關于化工設備化工設備主要零部件第1頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三第一節法蘭連接一、法蘭聯接的組成及應用

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法蘭聯接的組成

法蘭聯接是由一對法蘭、一個墊片、數個螺栓和螺母組成。

法蘭聯接的組成法蘭的外輪廓形狀

1—螺母；2—法蘭：

3—螺栓：4—墊片

第2頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

◆法蘭聯接的結構類型

●按使用場合分：容器法蘭：用于容器的殼體和封頭連接的法蘭，用于容器的筒節和筒節連接的法蘭；

管法蘭：用于管道連接的法蘭?！癜捶〝r接觸面的寬窄分

寬面法蘭：即螺栓孔兩側都有墊片----螺栓從墊片中穿過，主要用于中、低壓設備上；窄面法蘭：即螺栓孔一側有墊片。第3頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●按法蘭自身的結構型式分

整體法蘭：其結構將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或經全熔透的平焊法蘭；

松式法蘭：指法蘭不直接固定在殼體上，或者雖固定而不能保證與殼體作為一個整體承受螺栓載荷的結構，如活套法蘭、螺紋法蘭、搭接法蘭等第4頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

任意法蘭：從結構來看，這種法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體和松式法蘭之間。第5頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●按法蘭的外輪廓可分為

圓形、方形、橢圓形第6頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三二、法蘭聯接的密封法蘭聯接的密封就是在螺栓壓緊力的作用下，使墊片產生變形填滿法蘭密封面上凹凸不平的間隙，阻止流體沿界面的泄漏，達到密封的目的。三、法蘭的結構類型

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壓力容器法蘭的結構類型（JB4700~4707—2000）標準壓力容器法蘭有甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭和長頸對焊法蘭三種類型

壓力容器法蘭的密封面有平面型、凹凸型和榫槽型三種形式。第7頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三壓力容器法蘭密封面形式第8頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

◆管法蘭的結構類型（HG20592~20614—1997）

管法蘭包括法蘭蓋共有七種類型，其中以板式平焊、帶頸平焊和帶頸對焊最為常用。管法蘭的密封面共有突面、凹凸面、榫槽面、全平面和環連接面五種形式。

第9頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三常用管法蘭類型

第10頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三管法蘭密封面形式

第11頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三四、標準法蘭的選用

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標準法蘭基本參數

公稱直徑、公稱壓力

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法蘭的公稱直徑

公稱直徑是為了使用方便將容器及管子標準化以后的標準直徑，用“DN”表示。壓力容器法蘭的公稱直徑是指與法蘭相配套的容器或封頭的公稱直徑，對于用鋼板卷制的圓筒公稱直徑就是其內徑，對用無縫鋼管制作的圓筒其公稱直徑指鋼管的外徑。

第12頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

管法蘭的公稱直徑是指與其相連接的管子的名義直徑，也就是管件的公稱通徑，它既不是管子的內徑，也不是管子的外徑，而是接近內外徑的某個整數。

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法蘭的公稱壓力法蘭的公稱壓力是指某種材料制造的法蘭，在一定的溫度下所能承受的最大工作壓力，用“PN”表示，是法蘭承載能力的標志。壓力容器法蘭的公稱壓力是指在規定的螺栓材料和墊片的基礎上，16MnR材料制造的法蘭，在200℃時所允許的最大工作壓力。

第13頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

對于管法蘭當公稱壓力PN≤4MPa時，公稱壓力指20號鋼制造的法蘭在100℃時所允許的最高無沖擊工作壓力；當公稱壓力PN≥6.3MPa時，公稱壓力指16Mn鋼制造的法蘭在100℃時所允許的最高無沖擊工作壓力。

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法蘭的選用法蘭的選用就是根據容器或管道的設計壓力、設計溫度及介質特性等條件由法蘭的標準來確定法蘭的類型、材料、公稱直徑、公稱壓力、密封面的形式，墊片的類型、材料及螺栓、螺母的材料等。

第14頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●壓力容器法蘭的選用步驟

▲由法蘭標準中的公稱壓力和容器的設計壓力，按設計壓力小于等于公稱壓力的原則就近靠一公稱壓力，若設計壓力非常接近這一公稱壓力且設計溫度高于200℃，則可提高一個公稱壓力等級，這樣初步確定法蘭的公稱壓力；

▲由法蘭公稱直徑、容器設計溫度和以上初定的公稱壓力查表4-1，并考慮不同類型法蘭的適用溫度初步確定法蘭的類型；▲由工作介質特性確定密封面形式，密封面類型代號見表4-9；

第15頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三▲

由工作介質特性、容器的設計溫度，結合容器所用材質對照法蘭標準中規定的壓力容器法蘭常用材料確定法蘭的材料；▲由法蘭類型、材料、工作溫度和初步確定的公稱壓力查表4-5或表4-6，得允許的最大工作壓力；

▲比較：若所得最大允許工作壓力大于等于設計壓力，則原初步確定的公稱壓力就是所選法蘭的公稱壓力，若最大允許工作壓力小于設計壓力則提高公稱壓力或調換優質材料，使得最大允許工作壓力大于等于設計壓力，從而最后確定出法蘭的公稱壓力和類型（因有時公稱壓力提高會引起類型的改變）；第16頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三▲由法蘭類型及工作溫度查標準中的“法蘭、墊片、螺柱、螺母材料匹配表”確定墊片、螺柱、螺母的材料。法蘭選定后應予以標記，標記方法如下：

標準號

公稱壓力，MPa

公稱直徑，mm

密封面形式代號

法蘭類型代號

第17頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●管法蘭的選用步驟

▲按管法蘭與相連接的管子應具有相同公稱直徑的原則，確定管法蘭的公稱直徑；▲先按同一設備的主體、接管、法蘭應具有相同的設計壓力的原則，確定法蘭的設計壓力，再按法蘭設計壓力小于等于公稱壓力的原則就近靠一公稱壓力，若設計壓力非常接近這一公稱壓力則可提高一個公稱壓力等級，這樣初步確定管法蘭的公稱壓力；▲由公稱直徑、公稱壓力，查表4-2或管法蘭標準中相關表格、結合介質特性確定管法蘭類型和密封面形式；

第18頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三▲由公稱壓力和法蘭材料（由接管材料和設計溫度確定）查表4-7，得管法蘭的最高無沖擊工作壓力；

▲比較：若所得最高無沖擊工作壓力大于等于設計壓力，則原初步確定的公稱壓力就是所選法蘭的公稱壓力，若高無沖擊工作壓力小于設計壓力則提高公稱壓力等級，使得最高無沖擊工作壓力大于等于設計壓力，從而最后確定出管法蘭的公稱壓力和類型（因有時公稱壓力提高會引起類型的改變）；▲查管法蘭標準中“法蘭、墊片、緊固件選配表”確定墊片、螺柱、螺母的材料。

第19頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

管法蘭的標記方法如下：標準代號法蘭

法蘭材料牌號鋼管壁厚（可無），mm密封面形式代號

公稱壓力，MPa公稱直徑，mm

法蘭類型代號第20頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三第二節開孔與補強一、開孔類型及對容器的影響

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開孔類型為了實現正常的操作和安裝維修，需要在設備的筒體和封頭上開設各種孔。如物料進出口接管孔，安裝安全閥、壓力表、液面計的開孔，為了容器內部零件的安裝和檢修方便所開的人孔、手孔等。

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開孔對容器的影響

●容器的整體強度削弱

●由于設備結構的連續性被破壞，使孔邊局部區域內出現應力集中。

第21頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三二、對容器開孔的限制◆當圓筒內徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/2，且d≤520mm；當圓筒內徑Di＞1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/3，且d≤1000mm?！敉剐畏忸^或球殼上開孔時，開孔最大直徑d≤Di/2?！翦F殼上開孔時，開孔最大直徑d≤Di/3，Di為開孔中心處錐殼內徑。

◆在橢圓形或碟形封頭的過渡區開孔時，孔的中心線宜垂直封頭表面。

第22頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

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殼體開孔滿足下列全部條件時，可不另行補強（可不采取專門的補強措施）

●設計壓力不超過2.5MPa；

●兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和的兩倍；

●接管外徑不超過89mm；

●接管最小壁厚滿足表4-10的要求。第23頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三三、補強結構

◆常用的補強結構補強圈補強、厚壁接管補強、整鍛件補強

●補強圈補強

補強圈補強又稱貼板補強，在接管處容器的內外壁上圍繞著接管焊上一個圓環板，使容器局部壁厚增大，降低應力集中，起到補強的作用。

補強圈補強的應用條件

▲

被補強殼體材料的標準拉伸強度不超過540MPa；

第24頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三補強結構

第25頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三▲被補強殼體的名義厚度不超過38mm；

▲補強圈的厚度不超過殼體的名義厚度的1.5倍。

●厚壁接管補強厚壁接管補強就是在開孔處焊上一個特意加厚的短管，這樣可有效地降低開孔周圍應力集中的程度，采用的入式接管則補強效果更佳。

厚壁接管補強的應用條件對大量使用的高強度低合金鋼容器，大多采用這種結構。在用于重要設備時，焊縫應采用全焊透結構，在確保焊接質量的前提下，這種形式的補強效果接近整鍛件補強。第26頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

●整鍛件補強

整鍛件補強是在開孔處焊上一個特制的整體鍛件，補強金屬集中在應力最大的部位，采用對接焊且使接頭遠離應力集中區域，補強效果最好、特別是抗疲勞性好。但鍛件加工復雜、且成本高，所以只用在重要的設備上。如容器受低溫、高溫，交變載荷的較大開孔等。四、等面積補強的計算

◆等面積補強法的原則

在有效補強范圍內的補強金屬截面積要大于或等于開孔中心在殼體縱截面內開孔而被削弱的金屬面積。

第27頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

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等面積補強的計算●

計算筒體或球殼上開孔后被削弱的金屬截面積A

筒體上開孔后被削弱的金屬面積A是指筒體在軸向截面上開孔的投影面積。按下式計算

第28頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

等面積補強計算圖第29頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●

確定有效補強范圍

▲有效補強范圍

由于開孔處應力集中產生在孔周圍很小的范圍內，所以只有在此范圍內的補強金屬才有效，稱之為有效補強范圍?！行挾菳

取兩者中的較大值第30頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三▲

外側有效高度h1

取兩者中的較小值▲內側有效高度h2

取兩者中的較小值

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計算有效補強范圍內可以用來補強的金屬截面積

A1—殼體的有效厚度減去計算厚度之外多余的金屬面積；

第31頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

A2—

接管有效厚度減去計算厚度之外多余的金屬面積；

A3—有效補強區內焊縫的截面積，具體計算見圖。以上A1、A2和A3三部分有效補強面積都不是由補強圈提供的，如果A1+A2+A3≥A，則開孔后不需另行補強；如果A1+A2+A3＜A，則開孔后需要另行補強，所增加的補強金屬截面積為A4，應滿足：第32頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三由上式可得補強圈的厚度為

注意：補強時，所使用的補強材料一般需與殼體材料相同，若補強材料許用應力小于殼體材料許用應力，則補強面積應隨殼體材料與補強材料許用應力之比而增加；若補強材料許用應力大于殼體許用應力，則所需補強面積不得減少。對于橢圓形、碟形封頭的開孔補強計算可參見GB150中的有關規定。

第33頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三五、標準補強圈及其選用◆

標準補強圈

為了使補強設計和制造更為方便，中國對常見的補強圈及補強管制定了相應的標準，補強圈標準為HG21506，補強管標準為GHJ527。標準補強圈的直徑和厚度就是按等面積補強法計算而得出的。

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標準補強圈結構

根據內側焊接坡口的不同，補強圈分為A、B、C、D、E、F六種結構.

第34頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三標準補強圈結構

第35頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

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補強圈結構的適用范圍A型適用于無疲勞、無低溫及大的溫度梯度的一類壓力容器，且要求設備內有較好的施焊條件。B型適用于中壓、低壓及內部有腐蝕的工況，不適用于高溫、低溫、大的溫度梯度及承受疲勞載荷的設備。S取管子名義壁厚的0.7倍，一般δnt=δn/2(δnt為接管名義厚度；δn為殼體名義厚度)。C型適用于低溫、介質有毒或有腐蝕性的操作工況，采用全焊透結構，要求當δn≤16mm時，δnt≥δn/2；當δn＞16mm時，δnt≥8mm。D型適用于殼體內不具備施焊條件或進入設備施焊不便的場合，采用全焊透結構，要求當δn≤16mm時，δnt≥δn/2；當δn＞16mm時，δnt≥8mm。E型適用于儲存有毒介質或腐蝕介質的容器，采用全焊透結構，要求當δn≤16mm時，δnt≥δn/2；當δn＞16mm時，δnt≥8mm。F型適用于中溫、低溫、中壓容器及盛裝腐蝕介質的容器，要求當δn≤16mm時，δnt≥δn/2，當δn＞16mm時，δnt≥8mm，且接管公稱直徑DN≤150mm.第36頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

◆標準補強圈的選用若需采用補強圈補強，可采用以下程序來選擇標準補強圈：

●確定補強圈的尺寸；

●由設備的工藝參數決定補強圈的結構；

●補強圈材料取與被補強殼體材料相同。第37頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三六、人孔、手孔及接管

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人孔和手孔

●人孔和手孔的設置條件為了設備內部構件的安裝和檢修方便，需要在設備上設置人孔或手孔。當容器的內徑為450～900mm時，一般不考慮設置人孔，可開設1～2個手孔；內徑大于900mm時至少應設置一個人孔；設備內徑大于2500mm時，頂蓋與筒體上至少應各開設一個人孔。第38頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●化工設備上常用的人孔結構

第39頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

回轉蓋板式平焊人孔1—筒節；2—螺栓；3—螺母；4—法蘭；5—墊片；6法蘭、7—把手；8—軸銷；9—銷；10—墊圈；11、14—蓋軸耳；12、13—法蘭軸耳第40頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔

1—筒節；2—法蘭；3—墊片；4—法蘭蓋；5—螺柱；6—螺母；7—吊環；8—轉臂；9—墊圈；10—螺母；11—吊鉤；12—環；13—無縫鋼管；14—支承板第41頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三垂直吊蓋帶頸平焊法蘭人孔

1—法蘭蓋；

2—墊片；

3—法蘭；

4—螺柱；

5—螺母；

6—筒節；

7—把手；

8—吊環；

9—吊鉤；

10—螺母；

11—墊圈；

12—轉臂；

13—環；

14—無縫鋼管；

15—支承板第42頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

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接管

●接管的分類化工設備上使用接管大致可分為兩類

一類是通過接管與供物料進出的工藝管道相連接，這類接管一般都是帶發蘭的短接管、直徑較粗。帶法蘭的短接管鑄造接管管接頭加固

第43頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三

另一類接管是為了控制工藝操作過程，在設備上需要裝設一些接管，以便和壓力表、溫度計、液面計等相連接。此類接管直徑較小，可用帶發蘭的短接管，也可用帶內、外螺紋的短管直接焊在設備上。筋板支撐結構第44頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三第三節設備的支座一、設備支座的應用

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設備支座的作用支承設備固定其位置

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不同容器的支座形式

●臥式容器支座第45頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●立式容器支座第46頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●球形容器支座

第47頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三二、支座的類型結構

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鞍式支座●鞍式支座的結構形式

焊制鞍式支座：由一塊底版、一塊腹板、若干個筋板，在大部分情況下還有一塊墊板所組成。當容器的公稱直徑大于900mm時采用焊制鞍式支座。

彎制鞍式支座：底版和腹板是用同一塊鋼板彎制，有時也有筋板和墊板。當公稱直徑在900mm以下時，可采用彎制鞍式支座，也可采用焊制鞍式支座。

第48頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三第49頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三◆

裙式支座

1—基礎環；2—地腳螺栓座；3—蓋板；4—檢查孔；5—封頭；6—塔體；7—引出孔8—引出管；9—裙座體；10—地腳螺栓；11—墊板；12—筋板；13—支承板第50頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三◆其他類型支座

支承式支座

第51頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三耳式支座

第52頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三腿式支座第53頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三第四節設備的安全附件一、安全閥◆

安全閥的構造及工作原理

●安全閥的構造彈簧式安全閥

1—閥體；2—閥瓣；3—閥桿；4—閥蓋；

5—彈簧；6—提升手柄;7—調整螺桿；8—鎖緊螺母；9—閥帽.

第54頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●安全閥的工作原理：容器正常工作時介質作用在閥瓣上的力小于彈簧對閥瓣的壓力，所閥瓣緊靠在閥體上，閥是關閉的；當容器內的壓力超過規定的工作壓力并達到安全閥的開啟壓力時，介質作用于閥瓣上的力大于彈簧對閥瓣的壓力，于是閥瓣離開閥體，安全閥開啟，設備內的介質排出；當排出一部分介質后容器內壓力很快降低至正常的工作壓力，此時介質作用于閥瓣的力小于彈瓣的壓力，使安全閥再次關閉，設備繼續工作。

第55頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●安全閥的優點只排放容器內高于規定部分的壓力，當壓力降至正常工作壓力時閥就可自動關閉，不影響設備的繼續工作，且安全閥調整也比較容易。

●安全閥的缺點

密封性較差，即使是符合規定的安全閥也難免有微量的泄漏，由于彈簧的慣性作用使閥的開啟和關閉都有滯后現象，難以適應急劇化學反應迅速升壓所需要的快速泄放要求，對粘性較大或有結晶體的液體介質，閥瓣有時可能會被粘住而影響開啟精度。第56頁，講稿共64頁，2023年5月2日，星期三●安全閥適用范條件適用于介質是比較清潔的氣體（空氣、水蒸氣等）的設備上，不宜用于