第4章(程设备设计).ppt

三、封头设计 4、锥壳 5、平盖 （二）密封分类 （三）影响密封性能的主要因素 （四）螺栓法兰连接设计 （五）法兰结构类型及标准 （六）高压密封设计 2、高压密封的基本特点 3、高压密封的结构型式 4、提高高压密封性能的措施 任意式法兰 图4-30 法兰结构类型（任意式法兰） 从结构来看，这种法兰与壳体连成一体，但刚性介于整体法兰和松式法兰之间。 计算按整体法兰，当法兰颈部厚度δo≤15 mm，法兰内直径Di/δo≤300，计算压力Pc≤2MPa，t≤370℃时，可简化为不带颈的松式法兰计算。 任意式法兰 任意式法兰 任意式法兰 实际 应尽可能选用标准法兰。只有使用大直径、 特殊工作参数和结构形式时才需自行设计。 分类 选择法兰的主要参数 2、法兰标准 管法兰、容器法兰。相同公称直径、公称压力 的管法兰与容器法兰的连接尺寸各不相同，二 者不能相互套用。 公称压力（PN） 公称直径（DN） 是指名义直径，是与内径相近的某个数值，公称直径相同的钢管，外径是相同的，由于厚度是变化的，所以内径也是变化的，如DN100的无缝钢管有φ108×4、φ108×4.5、φ108×5等规格。 公称直径（DN ） 公称直径是容器和管道标准化后的尺寸系列，按国家标准规定 的系列选用。 容器法兰 是容器内径（用管子作筒体的容器除外） 管法兰 公称压力（PN ） 压力容器或管道的标准化压力等级。指规定温度下的最大工作压力，并经过标准化后的压力数值。 选取 与设计压力相近且又稍高一级的公称压力。当容器零部件设计温度升高且影响金属材料强度极限时，则要按更高一级的公称压力选取零部件。用PN表示，如PN0.25、PN4.0等。 欧洲体系中常用的公称压力等级（SI制）： 0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0MPa等 美洲体系中常用的公称压力等级（SI制）： 2.0、5.0、11.0、15.0、26.0、42.0MPa等 例： PN2.5长颈对焊法兰（JB4703），在-20～200℃时的允许工作压力为2.5MPa，但若将它用于400℃，它的最高允许工作压力为1.93MPa；若改用20钢制造，则-20～200℃的允许工作压力为1.81MPa，而温度升高到400℃时，允许工作压力降低为1.26MPa。因此，选用的法兰压力等级应不低于法兰材料在工作温度下的允许工作压力。 管法兰也有类似的规定，具体可参阅有关标准。 公称压力——是以16Mn在200℃时的最高工作压力为依据制定的，因此当法兰材料和工作温度不同时，最大工作压力将降低或升高。 容器法兰标准 管法兰标准 国家标准GB9112～9125 机械标准JB/T74～90 化工标准HG20592～20635（包括欧洲体系和美洲体系） 中国管法兰标准： 国际上两个体系，即欧洲体系（以DIN标准为代表）以及 美洲体系（以ASME B16.5、B16.47标准为代表）。 同一体系内，各国的管法兰标准基本上可以互相配用（指 连接尺寸和密封面尺寸），但两个体系之间不能互相配用。较明显的区分标志为公称压力等级不同。 优先选用 标准法兰的选用 根据容器或管道的公称直径、公称压力、工作温度、工作介质特性以及法兰材料进行选用。 法兰的基本定义 操作条件 对非标准法兰，应在选定法兰、垫片的材料和形式后，参考法兰标准系列初拟法兰尺寸，然后进行应力计算，使其各部分尺寸能够满足相应强度要求。 ▲法兰结构虽然简单，但因影响因素较多，受力情 况复杂，所以很难用严密的理论进行分析计算。 ▲另一方面，虽然法兰刚度不足是导致过大变形而 引起泄漏的原因之一，但目前国内外多数规范中 的法兰设计方法基本上仍从强度考虑，控制法兰 中的应力值作为设计依据。 说明： 3、法兰强度设计计算简述 基于材料力学的简单方法 由Bach（巴赫）提出，把高颈看作一悬臂梁来验算，简化程度太大，少用。 以弹性分析为基础的方法 代表Timoshenko（铁木辛柯）和Watres（华脱尔斯）。控制法兰中的应力在弹性，同时保证法兰的密封要求，是目前采用最多的方法，尤其是Waters法。 以塑性分析为基础的方法 在设计法兰时着重整个可拆—联接结构的密封，而对法兰强度以塑性失效设计准则控制。 可参考《化工容器设计》王志文主编，化学工业出版社；余国琮主编《化工容器及设备》天津大学出版社 1、高压密封的基本要求 工作可靠，在正常操作条件下均可保证密封性能 结构简单，装拆和维修方便 加工制造方便，不要求过高的粗糙度和精度 结构紧凑，密封构件少 所需的紧固件应简单轻巧 选材应防腐蚀介质 造价低廉 一般采用金属密封元件，常用退火铝、退