CHAP. 10 压力容器法兰连接前几章主要讨论了内压容器筒体和封头的结构设计和强 度、稳定性计算中的一些共性问题。本章分析压力容器零部件法兰的强度问题。为了方便 设计，减少计算工作的繁复，对于一定压力和尺寸范围内使 用的零部件，国内外制定了零部件标准，只有少数超出标准 范围的才需要计算。1.学习法兰等零部件标准的制定依据；2.掌握选用标准法兰，逐步熟悉标准、手册。常用的可拆结构有：法兰连接、螺纹连接、插套联接。 其中法兰联接有较好的强度和紧密型，且适用范围广，所 以法兰联接用之最普遍。缺点是装拆不方便，成本较高。化工设备可拆结构要求：1.保证紧密性：在工作压力、温度下不产生泄漏，密封可 靠;2.足够的强度：联接可靠、结构合理;3.便于拆装;4.成本低。法兰联接的特点：1、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；3、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；5、经济合理：可批量生产。一、法兰连接的密封原理1、组成 一对法兰，数个螺栓和一个垫片（圈）组成。 法兰：简单说是一个圆环，上开螺栓孔，与筒体或管子焊 在一起。管法兰容器法兰2、密封原理 阻止压力介质泄漏的基本要求是： 压力介质通过密封口处的阻力降大于密封口两侧 的介质压力差。否则，介质可能通过密封口向外 界泄漏，即密封失效。密封原理分为两个阶段：（1）预紧阶段 建立预紧密封条件螺栓力通过法兰压紧力达到某一值时，借助于垫圈的变形 ，把法兰密封面上的凹凸不平处填满，这样就建立了初始密封 条件。达到预紧密封条件时，垫圈单位面积上的压紧力称为垫 圈的预紧密封比压y。（2）工作阶段 建立工作密封条件 工作时，在介质压力作用下，螺栓受 到进一步拉伸，法兰压紧面沿着彼此分离的方向移动，密 封面与垫圈的压紧力下降。若垫圈具有足够的回弹能力， 能补偿螺栓和压紧面的变形，则预紧密封比压就会下降到 某一值工作密封比压，密封可靠。若垫圈的回弹能力 不足，则预紧密封比压下降到工作密封比压之下，密封失 效泄漏。通常，实际工作压力要小于工作密封比压， 这样更安全。 垫圈系数：预紧密封比压y表示垫片在预紧状态下实现密封的难易 程度。垫圈系数m表示垫片在工作状态下实现密封的难易程 度。m、y与垫圈的材料、型式、厚度有关；一般由实验测 知，不同垫圈的m、y可查有关标准。根据m、y及垫圈尺寸，我们可以计算螺栓力，设计螺 栓尺寸及法兰。 3、影响密封的因素 （1）螺栓预紧力 提高螺栓预紧力，可以增加垫片的密封能力；减小螺栓直径，增加螺栓个数，使得螺栓力均匀地作用在垫圈上，有利于密封；螺栓太大，将垫圈压坏挤出，密封失效。（2）垫圈性能 垫圈变形能力好，有利于密封（与材料有关 ）；垫圈的回弹能力好，有利于密封。 （3）压紧面型式（密封面型式）压紧面又称密封面，密封面越窄，密封性能越好，线密封更 好，但更换垫片困难。密封面不允许有径向划痕，密封面表面粗糙度要求高。 （4）法兰刚度 与法兰厚度、螺栓中心圆、法兰外径都有关。 增大厚度，减小螺栓中心圆，增大法兰外径都可提高法兰刚 度，对密封有利。 （5）操作条件（温度、压力、介质） 高温介质粘度小，易渗 漏；高压下，易渗漏。二、法兰受力分析 1、法兰所受外力 （1）预紧时(如右图a) T1：螺栓预紧力（沿螺栓圆周中心线等距 离分布） N1 ：垫片作用力，沿垫圈圆周均布 显然，T1=N1，所以内圈的N1和外圈的T1 构成了力偶作用在法兰上。 （2）、工作时(如右图b) T2 ：螺栓力 T2T1 N2 ：垫片反力 N2p，所以PN=0.25MPa。根据法兰PN，DN返查表101，看法兰类型是否包含确 定的PN，DN； 确定结构尺寸。 法兰标记20R ： 法兰RF 10000.6 JB/T4701-200016MnR ： 法兰RF 10000.25 JB/T4701-20006.垫片非金属软垫片 （JB/T4704-2000） 材料：耐油石棉橡胶板（t200)石棉橡胶板（t350)结构：垫片标准号（JB/T4704-2000)公称压力 MPa公称直径 mm标记 ：缠绕式垫片 （JB/T4705-2000） 钢带0Cr13,0Cr18Ni9等与石棉，聚四氟乙烯等填充带相间缠 卷，金属带始、末端焊接，金属带轧制成波形。 A型基本型不带加强环 用于榫槽密封面 B型带内加强环 用于凹凸密封面 C型带外加强环 用于平面密封面 D型内外带加强环 用于平面密封面A型B型C型D型垫片标准号（JB/T4705-2000)公称压力公称直径填充带代号(P266)标记：钢带代号(P266)垫片的结构形式及代号(A,B,C,D)规格与尺寸见表10-13金属包垫片 （JB/T4706-2000） 材料： 内芯：石棉橡胶板 外包0.2-0.5mm薄钢板（铝、铜、不锈钢等）结构：用于乙型平焊和长颈对焊法兰规格与尺寸见表10-13垫片标准号（JB/T4706-2000)公称压力公称直径金属钢材代号标记：7.压力容器用等长双头螺柱 （JB/T4707-2000）形式：A、B型 A型等直径，在两端车有螺纹，中间无螺纹部分的直径等于螺 纹外径，d2=d B型中间无螺纹部分的直径等于螺纹根径，d2=d1，无螺纹与 螺纹段带过渡圆弧r,尺寸见p298表10-14。 当法兰与螺柱间在工作状态下温差较大时，应选用B型螺栓 。 法兰、螺柱、垫片、螺母材料匹配表。见表10-15。P271 标记：螺柱 直径长度-形式 标准号螺柱 M24160-A JB/T4707-2000法兰习题为一分馏塔筒体选配法兰，分馏塔内径Di1200mm， 操作温度t300, 设计压力P0.5MPa ，法兰材料 Q235-B，介质为空气，试确定法兰并标注。