1、一、课时安排：一、课时安排：4 4学时学时二、本章的重点、难点：二、本章的重点、难点： 1.1.法兰的结构与分类；法兰的结构与分类； 2.2.立式及卧式支座的标准及选用；立式及卧式支座的标准及选用； 3.3.容器的开孔补强。容器的开孔补强。三、本章授课内容：三、本章授课内容： 1212.1 .1 法兰连接法兰连接 1212.2 .2 容器支座容器支座 1212.3 .3 容器的开孔补强容器的开孔补强 12.4 12.4 容器附件容器附件一、概述一、概述化工设备由于制造、安装、运输、检修及操作工艺等方面的化工设备由于制造、安装、运输、检修及操作工艺等方面的要求，常常是由几个可拆卸的部分连在一起而
2、构成的。要求，常常是由几个可拆卸的部分连在一起而构成的。为了安全，可拆卸连接必须满足下列基本要求：为了安全，可拆卸连接必须满足下列基本要求：有足够的刚度，有足够的刚度，且连接件之间具有必须的密封压紧力，以且连接件之间具有必须的密封压紧力，以保证操作过程中介质不会泄漏；保证操作过程中介质不会泄漏；有足够的强度，有足够的强度，即不因可拆连接的存在而消弱了整体结构即不因可拆连接的存在而消弱了整体结构的强度，且本身能承受所有的外力；的强度，且本身能承受所有的外力；能耐腐蚀，能耐腐蚀，在一定的温度范围内能正常工作，能迅速并多在一定的温度范围内能正常工作，能迅速并多次的拆开和装配；次的拆开和装配；成本低廉
3、，成本低廉，适合于大批量的制造。适合于大批量的制造。法兰可分为两大类：即压力容器法兰和管路法兰。法兰可分为两大类：即压力容器法兰和管路法兰。二、二、法兰连接的结构与密封原理法兰连接的结构与密封原理1.1.结构：结构：法兰连接结构是一个组合件，法兰连接结构是一个组合件，如图如图12-112-1所示，所示，由法由法兰片、密封元件、连接件兰片、密封元件、连接件- -螺栓及螺母组成。螺栓及螺母组成。2.2.密封原理：密封原理：法兰通过紧固螺栓压紧垫片实现密封。法兰连法兰通过紧固螺栓压紧垫片实现密封。法兰连接的失效主要表现为泄漏。泄漏分为：接的失效主要表现为泄漏。泄漏分为：“渗透泄漏渗透泄漏”和和“界面
4、泄界面泄漏漏”，如图如图12-212-2所示。所示。渗透泄漏是流体通过垫片材料本体毛细管渗透泄漏是流体通过垫片材料本体毛细管的泄漏，故除了介质压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性的泄漏，故除了介质压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性质外，主要与垫片的结构和材质有关；而界面泄漏是流体沿着垫质外，主要与垫片的结构和材质有关；而界面泄漏是流体沿着垫片与法兰接触面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有片与法兰接触面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关。如果压紧力不够，界面泄漏是法兰连接的主要泄漏形式。关。如果压紧力不够，界面泄漏是法兰连接的主要泄漏形式。P P界面泄漏界面泄漏渗透泄漏渗
5、透泄漏3.3.工况：工况：法兰整个工作过程可简单分为预紧与操作两个工况法兰整个工作过程可简单分为预紧与操作两个工况预紧工况：预紧工况：预紧螺栓时，螺栓力通过法兰压紧面作用在垫预紧螺栓时，螺栓力通过法兰压紧面作用在垫片上，使垫片发生弹性或塑性变形，以填满法兰压紧面上的不平片上，使垫片发生弹性或塑性变形，以填满法兰压紧面上的不平间隙，间隙，如图如图12-312-3（b b）所示，这就为阻止介质泄漏形成了初始密所示，这就为阻止介质泄漏形成了初始密封条件。形成初始密封条件时在垫片单位面积上受到的压紧力，封条件。形成初始密封条件时在垫片单位面积上受到的压紧力，称为预紧密封比压。称为预紧密封比压。 操作工
6、况：操作工况：当通入介质压力时，当通入介质压力时，如图如图12-312-3（C C），），螺栓被螺栓被拉长，法兰压紧面沿着彼此分离的方向移动，垫片的压缩量减小，拉长，法兰压紧面沿着彼此分离的方向移动，垫片的压缩量减小，垫片产生部分回弹，预紧密封比压下降。如果垫片具有足够的回垫片产生部分回弹，预紧密封比压下降。如果垫片具有足够的回弹能力，使预紧密封比压值至少不低于工作密封比压值，则密封弹能力，使预紧密封比压值至少不低于工作密封比压值，则密封良好。反之垫片的回弹能力不足，预紧密封比压下降到工作密封良好。反之垫片的回弹能力不足，预紧密封比压下降到工作密封比压之下，则密封失效。比压之下，则密封失效。(
7、a)(b)(c)F1F1F1F1pFpFp图图12-3 12-3 法兰密封的工作原理法兰密封的工作原理三、三、法兰的结构与分类法兰的结构与分类1.1.法兰按接触面形式分为以下两类。法兰按接触面形式分为以下两类。窄面法兰：窄面法兰：法兰与垫片的整个接触面积都位于螺栓孔包围法兰与垫片的整个接触面积都位于螺栓孔包围的圆周范围内，如图的圆周范围内，如图12-412-4（a a）所示。）所示。宽面法兰：宽面法兰：法兰与垫片接触面积位于法兰螺栓中心圆的内法兰与垫片接触面积位于法兰螺栓中心圆的内外两侧，如图外两侧，如图12-412-4（b b）所示。）所示。(a)(b)2.2.法兰按其整体性程度，分为三种形
8、式。法兰按其整体性程度，分为三种形式。松式法兰：松式法兰：法兰不直接固定在壳体上或者虽固定而不能保法兰不直接固定在壳体上或者虽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，均划归松式法证法兰与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构，均划归松式法兰，如活套法兰、螺纹法兰、搭接法兰。见图兰，如活套法兰、螺纹法兰、搭接法兰。见图12-512-5。图图12-5 12-5 活套法兰与螺纹法兰活套法兰与螺纹法兰整体法兰：整体法兰：将法兰与壳体锻或铸成一体或经全焊透的平焊将法兰与壳体锻或铸成一体或经全焊透的平焊法兰，见法兰，见12-612-6。(a)(b)(c)图图12-6 12-6 平焊法兰与对焊法
9、兰平焊法兰与对焊法兰 任意式法兰：任意式法兰：这种法兰与壳体连成一体，但刚性比整体法这种法兰与壳体连成一体，但刚性比整体法兰差。兰差。实际上，工程中常采用更简单易记的分类方法。将法兰分为：实际上，工程中常采用更简单易记的分类方法。将法兰分为：焊接法兰，包括平焊法兰和对焊法兰；焊接法兰，包括平焊法兰和对焊法兰；活套法兰，分容器用和管道用两种；活套法兰，分容器用和管道用两种；螺纹法兰，一般用在高压管道中。螺纹法兰，一般用在高压管道中。3.3.法兰的形状法兰的形状绝大多数为圆盘形或绝大多数为圆盘形或带颈的圆盘形，也有带颈的圆盘形，也有少量方形、椭圆形法兰。少量方形、椭圆形法兰。四、影响四、影响法兰密
10、封的因素法兰密封的因素1.1.螺栓预紧力螺栓预紧力螺栓预紧力是影响密封的一个重要因素。预紧力必须足够大，螺栓预紧力是影响密封的一个重要因素。预紧力必须足够大，是垫片被压紧并实现初始密封条件；内压升起后，垫片上必须残是垫片被压紧并实现初始密封条件；内压升起后，垫片上必须残留有足够的螺栓预紧力，以保证不泄漏；提高螺栓预紧力，可以留有足够的螺栓预紧力，以保证不泄漏；提高螺栓预紧力，可以提高工作密封比压。但是，螺栓预紧力也不能太大，否则将会使提高工作密封比压。但是，螺栓预紧力也不能太大，否则将会使垫片被压坏或挤出。垫片被压坏或挤出。2.2.压紧面（密封面）压紧面（密封面）压紧面直接与垫片接触，它既传递
11、螺栓力使垫片变形，同时压紧面直接与垫片接触，它既传递螺栓力使垫片变形，同时也是垫片变形的表面约束。要保证法兰连接的紧密性，必须合理也是垫片变形的表面约束。要保证法兰连接的紧密性，必须合理的选择压紧面的形状。的选择压紧面的形状。法兰压紧面的型式，主要应根据工艺条件、密封直径以及准法兰压紧面的型式，主要应根据工艺条件、密封直径以及准备采用的垫片等进行选择。压力容器和管道中常用的法兰压紧面备采用的垫片等进行选择。压力容器和管道中常用的法兰压紧面形式形式如图如图12-712-7所示。所示。(a)(b)(c)(d)图图12-7 12-7 中低压法兰密封压紧面形状中低压法兰密封压紧面形状T ASC平面型压
12、紧面平面型压紧面压紧面是一个光滑的平面，如图压紧面是一个光滑的平面，如图12-7(a)12-7(a)所示，它结构简单、所示，它结构简单、加工方便、造价低，且便于防腐衬里，使用的压力范围是加工方便、造价低，且便于防腐衬里，使用的压力范围是PN2.5MPaPN2.5MPa，在，在PN0.6MPaPN0.6MPa的情况下，使用最为广泛。为了使垫的情况下，使用最为广泛。为了使垫片容易变形和防止挤出，其平面上常刻出片容易变形和防止挤出，其平面上常刻出2 24 4条同心的三角形沟条同心的三角形沟槽，如图槽，如图12-7(d)12-7(d)所示，这种压紧面垫片接触面积较大，密封性所示，这种压紧面垫片接触面积
13、较大，密封性能差，不能用于介质为毒性或易燃易爆的情况。能差，不能用于介质为毒性或易燃易爆的情况。凹凸型压紧面凹凸型压紧面这种压紧面有一个凹面和一个凸面配合而成，如图这种压紧面有一个凹面和一个凸面配合而成，如图12-7(b)12-7(b)所示。其优点是便于对中，垫片不易被内压挤出，但压紧面与垫所示。其优点是便于对中，垫片不易被内压挤出，但压紧面与垫片接触面仍较大，故需较大的螺栓预紧力，法兰尺寸也较大，可片接触面仍较大，故需较大的螺栓预紧力，法兰尺寸也较大，可用于压力较高的场合。用于压力较高的场合。榫槽型压紧面榫槽型压紧面这种压紧面是有一个榫和一个槽所组成的，如图这种压紧面是有一个榫和一个槽所组成
14、的，如图12-7(c)12-7(c)所所示，垫片置于槽中，不与介质相接触，不会被挤入设备或管道内。示，垫片置于槽中，不与介质相接触，不会被挤入设备或管道内。垫片可以较窄，因而压紧垫片所需的螺栓力也相应较小，但其拆垫片可以较窄，因而压紧垫片所需的螺栓力也相应较小，但其拆卸比较困难，因垫片被挤压在槽内不易被清除。这种压紧面适宜卸比较困难，因垫片被挤压在槽内不易被清除。这种压紧面适宜于易燃、易爆、有毒的介质以及较高压力的场合。于易燃、易爆、有毒的介质以及较高压力的场合。以上三种压紧面所用的垫片，大都是各种非金属垫片或金属以上三种压紧面所用的垫片，大都是各种非金属垫片或金属与非金属混合制的垫片。与非金
15、属混合制的垫片。锥形压紧面锥形压紧面这种压紧面是和球面金属垫片配合而成，锥角这种压紧面是和球面金属垫片配合而成，锥角20200 0，如图如图12-12-8 8所示所示，锥形面与垫片形成线接触密封，通常用于高压管件密封，锥形面与垫片形成线接触密封，通常用于高压管件密封，可用到可用到100MPa100MPa，甚至更大。其缺点是尺寸精度高，表面粗糙度低，甚至更大。其缺点是尺寸精度高，表面粗糙度低时，直径大时加工困难。时，直径大时加工困难。图图12-8 12-8 锥形压紧面锥形压紧面梯形槽压紧面梯形槽压紧面这种压紧面与椭圆形或八角形截面的金属垫圈配合，压紧面这种压紧面与椭圆形或八角形截面的金属垫圈配合
16、，压紧面一般与槽的中心线呈一般与槽的中心线呈23230 0，其槽的锥面与垫圈形成线接触密封，其槽的锥面与垫圈形成线接触密封，如图如图12-912-9所示。它密封可靠，垫圈加工比锥形面垫容易，用于较所示。它密封可靠，垫圈加工比锥形面垫容易，用于较高压力场合，一般为高压力场合，一般为7 770MPa70MPa。梯形槽材料的硬度值宜比垫圈材。梯形槽材料的硬度值宜比垫圈材料硬度高料硬度高303040HBS40HBS。23图图12-9 12-9 梯形槽压紧面梯形槽压紧面3.3.垫片垫片垫片是法兰连接的核心，密封效果的好坏主要取决于垫片的垫片是法兰连接的核心，密封效果的好坏主要取决于垫片的密封性能。按材料
17、特性垫片可分成三种。密封性能。按材料特性垫片可分成三种。非金属垫片：非金属垫片：常用的有橡胶垫、石棉橡胶垫、聚四氟乙烯常用的有橡胶垫、石棉橡胶垫、聚四氟乙烯垫和膨胀石墨垫等，如图垫和膨胀石墨垫等，如图12-10(a)12-10(a)。金属垫片：金属垫片：当压力当压力PN6.4MPaPN6.4MPa、温度、温度t350t3500 0C C时，采用金时，采用金属垫片或垫圈。常用的有软铝、钢、软钢、铬钢和不锈钢等，如属垫片或垫圈。常用的有软铝、钢、软钢、铬钢和不锈钢等，如图图12-10(e)12-10(e)、(f)(f)。金属金属- -非金属组合垫片非金属组合垫片：以上两者优点兼顾，常用的有金：以上
18、两者优点兼顾，常用的有金属包垫片和金属缠绕垫片。如图属包垫片和金属缠绕垫片。如图12-10(b)12-10(b)、(c)(c)、(d)(d)。RR4.4.法兰刚度法兰刚度在实际生产中，经常见到由于法兰刚度不足而使密封失效的在实际生产中，经常见到由于法兰刚度不足而使密封失效的现象。所以法兰的设计既要保证正常使用中不能使密封失效，也现象。所以法兰的设计既要保证正常使用中不能使密封失效，也要注意是法兰的设计过于笨重，提高整个法兰连接的造价。要注意是法兰的设计过于笨重，提高整个法兰连接的造价。5.5.操作条件操作条件操作条件即压力、温度和介质的物理化学性质。单纯的压力操作条件即压力、温度和介质的物理化
19、学性质。单纯的压力或介质因素对泄漏的影响并不是主要的，只有和温度联合作用时，或介质因素对泄漏的影响并不是主要的，只有和温度联合作用时，问题才变得严重。问题才变得严重。操作条件是生产所给定的，无法回避，为了弥补这种影响，操作条件是生产所给定的，无法回避，为了弥补这种影响，只能从密封组合件的结构和选材上加以解决。只能从密封组合件的结构和选材上加以解决。五、法兰标准及选用五、法兰标准及选用法兰已经标准化，以便增加互换性、降低成本；对于非标准法兰已经标准化，以便增加互换性、降低成本；对于非标准法兰如大直径，特殊工作参数和结构形式才须自行设计。石油化法兰如大直径，特殊工作参数和结构形式才须自行设计。石油
20、化工上用的法兰标准有两个，一个是压力容器法兰标准（工上用的法兰标准有两个，一个是压力容器法兰标准（JB4700JB47004707-20004707-2000），另一个是管法兰标准。），另一个是管法兰标准。1.1.压力容器法兰标准压力容器法兰标准压力容器法兰分平焊法兰和对焊法兰两大类，三种形式。压力容器法兰分平焊法兰和对焊法兰两大类，三种形式。平焊法兰平焊法兰: :分为甲型平焊法兰分为甲型平焊法兰（如图（如图12-1212-12所示）所示）和乙型平焊法兰和乙型平焊法兰（图（图12-1312-13所示）所示）两种。两种。图图12-12 12-12 甲型平焊法兰（甲型平焊法兰（JB4701JB47
21、019292）对焊法兰对焊法兰DD1D3DN30323K=s6013s77PII型密封面PI型密封面d(a)345dHt10 1016770.61.590DD1D3DNPI型密封面PII型密封面PIII型密封面153450.4(b)图图12-13 12-13 乙型平焊法兰（乙型平焊法兰（JB4702JB47029292）它们的主要区别，乙型带一厚的短节，一般大于它们的主要区别，乙型带一厚的短节，一般大于16mm16mm，增加，增加了法兰的刚度。另外，甲型法兰的焊缝坡口为了法兰的刚度。另外，甲型法兰的焊缝坡口为V V型，而乙型法兰型，而乙型法兰的焊缝坡口为的焊缝坡口为U U型。两种法兰的压力等级
22、及使用范围见表型。两种法兰的压力等级及使用范围见表12-212-2。对焊法兰对焊法兰长径对焊法兰，长径对焊法兰，如图如图12-1412-14（a a）所示。）所示。它由具有较大的锥径它由具有较大的锥径与法兰盘构成一体，进一步增加了法兰盘的刚度。具体的压力等与法兰盘构成一体，进一步增加了法兰盘的刚度。具体的压力等级和使用范围级和使用范围见教材表见教材表12-212-2。以上三种法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。当设备是由以上三种法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢材。不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢材。其结构其结
23、构如图如图12-1412-14（b b）所示。）所示。图图12-12-1 14 4 长径对焊法兰（长径对焊法兰（JB4703-92JB4703-92）(a)(b)2.2.压力容器法兰标准的选用压力容器法兰标准的选用选择压力容器法兰的主要参数是选择压力容器法兰的主要参数是公称压力公称压力和和公称直径公称直径。法兰。法兰的公称压力的选择与设备或容器的最大工作压力、工作温度及法的公称压力的选择与设备或容器的最大工作压力、工作温度及法兰材料有关。因法兰标准系列的制定是以兰材料有关。因法兰标准系列的制定是以16MnR16MnR在在2002000 0C C时的力学时的力学性能为基准来确定的。若选用不同材料
24、和温度时的法兰可查手册性能为基准来确定的。若选用不同材料和温度时的法兰可查手册或教材的表或教材的表12-312-3。标准法兰的标注方法标准法兰的标注方法： 标准号标准号公称压力，公称压力，MPaMPa公称直径，公称直径，mmmm密封面形式代号密封面形式代号法兰类型代号法兰类型代号注：注：法兰类型，分为一般法兰和衬环法兰两类，一般法兰的法兰类型，分为一般法兰和衬环法兰两类，一般法兰的代号为代号为“法兰法兰”，衬环法兰的代号为，衬环法兰的代号为“法兰法兰C”C”。法兰密封面形式可用代号表示，见手册或教材表法兰密封面形式可用代号表示，见手册或教材表12-412-4或图或图12-712-7和图和图2-
25、132-13。标记示例：法兰标记示例：法兰C-S 800-1.6 JB4702-2000C-S 800-1.6 JB4702-2000表示表示：公称直径为：公称直径为800mm800mm，公称压力，公称压力1.6MPa1.6MPa的衬环榫槽密封的衬环榫槽密封面乙型平焊法兰中的榫面法兰。面乙型平焊法兰中的榫面法兰。法兰连接的螺栓与螺母的材料也有规定，详见教材法兰连接的螺栓与螺母的材料也有规定，详见教材171171页页表表12-512-5和和JB4700-2000JB4700-2000。甲、乙型平焊法兰的尺寸系列参见甲、乙型平焊法兰的尺寸系列参见JB4701JB47014702-20004702-
26、2000。 非金属软垫片的选择可参照非金属软垫片的选择可参照JB4704-2000JB4704-2000。3.3.管法兰标准管法兰标准目前在石油、化工行业使用的管法兰标准较多，既有国标，目前在石油、化工行业使用的管法兰标准较多，既有国标，又有行业标准。如又有行业标准。如20012001年年7 7月月1 1日颁布的日颁布的GB/T9112GB/T91129114-20009114-2000系系列标准。列标准。行业标准主要是原化工部颁布的。行业标准主要是原化工部颁布的。19981998年年2 2月月1 1日起执行的日起执行的HG20592HG2059220635-199720635-1997钢制管
27、法兰、垫片、紧固件钢制管法兰、垫片、紧固件等。中国等。中国目前使用的大部分是公制管，属于欧洲体系。目前使用的大部分是公制管，属于欧洲体系。容器和设备的支座，是用来支承其重量，并使其固定在一定容器和设备的支座，是用来支承其重量，并使其固定在一定的位置上。在某些场合下，支座还要承受操作时设备的震动，承的位置上。在某些场合下，支座还要承受操作时设备的震动，承受风载荷和地震载荷等。受风载荷和地震载荷等。容器和设备支座的结构形式很多，根据容器和设备自身的型容器和设备支座的结构形式很多，根据容器和设备自身的型式，支座可分成两大类，即卧式容器支座和立式容器支座。式，支座可分成两大类，即卧式容器支座和立式容器
28、支座。一、卧式容器支座一、卧式容器支座卧式容器的支座有三种形式：鞍座、圈座和支腿。卧式容器的支座有三种形式：鞍座、圈座和支腿。1.1.双鞍式支座及支座标准双鞍式支座及支座标准双鞍式支座双鞍式支座常用于卧式容器。鞍座由一块底板、一块竖板和常用于卧式容器。鞍座由一块底板、一块竖板和若干块肋板焊接而成。卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生若干块肋板焊接而成。卧式容器由于温度或载荷变化时都会产生轴向的伸缩，因此容器两端的支座不同时固定在基础上，一端的轴向的伸缩，因此容器两端的支座不同时固定在基础上，一端的支座制成滚动支座或开有长孔，支座制成滚动支座或开有长孔，如图如图12-1712-17、1818所示
29、。所示。 双鞍式支座的选取原则双鞍式支座的选取原则双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁，双鞍座卧式容器的受力状态可简化为受均布载荷的外伸梁，有材料力学知，当外伸长度有材料力学知，当外伸长度A=0.207LA=0.207L时，跨度中央的弯矩与支座时，跨度中央的弯矩与支座截面处的弯矩绝对值相等，所以一般近似取截面处的弯矩绝对值相等，所以一般近似取A0.2LA0.2L。当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性的作用，当鞍座邻近封头时，则封头对支座处筒体有加强刚性的作用，为了充分利用这一加强效应，在满足为了充分利用这一加强效应，在满足A0.2LA0.2L下应尽量使下应尽量使A0.5
30、RA0.5R0 0（R R0 0为圆筒的外半径），为圆筒的外半径），如图如图12-16(b)12-16(b)所示所示。双鞍式支座的标准双鞍式支座的标准双鞍式支座已标准化（双鞍式支座已标准化（JB/T4712-92JB/T4712-92），可根据），可根据PNPN、DNDN选用。选用。鞍座标准分为轻型（鞍座标准分为轻型（A A）和重型（）和重型（B B）两大类，重型又分为）两大类，重型又分为B BB B五种型号，见教材表五种型号，见教材表12-612-6。鞍座的具体尺寸可查阅表鞍座的具体尺寸可查阅表12-712-7和相关标准。和相关标准。AL鞍座的标记方法鞍座的标记方法JB/T4712-92 J
31、B/T4712-92 鞍座鞍座 - - 固定鞍座固定鞍座F F，滑动鞍座，滑动鞍座S S 公称直径，公称直径，mmmm 型号型号(A,B(A,B,B,B,B,B,B,B,B,B)如公称直径为如公称直径为1600mm1600mm的轻型（的轻型（A A型）鞍座，标记为：型）鞍座，标记为：JB/T4712-92 JB/T4712-92 鞍座鞍座 A1600-FA1600-FJB/T4712-92 JB/T4712-92 鞍座鞍座 A1600-SA1600-S2.2.圈式支座圈式支座圈式支座使用的范围是：因自身重量而可能在支座处造成壳圈式支座使用的范围是：因自身重量而可能在支座处造成壳体较大变形的薄壁
32、容器，某些外压或真空容器，多于两个支座的体较大变形的薄壁容器，某些外压或真空容器，多于两个支座的长容器。圈座的结构长容器。圈座的结构如图如图12-1612-16（C C）所示。）所示。3.3.支腿支腿这种支座由于在与容器相连接处会造成严重的局部应力，因这种支座由于在与容器相连接处会造成严重的局部应力，因此一般只用于小型容器，支腿的结构此一般只用于小型容器，支腿的结构如图如图12-1612-16（d)d)所示。所示。Lh1h1AAFFF/2F/2圈座中性轴圈座中性轴Lh1h1AAFF补强垫板补强垫板二、立式容器支座二、立式容器支座立式容器支座有四种：耳式支座、支承式支座、腿式支座和立式容器支座有
33、四种：耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。中、小型直立容器厂采用前三种支座，高大的塔设备裙式支座。中、小型直立容器厂采用前三种支座，高大的塔设备则广泛采用裙式支座。则广泛采用裙式支座。1.1.耳式支座耳式支座耳式支座又称悬挂式支座，它有筋板和支脚板组成，广泛用耳式支座又称悬挂式支座，它有筋板和支脚板组成，广泛用于反映釜及立式换热器等直立设备上，优点是简单、轻便，但对于反映釜及立式换热器等直立设备上，优点是简单、轻便，但对器壁会产生较大的局部应力。因此，常在器壁与支座之间加一垫器壁会产生较大的局部应力。因此，常在器壁与支座之间加一垫板，垫板的材料最好与器壁相同。板，垫板的材料最好与器壁相同
34、。耳式支座推荐的标准为耳式支座推荐的标准为JB/T4725-92JB/T4725-92，它将耳式支座分成，它将耳式支座分成A A型型（短臂）和（短臂）和B B型（长臂）两类，每类又有带垫板和不带垫板两种型（长臂）两类，每类又有带垫板和不带垫板两种不带垫板的用不带垫板的用ANAN和和BNBN表示，结构及尺寸等表示，结构及尺寸等见图见图12-1912-19、图、图12-2012-20及及标准标准JB/T4725-92JB/T4725-92。b2Hb3830301b1d通气孔与筒体外形贴合A型AN型32132b2Hb38301b1s1d通气孔与筒体外形贴合B型BN型10023132支座号支座号型号型
35、号A A、ANAN、B B、BNBN JB/T 4725JB/T 47259292，耳座，耳座 如如A A型、不带垫板，型、不带垫板，3 3号耳式支座，支座材料为号耳式支座，支座材料为Q235A.FQ235A.F标记为：标记为：JB/T4725-92JB/T4725-92，耳座，耳座AN3AN3，Q235A.F Q235A.F JB/T4724JB/T4724标准规定了耳式支座的标记：标准规定了耳式支座的标记：2.2.支承式支座支承式支座对于高度不大的中小型设备，可采用支承式支座。它已标准对于高度不大的中小型设备，可采用支承式支座。它已标准化并分化并分A A、B B两类，两类，A A类有钢板拼
36、焊而成，类有钢板拼焊而成，B B类有钢管制作，两类都类有钢管制作，两类都带垫板，如图带垫板，如图12-2112-21所示。具体内容可查阅标准所示。具体内容可查阅标准JB/T4724-92JB/T4724-92。与封头外形吻合支柱底板垫板AA底板垫板与封头外形吻合支承板图图12-21 12-21 支承式支座支承式支座B B型型A A型型3.3.腿式支座腿式支座腿式支座与支承式支座的最大区别在于：腿式支座是支在容腿式支座与支承式支座的最大区别在于：腿式支座是支在容器的圆筒体部分，而支承式支座是支承在容器的封头上。器的圆筒体部分，而支承式支座是支承在容器的封头上。腿式支座也已标准化，它的形式特征见教
37、材表腿式支座也已标准化，它的形式特征见教材表12-1112-11，支座，支座形式形式见图见图12-2212-22。有关支座的具体形式、尺寸、选用可查阅标准：腿式支座有关支座的具体形式、尺寸、选用可查阅标准：腿式支座JB/T4713-92 JB/T4713-92 。4.4.裙式支座裙式支座裙式支座是高大的塔设备最广泛采用的一种支座形式。目前裙式支座是高大的塔设备最广泛采用的一种支座形式。目前尚无标准，它的各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。有关尚无标准，它的各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。有关裙式支座的结构及其设计计算可参见裙式支座的结构及其设计计算可参见JB4710-92JB4710-
38、92钢制塔式容钢制塔式容器器。典型形式见。典型形式见图图12-2312-23。垫板盖板支柱底板盖板底板支柱垫板底板支柱垫板盖板底板支柱垫板盖板A型AN型B型BN型图图12-22 12-22 腿式支座腿式支座无保温时透气孔无保温时透气孔裙座圈人孔压板角牵板支承板排液孔图图12-23 12-23 裙式支座裙式支座化工容器不可避免的要开孔并往往接有管子或凸缘，容器化工容器不可避免的要开孔并往往接有管子或凸缘，容器开孔接管后在应力分布与强度方面将带来如下影响：开孔破坏开孔接管后在应力分布与强度方面将带来如下影响：开孔破坏了原有的应力分布并引起应力集中，较大的局部应力，再加上了原有的应力分布并引起应力集
39、中，较大的局部应力，再加上作用于管子上的各种载荷所产生的应力，温度差造成的温差应作用于管子上的各种载荷所产生的应力，温度差造成的温差应力，以及容器材质和焊接缺陷等因素的综合作用，接管处往往力，以及容器材质和焊接缺陷等因素的综合作用，接管处往往会成为容器的破坏源，特别是在有交变应力及腐蚀的情况下变会成为容器的破坏源，特别是在有交变应力及腐蚀的情况下变得更为严重，远高于容器中的薄膜应力，造成容器的破坏。因得更为严重，远高于容器中的薄膜应力，造成容器的破坏。因此容器开孔接管后，必须考虑器补强问题。此容器开孔接管后，必须考虑器补强问题。一、开孔补强的设计原则与补强结构一、开孔补强的设计原则与补强结构1
40、.1.补强设计原则补强设计原则等面积补强法的设计原则等面积补强法的设计原则补强法规定：补强法规定：局部补强的金属截面积必须等于或大于开孔所局部补强的金属截面积必须等于或大于开孔所减去的壳体截面积，其含义在于补强壳壁的平均强度，用于开孔减去的壳体截面积，其含义在于补强壳壁的平均强度，用于开孔等截面的外加金属来补偿削弱的壳壁强度。等截面的外加金属来补偿削弱的壳壁强度。优点：优点：方法简便，使用历史长有使用经验。方法简便，使用历史长有使用经验。缺点：缺点：补强金属集中于根部时效果较好，但分散时效果差。补强金属集中于根部时效果较好，但分散时效果差。即使即使100%100%等面积补强，仍不能有效地降低应
41、力集中系数。等面积补强，仍不能有效地降低应力集中系数。塑性失效补强设计原则塑性失效补强设计原则这是一种极限设计方法，同时又考虑到结构的安定性。这是一种极限设计方法，同时又考虑到结构的安定性。其基本点是：其基本点是：开孔容器的接管处达到全域塑性时的极限应力开孔容器的接管处达到全域塑性时的极限应力应等于无孔壳体的屈服应力；同时，按弹性计算的最大应力不超应等于无孔壳体的屈服应力；同时，按弹性计算的最大应力不超过过2 2s s, ,即：即：maxmax=2=2s s, ,而而s s=1.5=1.5，所以：，所以： maxmax=3=3 即：薄膜应力控制在许用应力之下，那么应力集中区的最大即：薄膜应力控
42、制在许用应力之下，那么应力集中区的最大应力集中系数可以允许达到应力集中系数可以允许达到3.03.0。此方法只允许采用整体锻件补。此方法只允许采用整体锻件补强结构。强结构。2.2.补强结构补强结构常用的补强结构有下列几种：常用的补强结构有下列几种：补强圈补强结构补强圈补强结构：如图如图12-24(a)12-24(a)、(b)(b)、(c)(c)所示所示。图图12-24(12-24(a)a)、(b)(b)、(c)(c)补强结构补强结构优点：优点：制造方便，造价低，使用经验成熟。制造方便，造价低，使用经验成熟。缺点：缺点：a.a.补强区过于分散，补强效率不高；补强区过于分散，补强效率不高；b.b.补
43、强圈与壳体焊接之间存在一层静气隙，传热效率差，会补强圈与壳体焊接之间存在一层静气隙，传热效率差，会产生热应力；产生热应力；c.c.补强圈与壳体焊接处，刚度变大，容易造成焊接处开裂；补强圈与壳体焊接处，刚度变大，容易造成焊接处开裂；d.d.抗疲劳能力差。抗疲劳能力差。所以，此结构适用于中、低压、静压容器。所以，此结构适用于中、低压、静压容器。厚壁管补强结构：厚壁管补强结构：如图如图12-24(d)12-24(d)、(e)(e)、(f)(f)所示所示。优点：优点：结构简单、制造和检验方便，但必须保证焊接处全焊结构简单、制造和检验方便，但必须保证焊接处全焊透。其中图透。其中图2-242-24（f f
44、）效果最好，但内伸长度要适当，如过长，）效果最好，但内伸长度要适当，如过长，其效果反会降低。常用于低合金钢容器或某些高压容器。其效果反会降低。常用于低合金钢容器或某些高压容器。图图12-24(12-24(d)d)、(e)(e)、(f)(f)补强结构补强结构整锻件补强结构：整锻件补强结构：如图如图12-24(g)12-24(g)、(h)(h)、(i)(i)。优点：优点：补强金属集中，能有效降低应力集中系数；全部采用补强金属集中，能有效降低应力集中系数；全部采用对接焊接接头，易探伤，易保证质量；整体性好，抗疲劳性能最对接焊接接头，易探伤，易保证质量；整体性好，抗疲劳性能最好，疲劳寿命仅降低好，疲劳
45、寿命仅降低10%10%15%15%。缺点缺点：锻件供应困难，制造麻烦，成本高。：锻件供应困难，制造麻烦，成本高。所以，常用在所以，常用在b b540MPa540MPa级的钢板制作的容器上及受低温、级的钢板制作的容器上及受低温、高温、反复载荷的大直径开孔容器、高压容器、核容器上等。高温、反复载荷的大直径开孔容器、高压容器、核容器上等。图图12-24(12-24(g)g)、(h)(h)、(i)(i)补强结构补强结构二、适宜的开孔范围二、适宜的开孔范围当采用局部补强时，当采用局部补强时，GB150-1998GB150-1998规定，筒体及封头上最大直规定，筒体及封头上最大直径不得超过以下数值：径不得
46、超过以下数值：筒体内经筒体内经D Di i1500mm1500mm时，开孔最大直径时，开孔最大直径d Dd Di i/2,/2,且且d520mm(dd520mm(d为开孔直径为开孔直径) )；筒体内经筒体内经D Di i1500mm1500mm时时, ,开孔最大直径开孔最大直径d Dd Di i/3,/3,且且d1000;d1000;凸形封头或球壳的开孔最大直径凸形封头或球壳的开孔最大直径dDdDi i/2/2； 锥壳的开孔最大直径锥壳的开孔最大直径d Dd Dk k/3,D/3,Dk k为开孔中心处的锥壳内为开孔中心处的锥壳内直径；直径；见图见图12-2512-25。凸形封头上开孔时，应尽量
47、开设在封头中心部位附近。当需凸形封头上开孔时，应尽量开设在封头中心部位附近。当需要靠近封头边缘开孔时，应符合要靠近封头边缘开孔时，应符合图图12-2612-26的要求。另外，任意两个的要求。另外，任意两个相邻孔边缘间连接的投影距离至少等于小孔的直径。相邻孔边缘间连接的投影距离至少等于小孔的直径。图图12-25 12-25 开孔的锥形封头开孔的锥形封头图图12-26 12-26 开孔封头边缘距离限制开孔封头边缘距离限制三、不另行补强的最大开孔直径三、不另行补强的最大开孔直径关于不另行补强的最大开孔直径，关于不另行补强的最大开孔直径，GB150-1998GB150-1998规定，壳体满规定，壳体满
48、足下述全部要求时，可不另行补强：足下述全部要求时，可不另行补强：设计压力小于或等于设计压力小于或等于2.5MPa2.5MPa；两相邻开孔中心的距离（弧面以弧长计）应不小于两孔直两相邻开孔中心的距离（弧面以弧长计）应不小于两孔直径之和的两倍；径之和的两倍；接管公称外径小于或等于接管公称外径小于或等于89mm89mm；接管最小厚度满足表接管最小厚度满足表12-1212-12要求。要求。接管公称直径接管公称直径253238454857657689最小厚度最小厚度3.54.05.06.0四、等面积补强的设计方法四、等面积补强的设计方法所谓等面积补强，就是使补强的金属量等于或大于开孔所削所谓等面积补强，
49、就是使补强的金属量等于或大于开孔所削 弱的金属量。补强金属在通过开孔中心线的纵截面的正投影面积，弱的金属量。补强金属在通过开孔中心线的纵截面的正投影面积，必须等于或大于壳体由于开孔而在这个纵截面上所削弱的正投影必须等于或大于壳体由于开孔而在这个纵截面上所削弱的正投影面积。具体计算参见面积。具体计算参见GB150-1998GB150-1998。五、补强圈标准五、补强圈标准补强圈已有标准：补强圈已有标准：JB/T4736-95JB/T4736-95和和HG21506-92HG21506-92，可参考选用。，可参考选用。容器上开孔，是为了安装操作与检修用的各种附件，如接管容器上开孔，是为了安装操作与
50、检修用的各种附件，如接管视镜、人孔和手孔等。视镜、人孔和手孔等。一、接管一、接管化工设备上的接管分两类化工设备上的接管分两类, ,一类是容器上的工艺接管一类是容器上的工艺接管, ,多是带多是带法兰的短接管法兰的短接管, ,如图如图12-2712-27所示。其接管长度应考虑所设置的保温所示。其接管长度应考虑所设置的保温层厚度及便于按装螺栓层厚度及便于按装螺栓, ,可按教材表可按教材表12-1312-13选用。接管上焊缝之间选用。接管上焊缝之间的距离不小于的距离不小于50mm,50mm,铸造设备可与壳体一起铸出铸造设备可与壳体一起铸出, ,见图见图12-2812-28。l50 图图12-27 12
