1、第二节第二节 压力容器零部件压力容器零部件1.2.1 筒体和封头筒体和封头1.2.4 设备的开孔设备的开孔1.2.5 设备安全附件设备安全附件1.2.2 法兰联接法兰联接1.2.3 设备的支座设备的支座 1.2压力容器零部件压力容器零部件压力容器的结构压力容器的结构封头人孔支座筒体管口液位计零部件的二个基本参数零部件的二个基本参数对于用钢板卷制的容器筒体而言，其公称直径的数值等于筒体内径。当容器筒体直径较小时，可直接采用无缝钢管制作时，这时容器的公称直径等于钢管的外径。管子的公称直径（通径）既不是管子的内径也不是管子的外径，而是一个略小于外径的数值。公称直径（公称直径（DN）零部件的二个基本参
2、数零部件的二个基本参数 国家标准GB1048将管路元件的公称压力分为以下十个等级：0.25MPa、0.6MPa、1.0Ma、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.30MPa、10.0MPa、16.0MPa、25.0MPa。公称压力（公称压力（PN）1.2.1 筒体和封头筒体和封头筒体和封头是构成压力容器的两个最基本元件，工筒体和封头是构成压力容器的两个最基本元件，工程上绝大多数压力容器的筒体均为圆筒形。程上绝大多数压力容器的筒体均为圆筒形。筒体通常由钢板卷焊而成或直接采用无缝钢管。筒体通常由钢板卷焊而成或直接采用无缝钢管。钢板卷焊而成的压力容器公称直径指的是内径；钢板卷焊而成的压力容器
3、公称直径指的是内径；直接采用无缝钢管制作的容器公称直径指的是外径。直接采用无缝钢管制作的容器公称直径指的是外径。PDiPDiDiQ0M0M0Q0Q0M0M0Q0椭圆形封头DNh1h2t椭球形封头DNt碟形封头RrDNh1h2t锥形封头DNhdHt60平板封头DNt1.2.2 法兰联接法兰螺栓垫片垫圈螺母法兰联接的特点：法兰联接的特点：1、密封可靠：能保证紧密不漏；、密封可靠：能保证紧密不漏；2、强度高：附加法兰不削弱整体强度；、强度高：附加法兰不削弱整体强度；3、适用面广：设备和管道均可适用；、适用面广：设备和管道均可适用；4、可拆联接：可多次重复装拆；、可拆联接：可多次重复装拆；5、经济合理
4、：可批量生产。、经济合理：可批量生产。F1F1F1F1pFpFp(a)初始状态(c)工作状态(b)预紧状态法兰联接的工作原理：法兰连接结构型式和标准1）法兰密封面的型式(a)全平面全平面型压紧面（型压紧面（Flat face）：柔软材料垫片柔软材料垫片，或铸铁、搪瓷、塑料等，或铸铁、搪瓷、塑料等低压低压法兰场合。法兰场合。(b)突出平面型压紧面（突出平面型压紧面（Raised face）：p2.5MPa，加三、四道周向沟槽后，加三、四道周向沟槽后，可以提高密封压力。简单但不易对中，螺栓力大。可以提高密封压力。简单但不易对中，螺栓力大。(c)凹凸型压紧面（凹凸型压紧面（Malefemale fa
5、ce）：便于对中，垫片不易被挤出和吹出，便于对中，垫片不易被挤出和吹出，p6.4MPa(d)榫槽型压紧面（榫槽型压紧面（Tonguegroove face）：垫片窄，螺栓力小，安装简单，垫片窄，螺栓力小，安装简单，不会偏，且少受冲刷和腐蚀。但是结构复杂，更换垫片困难（有小技巧：安不会偏，且少受冲刷和腐蚀。但是结构复杂，更换垫片困难（有小技巧：安装时在密封垫上涂石墨），装时在密封垫上涂石墨），适用于易燃易爆和高度或极度危害等重要场合。适用于易燃易爆和高度或极度危害等重要场合。(e)梯形压紧面（梯形压紧面（Trapezium face）：适用于高温，压力较高场合，适用于高温，压力较高场合，O形圈、
6、金形圈、金属垫圈属垫圈 八角垫、椭圆垫八角垫、椭圆垫（a）全平面）全平面（b）突面）突面（c）凹凸面）凹凸面（d）榫槽面）榫槽面（e）环连接面（梯形槽）环连接面（梯形槽）突出平面型压紧面突出平面型压紧面凹凸面法兰连接凹凸面法兰连接榫槽面法兰连接榫槽面法兰连接榫槽型密封面榫槽型密封面梯形槽密封面梯形槽密封面金属与金属的接触（Metal to metal）控制压缩垫片控制压缩垫片尽管存在垫片，在螺栓尽管存在垫片，在螺栓预紧后，法兰发生金属与金属的接触预紧后，法兰发生金属与金属的接触主要特点：主要特点：将垫片压缩到预定的将垫片压缩到预定的厚度后，继续追加螺栓载荷直厚度后，继续追加螺栓载荷直到与法兰接
7、触。到与法兰接触。优点：优点：a a 当存在介质应力和温度波动时，垫片上的密封载荷不发生当存在介质应力和温度波动时，垫片上的密封载荷不发生变化，以致接头保持在最佳的泄漏控制状态变化，以致接头保持在最佳的泄漏控制状态b b 同时螺栓不承受循环载荷，减少了发生疲劳或松脱的危险同时螺栓不承受循环载荷，减少了发生疲劳或松脱的危险c c 减少了法兰的转角减少了法兰的转角2）密封面应具备的表面性质：(b)法兰密封表面加工纹路：同心圆线或螺旋线法兰密封表面加工纹路：同心圆线或螺旋线前者更好，但不易做到，绝不允许有径向划痕。绝不允许有径向划痕。检修时一定要注意清理密封面残留物时不能有径向划痕。密密 封封 面面
8、 类类 型型Ra/mminmax全平面、突面、大凹凸面（车削）全平面、突面、大凹凸面（车削）榫槽面、小凹凸面榫槽面、小凹凸面环连接面、环连接面、O形凹面和槽面形凹面和槽面3.20.80.412.53.21.6(a)有一定的粗糙度有一定的粗糙度管法兰密封面粗糙度的要求管法兰密封面粗糙度的要求3）法兰的类型分类方法分类方法 用途：用途：容器法兰和管法兰；容器法兰和管法兰；密封面宽窄：密封面宽窄：宽面法兰和窄面法兰；宽面法兰和窄面法兰；材料：材料：金属和非金属，前者又分钢制、铸铁和有色金属；金属和非金属，前者又分钢制、铸铁和有色金属；形状：形状：圆形、矩形和椭圆形；圆形、矩形和椭圆形；制造：制造：整
9、体法兰和焊接法兰整体法兰和焊接法兰 国际标准化组织颁布标准：国际标准化组织颁布标准：ISO70051：1992 “金属法兰金属法兰钢法兰钢法兰”，法兰类型，法兰类型11种。种。法兰的种类很多，主要用法兰的种类很多，主要用钢制圆形窄面法兰钢制圆形窄面法兰(a)带（长）颈对焊法兰带（长）颈对焊法兰 (b)带颈平焊法兰带颈平焊法兰 (c)带颈承插焊法兰带颈承插焊法兰 (d)板式平焊法兰板式平焊法兰(e)翻边环松套法兰翻边环松套法兰 (f)螺纹法兰螺纹法兰(g)平焊环松套法兰平焊环松套法兰 (h)法兰盖法兰盖 松套法兰松套法兰螺纹法兰螺纹法兰搭接法兰搭接法兰板式平焊法兰板式平焊法兰板式法兰板式法兰4）
10、法兰标准和选用原则容器法兰和管道法兰两种容器法兰和管道法兰两种(1)容器法兰标准容器法兰标准压压 力力 容容 器器 法法 兰兰JB4700470792中国石油化工总公司中华人民共和国劳动部业部中华人民共和国化学工子工业部中华人民共和国机械电JB470092 压力容器法兰分类与技术条件压力容器法兰分类与技术条件适用范围适用范围：公称压力：公称压力0.256.4MPa，工作温度，工作温度-20450分类分类：甲型平焊法兰，乙型平焊法兰，长颈对焊法兰：甲型平焊法兰，乙型平焊法兰，长颈对焊法兰法兰、垫片、螺柱、螺母材料的匹配法兰、垫片、螺柱、螺母材料的匹配容器法兰公称直径：指与法兰相配的筒体或封头的公
11、称直径。压力容器的公压力容器的公称直径称直径DN：426325219159300016001000800500300Di，无缝钢管作筒体：外径等，钢板卷焊点筒体：内径只要是确定了公称直径和公称压力，法兰的尺寸就确定了，不只要是确定了公称直径和公称压力，法兰的尺寸就确定了，不论何种材料。论何种材料。公称压力公称压力pN：一定温度和材料的法兰的最高工作压力。一定温度和材料的法兰的最高工作压力。容器法兰的公称压力容器法兰的公称压力是以是以16Mn在在200时的最高操作压时的最高操作压力为依据制订的。力为依据制订的。材料和使用温度不同时，最大允许工作压力将降低或升高材料和使用温度不同时，最大允许工作压
12、力将降低或升高 如如pN4.0的标准长颈法兰的标准长颈法兰用用16Mn，200以下时以下时pmax为为4.00MPa，400时时pmax为为3.08MPa；用用20钢，钢，200以下时以下时pmax为为2.90MPa，400时时pmax为为2.01MPa；15MnMo，200以下时以下时pmax为为4.27MPa，400时时pmax为为4.00MPa。法兰分类及系列参数甲乙型平焊法兰的最大允许工作压力甲乙型平焊法兰的最大允许工作压力甲乙型平焊法兰的最大允许工作压力法兰、垫片、螺柱、螺母材料匹配表法兰、垫片、螺柱、螺母材料匹配表长颈对焊法兰的最大允许工作压力长颈对焊法兰的最大允许工作压力JB47
13、0492非金属软垫片非金属软垫片JB470692金属包覆垫片金属包覆垫片JB470592缠绕垫片缠绕垫片双头螺柱双头螺柱JB470792等长双头螺柱等长双头螺柱(2)管道法兰标准我国最早最早的化工生产中使用的管道法兰标准是：管道法兰标准是：HG5006502658，其，其它它JB749059等等 1988年颁布国家标准国家标准钢制管法兰钢制管法兰GB91129131881991年化工部年化工部颁布新标准HGJ447691钢制管法兰、垫片、紧固钢制管法兰、垫片、紧固件件，这一标准存在与58年标准及国家标准不配套的问题，所以1997年年重新修订HG205922063597。石化标准石化标准SH34
14、01340796注意：管法兰标准制订了法兰的压力温度等级，也规定注意：管法兰标准制订了法兰的压力温度等级，也规定了不同公称压力下法兰的最大允许工作压力，与容器法兰了不同公称压力下法兰的最大允许工作压力，与容器法兰不同的是不管何种材料，其最大允许工作压力均小于公称不同的是不管何种材料，其最大允许工作压力均小于公称压力。压力。1.2.3设备的支座设备的支座1)、悬挂式支座悬挂式支座通常由两块筋板和一块底板焊接而成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支座号型号A、AN、B、BN JB/T 472
15、592，耳座 如A型、不带垫板，3号耳式支座，支座材料为Q235A.F标记为：JB/T4725-92，耳座AN3，Q235A.F JB/T4724标准规定了耳式支座的标记：2)、支腿式支座（1）公称直径DN4001600；（2）圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN5；（3）容器的总高H5000mm。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型型号A、B支座号JB/TB472492，支座 支腿式支座的标记为：如容器公称直径DN800，角钢支柱支腿，不带垫板，材料为Q235-A.F，支承高度H=800mm。标记为：JB/T 471392，支腿AN38003)
16、、支承式支座（1）公称直径DN8004000；（2）圆筒长度L与公称直径DN之比L/DN5；（3）容器的总高H10m。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型号A、B支座号JB/TB472492，支座 支承式支座的标记为：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裙座的结构4）裙式支座）裙式支座5）鞍式支座鞍式支座常用于卧式设备。鞍座由一块底板、一块竖板和若干块肋板焊接而成。F型S型120卧式设备一般采用双支座，一个型，一个型。其中型的螺栓孔为园孔，型的螺栓孔为长园孔。鞍式支座的位置布置应符合ARi/2和A L/2。AL1.2.4 设备的开孔设备的开孔1)
17、、设备开孔的装置设备的管口与凸缘人孔手孔及检查孔lDN一、补强结构一、补强结构 补强结构补强结构局部补强局部补强整体补强整体补强补强圈补强补强圈补强厚壁接管补强厚壁接管补强整锻件补强整锻件补强1.2.3 设备的开孔设备的开孔（1）补强圈补强）补强圈补强结构：结构：补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见（a）图。）图。优点：优点：结构简单，制造方便，使用经验丰富；结构简单，制造方便，使用经验丰富；图4-37（a）缺点：缺点：1）与壳体金属之间不能完全）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，上使用时，存在较
18、大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热在补强局部区域产生较大的热应力；应力；2）与壳体采用搭接连接，难）与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，抗疲劳性以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。能差。1.2.3 设备的开孔设备的开孔中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在中低压容器应用最多的补强结构，一般使用在静载静载、常温常温、中低压中低压、材料的标准抗拉强度低于材料的标准抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于补强圈厚度小于或等于1.5n、壳体名义厚度壳体名义厚度n不大不大38mm的场合。的场合。应用：应用：HG21506-92补强圈补强圈，JB/T4736-95补强圈补强圈标准：标准：1.2
19、.3 设备的开孔设备的开孔（2）厚壁接管补强）厚壁接管补强结构：结构：在开孔处焊上一段厚壁接管，见（在开孔处焊上一段厚壁接管，见（b）图。）图。特点：特点：补强处于最大应力区域，能更有效地降低补强处于最大应力区域，能更有效地降低。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好。检验，补强效果较好。图4-37（b）制压力制压力容器由于材料缺口敏感容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该性较高，一般都采用该结构，但必须保证结构，但必须保证。应用：应用：1.2.3 设备的开孔设备的开孔图4-37（c）（3）整锻件补强）整锻件补强 整体锻件1.2.3
20、设备的开孔设备的开孔补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低补强金属集中于开孔应力最大部位，能最有效地降低应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影应力集中系数；可采用对接焊缝，并使焊缝及其热影响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低低1015%。重要压力容器，如核容器、材料屈服点在重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直径开孔容器等。直径开孔容器等。结构：结构：将接管和部分壳体连同补强部分做成整体锻件，再与将接管和部分壳体连同补
21、强部分做成整体锻件，再与壳体和接管焊接，见（壳体和接管焊接，见（c）图。）图。优点：优点：缺点：缺点：锻件供应困难，制造成本较高。锻件供应困难，制造成本较高。应用：应用：1.2.3 设备的开孔设备的开孔二、开孔补强设计准则二、开孔补强设计准则 指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应指采取适当增加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。力集中系数减小到某一允许数值。开孔补强设计：开孔补强设计：开孔补强设计准则开孔补强设计准则弹性失效设计准则弹性失效设计准则等面积补强法等面积补强法塑性失效准则塑性失效准则极限分析法极限分析法1.2.3 设备的开孔设备的开孔（1）等面积补强）等面积补强
22、 壳体因开孔被壳体因开孔被削弱的承载面积，须削弱的承载面积，须有补强材料在离孔边有补强材料在离孔边一定距离范围内予以一定距离范围内予以等面积补偿。等面积补偿。以双向受拉伸的无限以双向受拉伸的无限大平板上开有小孔时孔边的大平板上开有小孔时孔边的应力集中作为理论基础的，应力集中作为理论基础的，即仅考虑壳体中存在的拉伸即仅考虑壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的薄膜应力，且以补强壳体的一次应力强度作为设计准则。一次应力强度作为设计准则。故对小直径的开孔安全可靠。故对小直径的开孔安全可靠。没有考虑开孔处没有考虑开孔处应力集中应力集中的的影响，没有计入影响，没有计入容器直径变化容器直径变化的影的影响
23、，补强后对不同接管会得到不同响，补强后对不同接管会得到不同的应力集中系数，即安全裕量不同，的应力集中系数，即安全裕量不同，因此有时显得富裕，有时显得不足因此有时显得富裕，有时显得不足。长期实践经验，简单易长期实践经验，简单易行，当开孔较大时，只要对其行，当开孔较大时，只要对其开孔尺寸和形状等予以一定的开孔尺寸和形状等予以一定的配套限制，在一般压力容器使配套限制，在一般压力容器使用条件下能够保证安全，因此用条件下能够保证安全，因此不少国家的容器设计规范主要不少国家的容器设计规范主要采用该方法，如采用该方法，如ASME-1和和GB150等。等。1.2.3 设备的开孔设备的开孔带有某种补强结构的接管
24、与壳体发生塑性失效时的极带有某种补强结构的接管与壳体发生塑性失效时的极限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。限压力和无接管时的壳体极限压力基本相同。（2）极限分析补强）极限分析补强 定义：定义：1.2.3 设备的开孔设备的开孔焊接接头系数小于焊接接头系数小于1但开孔位置不在焊缝上等等但开孔位置不在焊缝上等等三、允许不另行补强的最大开孔直径三、允许不另行补强的最大开孔直径 强度裕量强度裕量接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度接管和壳体实际厚度大于强度需要的厚度接管根部有填角焊缝接管根部有填角焊缝上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应力从上述因素相当于对壳体进行了局部加强，降低了薄膜应
25、力从而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的而也降低了开孔处的最大应力。因此，对于满足一定条件的开孔接管，可以不予补强。开孔接管，可以不予补强。1.2.3 设备的开孔设备的开孔GB150规定：规定：在设计压力在设计压力2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的两倍，（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的两倍，接接管公称外径管公称外径89mm时，时，接管最小厚度满足表接管最小厚度满足表4-14要求，要求，就可不另行补强。就可不另行补强。表4-14 不另行补强的接管最小厚度 mm6.05.04.03.5
26、897665574845383225接管公称外径最小厚度1.2.3 设备的开孔设备的开孔 补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力补强材料一般需与壳体材料相同，若补强材料许用应力小于壳体材料许用应力，则补强面积按壳体材料与补强小于壳体材料许用应力，则补强面积按壳体材料与补强材料许用应力之比而增加。若补强材料许用应力大于壳材料许用应力之比而增加。若补强材料许用应力大于壳体材料许用应力，则所需补强面积不得减少。体材料许用应力，则所需补强面积不得减少。要求：要求：孔周边会出现较大的局部应力，采用分析孔周边会出现较大的局部应力，采用分析设计标准中规定的方法和压力面积法等方设计标准中规定的方法和
27、压力面积法等方法进行分析计算。法进行分析计算。大开孔补强：大开孔补强：GB150-1998钢制压力容器钢制压力容器第第78页至第页至第81页页多个开孔补强：多个开孔补强：1.2.3 设备的开孔设备的开孔1.2.5 设备安全附件1)、安全阀作用：当压力超过正常工作压力，能自动打开，介迅速排放，使设备内的压力保持在最高许用压力范围内，保证其处于安全状态。2)、爆破片使用场合容器内的介质易于结晶或聚合，或带有较多的粘性物质，容易堵塞安全阀，或使安全阀的阀芯和阀座粘在一起；容器的内压由化学反应或其他原因会迅速上升，安全阀难以及时排出所产生的大量气体，且无法及时降压。但不适用于压力剧增，反应速度达到爆轰
28、时的压力容器；容器内的介质为剧毒或极为昂贵的气体，使用安全阀难以达到防漏要求。3)、压力表、液面计和测温仪表 压力表选用要求所选压力表必须与压力容器内的介质相适应；低压容器使用的压力精度不低于2.5级；中、高压容器使用的压力表精度不应低于1.5级；压力表盘刻度极限值为最高工作压力的1.53.0倍，最好选用2倍，表盘直径不应小于100mm。压力表安装要求装设位置应便于操作人员观察和清洗，且应避免受到辐射热、冻结或震动的不利影响；压力表与压力容器之间，应装设三通旋塞或针形阀，三通旋塞或针形阀上应有开启标记和锁紧装置，压力表和压力容器之间不得连接其他用途的任何配件或接管；用于水蒸汽介质的压力表，在压力表与压力容器之间应装有存水弯管；用于具有腐蚀性或高粘度介质的压力表，在压力表与压力容器之间应装设能隔离介质的缓冲装置。液位计选用要求应根据压力容器的介质、最高工作压力和温度选用；在安装使用前，低、中压容器用的液面计，应进行1.5倍液面计公称压力的水压试验，高压容器用的液面计，应进行1.25倍液面计公称压力的水压试验；盛装0以下介质的压力容器，应选用防霜液面计；寒冷地区室外使用的液面计，应选用夹套型或保温型结构的液面计；易燃、毒性程度为极度、高度危害介质的液化气体压力容器，应采用板式或自动液面指示计，并应有防止泄漏的保护装置；要求液面指示平稳时不应采用浮子式液面计。
