压力容器法兰的设计.pdf

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1、720化工机械2015正压力容器法兰的设计张建立¨张亚宁2(1．惠生工程(中国)有限公司；2．大连金州重型机械集团有限公司)摘要结合实际工程经验介绍了压力容器标准法兰的选用要点，非标法兰、无垫片焊接密封法兰和无垫片焊接密封反向法兰的设计方法。关键词压力容器法兰反向法兰无垫片焊接密封法兰无垫片焊接密封反向法兰中图分类号TQ051．8+1文献标识码B文章编号0254—6094(2015)05-0720-03法兰是压力容器中的一个重要部件。它将不同部分连接起来，可以随时拆卸，对需要经常打开的设备几乎是必不可少的部分。

2、设备法兰的设计在GB150．1～150．4—2011中有详细介绍_j。NB／T47020～47027—2012中对常见的甲型、乙型和长颈法兰进行了标准化，以便设计时选用。⋯。但实际工作中遇到的法兰远远超出了这个范围，经常需要设i-_卜非标法兰、无垫片焊接密封法兰，甚至是无垫片焊接密封反向法兰。1设备法兰选用要点垫片密封法兰典型结构如图1所示，相关符号的意义参见GB150．1～150．4．2011。图1垫片密封法兰典型结构1．1配套法兰、垫片和紧固件是一个系统，选用时应注+张建立，男，1977年8月生，工程师。上

3、海市，201203。意配套一1。单纯的提高某一性能并不能解决问题，需要综合考虑强度、密封性能及刚度等的改变。还应注意螺母与螺柱(或螺栓)硬度的匹配，螺母硬度要低于螺栓硬度大约20～40HBW，以减少对螺柱的磨损，同时避免卡死。当温度较高时，应注意螺柱膨胀量与法兰膨胀量的协调。必要时加蝶簧以补偿膨胀差，保证密封性能。1．2最大允许工作压力最大允许工作压力与材料和工作温度有关，具体见NB／T47020．2012中的表6、7。法兰标准是基于16Mn锻件在常温下的许用应力编制的。温度不同、材料不同时最大允许工作压力相差

4、很大。当温度高时，最大允许工作压力下降很快；当壳体选用强度较高的材料时，最大允许工作压力明显提高。1．3法兰刚度GB150．3—2011第197页对法兰刚度提出要求，一般小直径高压法兰，很少有刚度问题。大直径、低压法兰容易有刚度问题。当选用标准以外的材料(如用奥氏体不锈钢)时，应重新评估刚度的问题。2非标法兰的设计非标法兰的设计应尽量参考标准法兰的相关尺寸和材料要求。2．1结构设计非标法兰的结构设计参考标准法兰，同时应满足GB150．3—2011的要求。重点是垫片尺寸和第42卷第5期化工机械72l螺栓中心圆直径

5、的确定，考虑螺母是否有上紧空间。如果用大直径(M48以上)螺柱，要考虑螺柱的伸出长度是否满足液压上紧装置的安装要求。2．2系数的计算法兰计算中系数众多且错综复杂。但仔细研究GB150．3-2011发现几乎所有的系数都由6．／3。h／h。这两个比值决定：因此编程就可计算出所有系数，无需查表。经查SW6源程序知，SW6也是编程计算得到。2．3强度计算与刚度校核强度方面主要考虑：垫片的软硬与尺寸；螺柱材料、数量及所在中心圆直径；法兰厚度，大端、小端尺寸，锥颈长度。选用垫片软硬要合适，高压用硬垫片，低压用软垫片。过硬的

6、垫片会要求法兰和螺栓的尺寸加大，造成整个法兰系统设计庞大；过软的垫片则容易被压碎。多管程换热器的管箱垫片，在计算密封面积时，SW6并未计人中间分程隔板处的垫片面积，但ASME标准中已计入。SW6计算输入时可通过改变垫片直径的方法计人。注意螺柱直径是受力部分的最小根径。选用标准以外的螺柱，应自行将最小根径输入到程序中。如果强度不够，留意计算书上．厂值(法兰小端应力与大端应力的比值)的情况。／值过大(如3以上)说明法兰应力在小端过于集中，此时应增大小端厚度，加长锥颈长度；如果，值并不大则增大法兰厚度效果更明显。如果

7、刚度不够则增大法兰小端厚度或增大法兰厚度，此时增大锥颈长度基本不起作用。3无垫片焊接密封法兰的设计无垫片焊接密封法兰典型结构如图2所示，相关符号的意义参见GB150．1～150．4—2011。3．1与常规垫片的本质区别常规垫片靠垫片的反弹形成密封，垫片系数不等于0。焊接垫片靠密封焊密封，垫片系数等于0。垫片系数的不同引起垫片有效密封宽度的不同、法兰轴向力的不同，进而引起整个法兰的受力不同。3．2垫片材料的选择垫片采用焊接密封，耐腐蚀和防泄漏性能好。用于气化炉、高温高压飞灰过滤器、洗涤塔、氨合成塔下端及高压换热器

8、管箱等大直径、高温、高压难密封的工况。设计者应根据工艺介质实际需要选用$30403、s31603、Inconel600等材料做垫片。3．3结构特点与注意事项无垫片焊接密封法兰结构如图2所示，计算时注意6，是指螺柱中心圆处法兰的厚度。该结构是将法兰切去一部分，以便留出焊接空间。上紧部分螺柱后，压紧垫片，再进行密封焊。目的是保证该焊缝不受力，只起密封作用。以免把紧螺柱时将此密封焊缝压裂，造