法蘭連接

1、,10 法蘭連接,常見的可拆連接：,,第一節(jié) 法蘭連接,法蘭聯(lián)接(flange，joint):由一對法蘭、一個墊片及若干個螺栓螺母組成。法蘭聯(lián)接是一種可拆聯(lián)接。,,法蘭連接,原理： 墊片放在兩法蘭密封面之間，擰緊螺母后，墊片表面上的比壓達到一定數(shù)值后產(chǎn)生變形，并填滿密封面上凹凸不平處，使聯(lián)接嚴密不漏。 性能： 較好的強度和密封性，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可多次重復拆卸，應(yīng)用較廣 。失效形式: 主要表現(xiàn)為泄漏,泄漏

2、量控制在工藝和環(huán)境允許的范圍內(nèi)。,,在墊圈單位面積上的最小壓緊力稱為墊圈的預緊密封比壓 （初始密閉條件）。,工作密封比壓：一個已經(jīng)形成了密封條件的法蘭連接（即墊圈已被壓縮到預緊密封比壓），在通入壓力介質(zhì)后，為不使介質(zhì)泄漏，在密封面與墊圈之間所必須保留下來的最低比壓。,一、法蘭的分類,按所聯(lián)接的部件： 容器法蘭、管法蘭。按結(jié)構(gòu)型式分： 整體法蘭、活套法蘭和螺紋法蘭。,左上一圖為連接塔節(jié)與塔節(jié)的容器法蘭

3、左上二圖為連接接管的管法蘭右下一圖為連接封頭與筒體、管箱與筒體的容器法蘭右下二圖為管法蘭,,二、法蘭連接受力分析,1、法蘭所受外力,2、法蘭在外力偶矩作用下的變形和內(nèi)力,例如：分離松節(jié)油α和β蒎烯的分離塔，真空操作，700mmHg，平型壓緊面，由于剛度不足使法蘭翹曲造成密封失效。,3、通過分析得出如下的幾點結(jié)論： （1）密封墊片是整個法蘭連接（包括法蘭、墊片、螺柱、螺母）的基礎(chǔ)。墊片的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和尺寸是影響螺栓力和法蘭力矩大小

4、的主要因素之一。（2）增加與法蘭盤連接處器壁（或管壁）的壁厚，不但會減小法蘭加給器壁的彎曲應(yīng)力，而且增厚的器壁會反過來增大法蘭盤的剛度、減小法蘭盤中的彎曲應(yīng)力。（3）對法蘭強度起主要作用的三個應(yīng)力都是彎曲應(yīng)力，而彎曲應(yīng)力的大小又與受彎構(gòu)件的厚度平方成反比，所以決定法蘭強度大小的關(guān)鍵尺寸是法蘭盤的厚度。對于帶頸的法蘭，增加頸的厚度對提高法蘭強度會有比增加法蘭盤厚度更好的效果。（4）在螺栓力一定的條件下，法蘭螺孔中心圓與密封墊片中徑之

5、間的距離越小，法蘭所承受的外力偶矩越小。在確定螺栓直徑與數(shù)目時，應(yīng)以螺孔中心圓直徑盡可能小為原則。,三、壓力容器法蘭標準,1、類型甲型平焊法蘭,乙型平焊法蘭,長頸對焊法蘭,平焊法蘭：通過角焊縫直接與設(shè)備或管道焊接的一種法蘭。其結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。(1)、用在容器上又分甲型平焊法蘭和乙型平焊法蘭。甲型平焊法蘭直接與容器焊接，其解焊縫尺寸較小或不開坡口焊接，不能保證法蘭與容器同時受力；乙型平焊法蘭附有一段較厚的短節(jié)，法蘭與短節(jié)的焊接質(zhì)量

6、可靠，能保證法蘭與容器同時受力。平焊法蘭廣泛用于中、低壓容器和管道的連接。對焊法蘭又稱高頸法蘭剛性較大，適用于壓力溫度較高的場合,圖（f）為甲型平焊法蘭圖（g）為乙型平焊法蘭圖（e）為法蘭,,板式平焊鋼制法蘭（甲型）,,,帶頸平焊法蘭,,帶頸對焊法蘭,,,左上一圖為法蘭端蓋右下一圖為管板法蘭右下二圖為平板法蘭,(3) 、其它形式的法蘭連接,,18,2、結(jié)構(gòu),法蘭密封面形式,（1）平面型密封面： （a） （b）；（

7、2） 凹凸型密封面： （c）；（3）榫槽型密封面： （d）；,,（一）、平面型密封面：是在平面上加工出幾道淺槽，其結(jié)構(gòu)簡單但墊圈沒有固定，不易壓緊。適用于壓力不高、介質(zhì)無毒的場合；,,,19,壓緊面是光滑的，（b）形式有三角形斷面的溝槽。適用于公稱壓力P≤2.5Mpa，廣泛應(yīng)用于P≤0.6Mpa, 壓緊面的寬度：壓力容器法蘭：20～60mm，管法蘭：10～20mm。,,（二）凹凸密封面：是相配合

8、的凹形和凸形密封面。安裝時便于對中，還能防止墊片被擠出。但墊片寬度較大，須較大壓緊力。適用于壓力稍高的場合,,,,20,在凹型面內(nèi)放置墊片，其優(yōu)點是便于對中，能夠防止軟質(zhì)墊片的擠出，而且比平行面窄，容易壓緊。最大DN=3000mm, PN≤6.4 Mpa,（三）榫槽密封面：是具有相配合的榫面和槽面的密封面，墊片較窄，放在槽內(nèi)，由于受槽的阻擋，不會被擠出。很少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕。安裝時易對中。墊片受力均勻，故密封可靠。適用于易燃、易爆、有

9、毒介質(zhì)及壓力較高的重要密封。但更換墊片困難，法蘭造價較高。,,法蘭連接是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的連接方法。當前，國內(nèi)外均已將法蘭標準化。 我國實施的法蘭標準： JB4701－2000 甲型平焊法蘭； JB4702－2000 乙型平焊法蘭； JB4703－2000 長頸對焊法蘭； JB/T84－94 凹凸面對焊環(huán)板式松套鋼制法蘭； JB/T85－94 翻邊板式松套鋼制法蘭。,法 蘭 標 準,法蘭標準中所含內(nèi)容:,

10、法 蘭 標 準,公稱直徑DN,1.管道法蘭：其公稱直徑與相配的管子直徑相一致。管子的公稱直徑不是管子的內(nèi)徑或外徑，是與管子內(nèi)徑相近的一個圓整數(shù)值。 例如：DN100，具體尺寸為：φ108×3.5，φ108×4，φ108×4.5，（摘：GB8163－87，熱軋鋼管） DN100，(4 inch) φ114×4， （摘：GB3091－82，GB3092－82，水、煤氣輸送鋼管）2.化

11、工容器及設(shè)備法蘭：其公稱直徑為設(shè)備內(nèi)徑 DN 300～4000mm 小直徑設(shè)備常用無縫鋼管制造。,公稱壓力PN,法蘭標準中所列的能夠承受的公稱壓力PN，是以法蘭材質(zhì)為16MnR時計算而得，操作溫度為：200℃。七個等級：見p281,（2）、用在接管上又有板式平焊法蘭、帶頸平焊法蘭和帶頸對焊法蘭三種類型。,板式平焊法蘭：由于法蘭直接與鋼管焊接，法蘭盤在操作時受力狀態(tài)差，易發(fā)生形變。適用于低壓場合。帶頸平焊

12、法蘭：由于增加了一厚壁的短節(jié)法蘭頸，因此增加了法蘭的剛度，大大減小了法蘭變形。適用于中、低壓場合。帶頸對焊法蘭：其頸更長，又稱高頸法蘭，與管子之間采用的是對焊連接，受焊接時產(chǎn)生的應(yīng)力集中小，能承受較高的壓力。,,法蘭連接的密封,一、密封機理泄漏途徑：滲透泄漏、界面泄漏滲透泄漏:通過墊片材料本體毛細管的滲透泄漏，除了受介質(zhì)壓力、溫度、粘度、分子結(jié)構(gòu)等流體狀態(tài)性質(zhì)影響外，主要與墊片的結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì)有關(guān)。 界面泄漏:沿著墊片與壓緊面之

13、間的泄漏，泄漏量大小主要與界面間隙尺寸有關(guān)。加工時壓緊面上凹凸不平的間隙及壓緊力不足是造成“界面泄漏”的直接原因?！敖缑嫘孤笔敲芊馐У闹饕緩?。,,二、法蘭密封面的形式,法蘭的密封面主要根據(jù)工藝條件、密封口徑以及墊片等進行選擇。 （1）、容器法蘭的形式有：平面型、凹凸面、榫槽面等其中以凹凸面、榫槽面最為常用。（2）、管法蘭的形式有：全平面、突面、凹凸面、榫槽面和連環(huán)接面五種。前四種為常用的密封面。,,,非金屬墊片：,橡膠石棉

14、板、聚四氟乙烯等。柔軟耐溫度和壓力性能較金屬墊片差。只適用于常、中溫和中、低壓設(shè)備和管道的法蘭密封。,金屬與非金屬混合制墊片：,金屬包墊片及纏繞墊片等。金屬包墊片用薄金屬板（鍍鋅薄鋼板、0Cr18Ni9等）將非金屬包起來；金屬纏繞墊片是薄低碳鋼帶(或合金鋼帶)與石棉帶一起繞制而成。不帶定位圈和帶定位圈。,金屬包墊片及纏繞墊片較單純的金屬墊片有較好的性能，適應(yīng)的溫度與壓力范圍較高一些。,金屬墊片：,材料一般并不要求強度高，而

15、是要求軟韌。常用是軟鋁、紫銅、鐵(軟鋼)、蒙耐爾合金(含Ni67％，Cu30％，Cr4～5％)鋼等。主要用于中、高溫和中、高壓法蘭聯(lián)接密封。,墊片材料的選擇：,根據(jù)溫度、壓力以及介質(zhì)腐蝕決定，同時考慮密封面形式、螺栓力的大小以及裝卸要求等。查表10-13,㈠ 壓力容器法蘭標準,四、法蘭標準及選用,石油、化工上用的法蘭標準有兩類， 一類是壓力容器法蘭標準一類是管法蘭標準,襯,襯,1．平焊法蘭：,2．對焊法蘭

16、,長頸對焊法蘭有厚度更大的頸，剛性大。更高壓力范圍(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直徑范圍(DN300mm～2000mm)，適用溫度范圍為-20℃～450℃。,乙型平焊法蘭中DN 2000mm以下規(guī)格包括在長頸對焊法蘭的規(guī)定范圍之內(nèi)。兩者聯(lián)接尺寸和法蘭厚度一樣。DN2000mm以下的乙型平焊法蘭可用軋制長頸對焊法蘭代替，以降低成本。,平焊與對焊法蘭都有帶襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩種。當設(shè)備是由不銹鋼制作時，采用碳鋼法蘭加不銹鋼襯

17、環(huán)，可以節(jié)省不銹鋼。,3、公稱直徑與公稱壓力,根據(jù)公稱直徑與公稱壓力由法蘭標準確定法蘭尺寸壓力容器法蘭公稱直徑同壓力容器例如DN 1000mm的壓力容器，應(yīng)當配用DN 1000mm的壓力容器法蘭。,法蘭公稱壓力：,與最大操作壓力、操作溫度以及材料有關(guān)。定義：以16MnR在200℃時的機械性能為基準確定法蘭尺寸，在200℃時，它的最大允許操作壓力就認為是具有該尺寸法蘭的公稱壓力。公稱壓力PNO.6MPa法蘭，用16MnR制造

18、的，在200℃時，最大允許操作壓力0.6MPa。高于200℃的最大操作壓力將低于它的公稱壓力0.6MPa。低于200℃仍按200℃確定其最高工作壓力。,材料改為Q235-A，機械性能比16MnR差，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，200℃操作，最大允許操作壓力也低于公稱壓力。材料由16MnR改為15MnVR，機械性能優(yōu)于16MnR，公稱壓力PN0.6MPa的法蘭，在200℃操作時，最大允許操作壓力將高于它的公稱壓力。只要法

19、蘭的公稱直徑、公稱壓力確定了，法蘭的尺寸也就確定了。,最大允許工作壓力的確定：,為操作溫度300℃，設(shè)計壓力0.6MPa的容器選配法蘭。材料15MnVR按公稱壓力0.6MPa查取。材料20R按公稱壓力1.0MPa查取尺寸。,課堂作業(yè)：,㈡ 管法蘭標準,同樣公稱直徑的容器法蘭和管法蘭的尺寸不相同，不能互相代用。管法蘭的型式除平焊、對焊法蘭外，還有鑄鋼法蘭、鑄鐵法蘭、活套法蘭、螺紋法蘭等。管法蘭標準查選方法、步驟與壓力容器法蘭同。,

20、GB9119.7-88外，常用標準還有：化工部標準HG20592～HG20602-97；中石化標準SH3406-96等。其中化工部標準中分為歐洲體系、美洲體系等，我國常用的為歐洲體系。,思考題：,1.法蘭墊片密封的原理是什么？影響密封的因素有哪些？2.法蘭的型式有哪些？各有什么特點？3.法蘭密封面型式有哪些？各適用什么場合？4.常用的墊片材料有哪些？作業(yè) ：P224 1、2、3,概述：,容器支座：支承容器重量、固定容器

21、位置并使容器在操作中保持穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)型式由容器自身的型式?jīng)Q定，分：臥式容器支座立式容器支座球形容器支座,第二節(jié) 容器支座,㈠ 鞍式支座,應(yīng)用最廣泛的臥式容器支座。已有標準JB/T4712-92 《鞍式支座》，根據(jù)容器公稱直徑和重量選用。 由橫向筋板、若干軸向筋板和底板焊接而成。在與設(shè)備連接處，有帶加強墊板和不帶加強墊板兩種結(jié)構(gòu)。,一、臥式容器的支座,臥式容器的支座有三種：鞍座、圈座、支腿,鞍座包角120°或

22、150°，安放穩(wěn)定。高度200、300、400和500mm。寬度b根據(jù)容器公稱直徑查出。,每種型式鞍座又分為固定式支座（代號F)：底板上開圓形螺栓孔和滑動式支座（S) ：底座開長圓形螺栓孔（安裝）,鞍座的種類與安裝：,鞍座分為A型（輕型）和B型（重型），重型又分為BⅠ～BⅤ五種型號。A型和B型的筋板和底板、墊板等尺寸不同或數(shù)量不同。,鞍座與筒體端部距離A確定： 當L/D較大，且無加強圈，應(yīng)盡量利用封頭對支座處筒體的加強

23、作用，取A≤0.25D；當筒體的L/D較小，d/D較大，或有加強圈時，取A≤0.2L。,㈡ 圈座,采用圈座的情況：對于大直徑薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成嚴重撓曲；多于兩個支承的長容器。除常溫常壓下操作的容器外，至少應(yīng)有一個圈座是滑動支承的。,㈢ 腿式支座,簡稱支腿連接處造成嚴重的局部應(yīng)力，只適用于小型設(shè)備（DN≤1600、L≤5m）。腿式支座的結(jié)構(gòu)型式、系列參數(shù)等參見標準JB/T 4714-92 《腿式支座

24、》。,二、立式容器的支座,立式容器的支座主要有：耳式支座 支承式支座裙式支座中、小型直立容器常采用前二種，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。,㈠ 耳式支座,簡稱耳座：墊板、筋板和支腳板。廣泛用在反應(yīng)釜及立式換熱器等直立設(shè)備上。簡單、輕便，但局部應(yīng)力較大。當設(shè)備較大或器壁較薄應(yīng)加墊板。不銹鋼制設(shè)備，用碳鋼作支座，防止合金元素流失，也需加一個不銹鋼墊板。,已標準化JB/T 4725-92 《耳式支座》。該標準分A型（

25、短臂）和B型（長臂）（有保溫層或直接放在樓板上）每類又分帶墊板與不帶墊板兩種結(jié)構(gòu),耳式支座選用的方法：,（1）估算設(shè)備總重，算每個支座（按2個計算）的負荷Q值；（2）確定支座型式，從表11-5或表11-6按允許負荷Q允大于實際負荷Q，選支座。 小型設(shè)備耳式支座，可支承在管子或型鋼制的立柱上。大型設(shè)備的支座往往擱在鋼梁或混凝土制的基礎(chǔ)上。,㈡ 支承式支座,用鋼管、角鋼、槽鋼制作，或用數(shù)塊鋼板焊成，型式、結(jié)構(gòu)、尺寸及材料JB/

26、T 4724-92 《支承式支座》。,適用范圍和結(jié)構(gòu)：,支承式支座分A型和B型。,支承式支座的選用：,選用見標準規(guī)定，尺寸按表10-8查。簡單輕便局部應(yīng)力較大，當殼體剛度較小、殼體和支座材料差異或溫度差異較大時，或殼體需焊后熱處理，應(yīng)設(shè)置加強板。加強板的材料應(yīng)和殼體材料相同或相似。,㈢ 裙式支座,塔設(shè)備最常用裙式支座。目前還沒有標準。各部分尺寸均需通過計算或?qū)嵺`經(jīng)驗確定。,思考題：,1、臥式容器和立式容器的支座有哪幾種？

27、2、雙鞍座臥式容器支座位置按哪些原則確定？,一、容器的開孔與補強,容器為什么要開孔？　　工藝、安裝、檢修的要求。開孔后，為什么要補強？削弱器壁的強度，出現(xiàn)不連續(xù)，形成高應(yīng)力集中區(qū)。,第三節(jié) 容器的開孔與附件,峰值應(yīng)力通常較高，達到甚至超過材料屈服極限。局部應(yīng)力較大，加之材質(zhì)和制造缺陷等,為降低峰值應(yīng)力，需要對結(jié)構(gòu)開孔部位進行補強，以保證容器安全運行。,開孔的形狀：,應(yīng)力集中和開孔形狀有關(guān)，圓孔的應(yīng)力集中程度最低。,㈠ 開孔

28、補強的設(shè)計與補強結(jié)構(gòu),在開孔附近區(qū)域增加補強金屬，提高器壁強度，滿足強度設(shè)計要求。容器開孔補強的形式分為整體補強和補強圈補強,1．整體補強,增加整個殼體的厚度，或用全焊透將厚壁接管或整體補強鍛件與殼體相焊，降低開孔附近的應(yīng)力。 應(yīng)力集中的局部性，除非制造或結(jié)構(gòu)需要，一般不把整個容器壁加厚。,2．補強圈補強,開孔周圍貼焊一圈鋼板，即補強圈。補強圈與器壁搭接，材料相同，補強圈尺寸參照標準確定，或等面積補強。為方便焊接，外面單

29、面補強。檢驗緊密性，M10螺孔通入壓縮空氣。,補強圈搭焊結(jié)構(gòu)的使用范圍：,GB150用補強圈結(jié)構(gòu)補強時，規(guī)定： ① 鋼材的標準抗拉強度下限值sb≤540MPa；② 補強圈厚度小于或等于1.5dn；③ 殼體名義厚度dn≤38mm。,㈡ 允許開孔的范圍,筒體及封頭開孔最大直徑不允許超過： （1） 圓筒Di≤1500mm，開孔最大直徑d≤1/2Di，且d≤520mm；圓筒Di＞1500mm時，開孔最大直徑d≤1/3Di，且

30、d≤1000mm； （2） 凸形封頭或球殼的開孔最大直徑d＜1/2Di。 （3） 錐殼開孔最大直徑d≤1/3Di，Di為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。,㈢ 不需補強的最大開孔直徑,計算壁厚考慮了焊縫系數(shù)，鋼板規(guī)格，殼體壁厚超過實際強度，最大應(yīng)力值降低，相當于容器已被整體加強。且容器開孔總有接管相連，其接管多于實際需要的壁厚也起補強作用。容器材料有一定塑性儲備，允許承受不是十分過大的局部應(yīng)力，所以當孔徑不超過一定數(shù)值時，可不進行補強

31、。,殼體開孔滿足全部條件，可不另行補強：,(1) 設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa；(2) 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； (3) 殼體名義壁厚大于12mm，接管公稱外徑小于或等于80mm；殼體名義壁厚小于或等于12mm ，接管公稱外徑小于或等于50mm(4) 接管最小壁厚滿足表11-9的要求。,二、容器的接口管與凸緣,用于裝置測量、控制儀表，或連接其他設(shè)備和介質(zhì)的輸送管道。,㈠ 接口管,焊

32、接設(shè)備的接口管長度,鑄造設(shè)備接管可與筒體一并鑄出。螺紋管主要用來接溫度計、壓力表或液面計等，陰螺紋或陽螺紋。,㈡ 凸緣,接管長度必須很短時可用凸緣代替(又叫突出接口),凸緣本身有加強作用，不需另外補強。當螺柱折斷在螺栓孔中，取出較困難。凸緣與管道法蘭配用，聯(lián)接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來確定。,三、手孔與人孔,檢查設(shè)備內(nèi)部空間以及安裝和拆卸內(nèi)部構(gòu)件。 手孔直徑150mm～250mm，標準手孔公稱直徑有DN150和DN250兩種

33、。手孔結(jié)構(gòu)：容器上接一短管，其上蓋一盲板。,人孔：,設(shè)備直徑超過900mm，有手孔也設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形。橢圓形人孔短軸與筒身軸線平行。圓形人孔直徑400mm～600mm，容器壓力不高或有特殊需要時，直徑可以大一些。橢圓形人孔(或稱長圓形人孔)的最小尺寸為400mm×300mm。,人孔：筒節(jié)、法蘭、蓋板和手柄。使用中常打開，可用快開式結(jié)構(gòu)人孔。,手孔（HG21515～21527-95）和人孔（

34、HG21528～21535-95）已有標準，設(shè)計時根據(jù)設(shè)備的公稱壓力，工作溫度以及所用材料等按標準直接選用。,四、視鏡與液面計,㈠ 視鏡 觀察內(nèi)部，也可用作物料液面指示鏡。分為不帶頸視鏡和帶頸視鏡。,不帶頸視鏡——凸緣構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，不易結(jié)料，有比較寬闊的視察范圍。,當視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時，則需采用帶頸視鏡。,視鏡已經(jīng)標準化，化工生產(chǎn)中常用的還有壓力容器視鏡、帶燈視鏡、帶燈有沖洗孔的視鏡、組合視鏡等。,㈡ 液面計,公稱壓