第12章法兰容器零部件2014-6-11

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1、1234第十二章第十二章 容器零部件容器零部件12.1 法兰连接法兰连接 12.2 容器支座容器支座12.3 容器的开孔补强容器的开孔补强12.4 容器附件容器附件512.1法兰连接法兰连接 可拆连接必须满足的基本要求可拆连接必须满足的基本要求 （1）有足够的刚度）有足够的刚度 （2）有足够的强度）有足够的强度 （3）能耐腐蚀）能耐腐蚀 （4）成本低廉）成本低廉 （5）拆卸安装便捷）拆卸安装便捷法兰连接结构：法兰法兰连接结构：法兰 密封元件密封元件垫片垫片 连接件连接件螺栓、螺母螺栓、螺母6使用角度分类使用角度分类 压力容器法兰：筒体与封头、筒体与筒压力容器法兰：筒体与封头、筒体与筒体或封头与

2、管板之间连接的法兰。体或封头与管板之间连接的法兰。 管法兰：管道与管道之间的连接法兰。管法兰：管道与管道之间的连接法兰。7左上一图为连接塔节与塔节的容器法兰左上一图为连接塔节与塔节的容器法兰左上二图为连接接管的管法兰左上二图为连接接管的管法兰右图为管法兰右图为管法兰8法兰的用途管法兰9被连接件被连接件 连接件连接件 密封元件密封元件 法兰联接法兰联接螺栓法兰连接结构螺栓法兰连接结构1-螺栓螺栓 2-垫片垫片 3-法兰法兰312第一节法兰联接第一节法兰联接 一、法兰联接结构与密封原理一、法兰联接结构与密封原理 1、密封组成、密封组成10泄漏途径泄漏途径 密封原理密封原理压紧面泄漏压紧面泄漏 垫片

3、渗漏垫片渗漏 当压力介质通过密封口当压力介质通过密封口的的阻力降阻力降大于密封口两大于密封口两侧的介质侧的介质压力降压力降时，介时，介质就被密封住质就被密封住3122、工作原理、工作原理 螺栓法兰连接结构螺栓法兰连接结构1-螺栓螺栓 2-垫片垫片 3-法兰法兰11法兰密封原理预紧密封比压：螺栓预紧，密封面之间的垫片压紧。密封面上由机械加工形成的微隙微隙被填满，形成初始密封条件。这个压紧应力叫垫片密封比压力（MPa）。密封比压力主要决定于垫片材质。垫片越宽，为保证应有的比压力，垫片所需的预紧力就越大，从而螺栓和法兰的尺寸也要求越大，垫片不应过宽，更不应该把整个法兰面都铺满垫片。工作密封比压：当设

4、备或管道在工作状态时，介质内压形成的轴向力使螺栓被拉伸，法兰密封面彼此分离，密封面与垫片之间的压紧应力降低。垫片回弹，补偿螺栓和密封面的变形，而使预紧密封比压值至少降到不小于某一值(这个比压值称为工作密封比压)，则法兰密封面之间能够保持良好的密封状态。反之，垫片的回弹力不足，预紧密封比压下降到工作密封比压以下，甚至密封处重新出现缝隙，则此密封失效。因此，为了实现法兰联接处的密封，必须使密封组合件各部分的变形与操作条件下的密封条件相适应，即使密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。12通过垫片材料本体毛通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏。可细管的渗透泄漏。可通过对渗透性垫片材通过对渗透

5、性垫片材料添加某些填充剂进料添加某些填充剂进行改良，或与不透性行改良，或与不透性材料组合成型来避免材料组合成型来避免“垫片渗漏垫片渗漏”。沿着垫片与压紧面之沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺小主要与界面间隙尺寸有关。寸有关。“压紧面泄压紧面泄漏漏”是密封失效的主是密封失效的主要途径。要途径。垫片渗漏垫片渗漏压紧面泄漏压紧面泄漏泄漏泄漏压紧面泄漏压紧面泄漏垫片渗漏垫片渗漏13螺栓法兰连接的整个工作过程：螺栓法兰连接的整个工作过程：图图12-2（a）尚未预紧工况、尚未预紧工况、 （b）预紧工况、预紧工况、 （c）操作工况操作工况（a）尚未预紧工况）尚未预紧工况

6、 将上、下法兰压紧面和垫片的将上、下法兰压紧面和垫片的 接触处的微观尺寸放大，表面接触处的微观尺寸放大，表面 是凹凸不平的，这就是流体泄是凹凸不平的，这就是流体泄 漏的通道。漏的通道。（a）尚未预紧工况尚未预紧工况密封机理图密封机理图14（b）预紧工况（无内压）预紧工况（无内压） 拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上。垫片产生弹性紧面作用到垫片上。垫片产生弹性或屈服变形，填满凹凸不平处，堵或屈服变形，填满凹凸不平处，堵塞泄漏通道，形成初始密封条件。塞泄漏通道，形成初始密封条件。 形成初始密封条件时垫片单位面积形成初始密封条件时垫片单位面积上所需的最小压紧力，称为

7、上所需的最小压紧力，称为“” ” ，单位为，单位为MPaMPa。在预紧。在预紧工况下，如垫片单位面积上所受的工况下，如垫片单位面积上所受的小于小于预紧密封比压预紧密封比压，介质即发，介质即发生泄漏。生泄漏。引入概念引入概念1“预紧密封比压预紧密封比压”（b）预紧工况预紧工况图图12-3 密封机理图密封机理图其值仅与垫片材料、其值仅与垫片材料、结构与厚度有关。结构与厚度有关。15通入介质通入介质压力上升压力上升密封比压下降密封比压下降导致导致垫片弹性压缩变形部分产生回弹，使压垫片弹性压缩变形部分产生回弹，使压紧面上的密封比压力仍能维持紧面上的密封比压力仍能维持以以保持密封性能。保持密封性能。为保

8、证在操作状态时法兰的密封性为保证在操作状态时法兰的密封性能而必须施加在垫片上的压应力，能而必须施加在垫片上的压应力，称为称为。操作密封比压往往用介质计算压力操作密封比压往往用介质计算压力的的m倍表示，倍表示， m称为称为“垫片系数垫片系数”。引入概念引入概念2“工作密封比压工作密封比压”（c）操作工况操作工况（c）操作工况操作工况 图图12-3 密封机理图密封机理图16二、法兰的结构与分类二、法兰的结构与分类宽面法兰窄面法兰接触面形式分类17二、法兰的结构与分类二、法兰的结构与分类1、按法兰接触面分类：、按法兰接触面分类：图图12- 窄面法兰与宽面法兰窄面法兰与宽面法兰窄面法兰窄面法兰：法兰与

9、垫片的整个接触面积都位于螺纹：法兰与垫片的整个接触面积都位于螺纹孔包围的圆周范围内。孔包围的圆周范围内。宽面法兰宽面法兰：法兰与垫片的接触面积都位于法兰螺：法兰与垫片的接触面积都位于法兰螺栓孔中心圆的内外两侧。栓孔中心圆的内外两侧。18整体法兰整体法兰将法兰与壳体锻或铸成一体或全焊透，将法兰与壳体锻或铸成一体或全焊透，典型的整体法兰有一个锥形的颈脖，典型的整体法兰有一个锥形的颈脖，故又称高（长）颈法兰。法兰受力后故又称高（长）颈法兰。法兰受力后会使容器产生附加弯曲应力。会使容器产生附加弯曲应力。2、按法兰与设备或管道的联接方式划分、按法兰与设备或管道的联接方式划分整体整体法兰法兰19松套法兰松

10、套法兰法兰不直接固定在壳体上或虽然固定而不能保证法兰法兰不直接固定在壳体上或虽然固定而不能保证法兰与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。图图12-6 松套法兰松套法兰20松套法兰松套法兰21螺纹法兰螺纹法兰 法兰和管壁通过螺纹进行连接，法兰对管壁产生的附法兰和管壁通过螺纹进行连接，法兰对管壁产生的附加应力较小。常用于高压管道。加应力较小。常用于高压管道。图图12-7 螺纹法兰螺纹法兰22螺纹法兰螺纹法兰23圆形、方形和椭圆形3、按法兰形状分、按法兰形状分图图12-8 不同形状的法兰不同形状的法兰24三、影响法兰密封的因素三、影响法兰密封的因素预紧力应均匀地

11、作用到垫片上，可采取减小螺栓直径、预紧力应均匀地作用到垫片上，可采取减小螺栓直径、增加螺栓个数等措施来提高密封性能。增加螺栓个数等措施来提高密封性能。预紧力不宜太大，否则使垫片整体屈服丧失回弹能力，预紧力不宜太大，否则使垫片整体屈服丧失回弹能力，甚至将垫片挤出或压坏。甚至将垫片挤出或压坏。适当提高预紧力可增加垫片的密封能力，即在正常工况适当提高预紧力可增加垫片的密封能力，即在正常工况下保留较大的接触面比压力。下保留较大的接触面比压力。预紧力使垫片压紧实现初始密封。预紧力使垫片压紧实现初始密封。1、螺栓预紧力、螺栓预紧力25主要根据工艺条件、密封口径以及准备采用的主要根据工艺条件、密封口径以及准