈法兰两类。平焊法兰又分为甲、乙两种形式。各类法兰的使用范围和所用材料见表15-4(2)压力容器法兰标准的选用选用标准法兰时，法兰的公称直径就是与其相配容器的公称直径，是已知量；法兰的公称压力则须视法兰的材料与工作温度而定。在选定法兰的公称直径和公称压力之后，根据工艺要求和物料性质，即可确定法兰类型和密封面型式，然后由相应的法兰标准得到各部分尺寸。9.3.2.1压力容器法兰标准还要指出的是，法兰的每个公称压力是表示一定材料和一定温度下的最大工作压力。工作温度升高，金属材料的许用应力值将降低，对既定法兰，其允许工作压力也就降低，反之亦然。材料不同，许用应力值也就自然不同，允许工作压力也相应改变。例如，公称压力PN0.25的法兰指用材料Q345R制作的法兰，在200°C时它的最大允许工作压力是0.25MPa，如表15-5所示。如果这个PN0.25的法兰用在300°C温度下，由于这时材料的许用应力值降低，则它的最大允许工作压力只有0.21MPa(即所谓降压使用)。(3)压力容器法兰标记压力容器法兰标记由如下五部分代号组成：①(法兰名称及代号)；②(密封面型式代号)；③(公称直径，mm)；④(公称压力，MPa)；⑤(标准号)。其中，法兰名称及代号见表15-6，密封面代号见表15-7。[例9-1]公称压力为1.6MPa、公称直径为800mm、带衬环的榫面乙型平焊法兰,标记为：法兰C-T800-1.60JB/T4702-2000HG/T20592～HG/T20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准包括国际通用的欧洲和美洲两大体系，是一套内容完整、体系清晰、适合国情并与国际接轨的标准，自颁布以来在化工、炼油、冶金、电力、轻工、医药和化纤等领域得到了广泛的应用。下面主要介绍欧洲体系HG/T20592的部分内容。9.3.2.2管法兰标准根据HG/T20592的规定，管法兰可分为10种类型，其结构类型名称及其代号如图15-7所示。各种类型法兰的密封面型式及其适用范围见表15-10。(1)管法兰的类型和密封面型式管法兰标记由八部分代号组成：标准号；法兰类型代号；公称尺寸，mm；公称压力等级PN；密封面形式代号；钢管厚度，mm；材料牌号；其他。(2)管法兰的标记[例9-2]公称尺寸为DN1200、公称压力为PN6、配用公制管的突面板式平焊钢制管法兰，材料为Q235A，其标记为：HG/T20592法兰PL1200-6RFQ235A[例9-3]公称尺寸为DN300、公称压力为PN25、配用英制管的凸面带颈平焊钢制管法兰，材料为20钢，其标记为：HG/T20592法兰SO300(A)-25M209.4容器支座支座是用来支承容器及设备重量，并使其固定在某一位置的压力容器附件。在某些场合还受到风载荷、地震载荷等动载荷的作用。支座支座耳式支座支撑式支座腿式支座裙式支座立式支座鞍式支座圈式支座支腿支座卧式支座9.4.1、卧式容器支座形式：鞍座、圈座及支腿三种其它：圈座：用于大直径薄壁容器和真空容器，增加局部刚度。支腿：重量较轻的小型容器。应用：常见的大型卧式储罐、换热器等多采用鞍座。是应用最为广泛的一种卧式容器支座。(1)鞍座的结构与选用鞍座是由腹板、筋板和底板构成，如下图所示。鞍座已有系列标准(JB/T4712)。其公称直径即为筒体公称直径，每一公称直径的规格都有轻型(A型)和重型(B型)两种。A型鞍座有DN1000～4000mm的23种系列尺寸。B型鞍座则有DN159～426mm和DN300～4000mm的几十种系列。对于每一种型式，又可以分为固定式(代号为F)和滑动式(代号为S)两种。两者的主要区别仅在于底板上地脚螺栓孔的形状不同。滑动式底板上的螺栓孔为长圆形，安装地脚螺栓时采用两个螺母，第一个螺母拧紧后倒退一圈，然后用第二个螺母锁紧，以使鞍座能在基础面上自由滑动。卧式容器一般采用双支座，一个固定式，一个滑动式。(2)标准鞍座的选用①按鞍座实际承载的大小确定选用轻型(A型)和重型(B型)鞍座；②根据容器圆筒强度的需要确定选用120°或150°包角的鞍座。(3)鞍座的标记由以下六部分代号组成：①(标准号)；②(鞍座)；③(型号)；④(公称直径,mm)；⑤(支座型式)；⑥(其他)。[例9-8]公称直径DN325mm，