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化工.机械
2015年
压力容器法兰的设计
张建立*张亚宁
(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T(051.8'1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。它将不意配套。单纯的提高某一性能并不能解决问
同部分连接起来,可以随时拆卸,对需要经常打开题,需要综合考虑强度、密封性能及刚度等的改
的设备几乎是必不可少的部分。设备法兰的设计变。还应注意螺母与螺桂(或螺栓)硬度的匹配,
在GB150.1~150.4-2011中有详细介绍。螺母硬度要低于螺栓硬度大约20~40HBW,以减
NB/T47020~47027-2012中对常见的甲型、乙型少对螺柱的磨损,同时避免卡死。当温度较高时,
和长颈法兰进行了标准化,以便设计时选用2。应注意螺柱膨胀量与法兰膨胀量的协调。必要时
但实际工作中遇到的法兰远远超出了这个范围,加蝶簧以补偿膨胀差,保证密封性能。
经常需要设计非标法兰、无垫片焊接密封法兰,甚1.2最大允许工作压力
至是无垫片焊接密封反向法兰。
最大允许工作压力与材料和工作温度有关,具
1设备法兰选用要点
体见NB/T47020-2012中的表6、7。法兰标准是基于
垫片密封法兰典型结构如图1所示,相关符16Mn锻件在常温下的许用应力编制的。温度不同、
号的意义公见GB150.1~150.4-2011。
材料不同时最大允许工作压力相差很大。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。
图1墊片密封法兰典型结构
2.1结构设计
配套
非标法兰的结构设计参考标准法兰,同时应
法兰、垫片和紧固件是一个系统,选用时应注满足CB150.3-2011的要求。重点是垫片尺寸和
*张建立,男,1977年8月生,工程师。上海市,201203。
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第42卷第5期
化工机械
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螺栓中心圆直径的确定,考虑蝶母是否有上紧空3.1与常规垫片的本质区别
间。如果用大直径(M48以上)螺柱,要考虑螺柱
常规垫片靠垫片的反弹形成密封,垫片系数
的伸出长度是否满足液压上紧装置的安装要求。不等于0。焊接垫片幕密封焊密封,垫片系数等
2.2系数的计算
于0。垫片系数的不同引起垫片有效密封宽度的
法兰计算中系数众多且错综复杂。但仔细研不同、法兰轴向力的不同,进而引起整个法兰的受
究CB150.3-2011发现几乎所有的系数都由力不同。
61/8a,b/h。这两个比值决定。因此编程就可计算3.2垫片材料的选择
出所有系数,无需查表。经查SW6源程序知,
垫片采用焊接密封,耐厲蚀和防泄漏性能好。
SW6也是编程计算得到。
用于气化炉、高温高压飞灰过滤器、洗涤塔、氨合
2.3强度计算与刚度校核
成塔下端及高压换热器管箱等大直径、高温、高压
强度方面主要考虑:垫片的软硬与尺寸;螺柱难密封的工况。设计者应根据工艺介质实际需要
材料、数量及所在中心圆直径;法兰厚度,大端、小选用S30403、S31603、 Inconel600等材料做垫片
端尺寸,锥颈长度
3.3结构特点与注意事项
选用垫片软硬要合适,高压用硬垫片,低压用
无垫片焊接密封法兰结构如图2所示,计算
软垫片。过硬的垫片会要求法兰和螺栓的尺寸加时注意8是指螺柱中心圆处法兰的厚度。该结
大,造成整个法兰系统设计庞大;过软的垫片则容构是将法兰切去一部分,以便留出焊接空间。上
易被压碎。多管程换热器的管箱垫片,在计算密紧部分螺柱后,压紧垫片,再进行密封焊。目的是
封面积时,SW6并未计入中间分程隔板处的垫片保证该焊缝不受力,只起密封作用。以免把紧螺
面积,但ASME标准中已计入。SW6计算输入时柱时将此密封焊鏠压裂,造成泄漏。
可通过改变垫片直径的方法计人。注意螺柱直径3.4强度计算与刚度校核
是受力部分的最小根径。选用标准以外的螺柱,
强度计算按照HG20582-2011计算,SW6
应自行将最小根径输入到程序中。如果强度不提供简捷的计算程序。刚度校核在HG20582
够,留意计算书上f值(法兰小端应力与大端应力2011中并没有提及,但SW6程序已参考GB150
的比值)的情况。J值过大(如3以上)说明法兰3-2011加上了。笔者认为虽然此时压力较高,很
应力在小端过于集中,此时应增大小端厚度,加长少存在刚度问题,但考虑到设计的严謹性以及以
锥颈长度;如果∫值并不大则增大法兰厚度效果后可能遇到的特殊情况,建议下次HG20582
更明显。如果刚度不够则增大法兰小端厚度或增2011升版时引入。
大法兰厚度,此时增大锥颈长度基本不起作用。4无垫片焊接密封反向法兰的计算
3无垫片焊接密封法兰的设计
无垫片焊接密封反向法兰典型结构如图3所
无垫片焊接密封法兰典型结构如图2所示,示,相关符号的意义参见GB150.1~150.4-2011
相关符号的意义参见GB150.1~150.4-2011。
反向法兰的定义及结构等参见GB150.
中反向法兰部分。HG20582-2011只给出了无垫
图2无垫片焊接密封法兰典型结构
图3无垫片焊接密封反向法兰典型结构
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