压力容器零部件设计---法兰设计-文档资料

压力容器设备法兰标准
压力容器设备是工业生产中常见的一种设备，它主要用于储存或加工各种气体、液体或固体物质。

在压力容器设备的设计和制造中，法兰是一个非常重要的部件，它不仅连接着各个部件，还承受着设备内外的压力。

因此，压力容器设备法兰的标准化对于设备的安全运行至关重要。

首先，压力容器设备法兰的标准化可以保证设备的互换性。

在工业生产中，不
同厂家生产的压力容器设备可能会在使用中需要进行更换或维修，如果每个厂家都有自己的法兰标准，那么设备之间的互换性就会受到限制。

而通过制定统一的法兰标准，可以确保不同厂家生产的设备之间的法兰是可以互换的，这样可以提高设备的灵活性和可维护性。

其次，压力容器设备法兰的标准化可以提高设备的安全性。

压力容器设备在工
作过程中承受着各种不同的压力，如果法兰设计不合理或者材质不符合要求，就会存在泄漏或者爆炸的风险。

通过制定严格的法兰标准，可以要求法兰具有足够的强度和密封性能，从而确保设备在工作中不会出现安全隐患。

此外，压力容器设备法兰的标准化还可以降低设备的制造成本。

在生产过程中，如果每个厂家都有自己的法兰标准，那么需要为每种标准制造特定的法兰，这样会增加生产成本。

而通过统一的法兰标准，可以减少生产成本，提高生产效率，从而降低设备的制造成本。

总的来说，压力容器设备法兰的标准化对于设备的安全运行、生产效率和成本
控制都具有重要意义。

因此，压力容器设备制造行业应该加强对法兰标准的研究和制定，不断提高法兰的设计和制造水平，为工业生产提供更加安全可靠的压力容器设备。

压力容器图纸的识读摘要：本文介绍了压力容器图纸的基本内容、压力容器图纸中视图的表达方法、压力容器图纸中主要零部件的标注。

关键词：压力容器图纸视图零部件1 概述压力容器制造、安装使用的图纸叫压力容器图纸，主要由装配图、零部件图等组成。

熟知压力容器图纸的基本内容、视图表达、零部件的标注，能够更好地理解压力容器设备的功能，选择更好的制造工艺，方便安装维护。

2 压力容器图纸的基本内容压力容器图纸包括以下基本内容：标题栏、设计数据表、管口表、技术要求、明细表、视图和结构尺寸等。

标题栏标明设备名称、规格、图号、绘图比例等内容。

设计数据表包括压力容器的类别、压力、温度、工作介质、设备容积、焊缝系数、腐蚀裕量、焊接、无损检测、压力试验等，对于不同类型的设备，需增加相关内容。

管口表说明了设备上所有管口的用途、规格、连接面形式等内容。

技术要求是用文字说明设备在制造、检验和验收时应遵循的标准、规范，材料等方面的特殊要求，作为制造、装配、验收等过程中的技术依据。

明细表标明了设备各零部件与视图中相对应的序号、名称、规格、材料、数量、质量等内容。

视图用以表达压力容器的工作原理、各部件间的装配关系和相对位置，主要零件的基本形状。

压力容器上的结构尺寸，是制造、检验设备的重要依据，标注应完整、清晰、合理。

3 压力容器图纸中视图的表达方法压力容器视图主要有主视图和俯（左）视图构成，在压力容器的设计绘图过程中大多采用以下的视图表达方法。

3.1旋转的表达方法由于设备壳体四周分布有各种管口和零部件，为了在主视图上清楚地表达它们的形状和轴向位置，主视图可采用旋转的画法。

采用这种表达方法时，一般不作标注，这些结构的周向方位以管口方位图（或俯、左视图）为准。

3.2局部结构的表示方法设备上某些细小的结构，按总体尺寸所选定的比例无法表达清楚时，可采用局部放大的画法。

必要时，还可采用几个视图表达同一细部结构3.3断开的表达方法当设备总体尺寸很大，又有相当部分的结构形状相同，可采用断开画法。

目录1概述 (3)2设计计算 (5)2.1主要技术参数的确定 (5)2.2釜式换热器的结构设计 (5)2.2.1总体结构设计 (5)2.2.2换热器管程设计 (7)2.2.3 换热器壳程设计 (8)2.3元件的强度设计 (9)2.3.1 筒体 (9)2.3.2开孔补强设计计算 (11)3标准零部件的选用及主要零部件的设计 (15)3.1法兰的选用 (15)3.1.1容器法兰的选用 .... (15)3.1.2 管法兰的选取 (16)3.2封头 (17)3.3管板 (18)3.4堰板 (19)4鞍座的设计 (19)4.1 鞍座的选取 (19)4.2鞍座位置的设置 (19)4.2.1鞍座位置的相关标准的要求 (19)4.2.2设备总长的确定 (20)4.2.3 A值的确定 (20)4.3力的计算 (20)4.3.1重量产生的反力 (20)4.3.2地震产生的力 (21)433风载产生的力 (24)434热膨胀产生的力 (26)4.4总合力计算 (27)4.5应力校核 (29)4.5.1轴向应力 (30)4.5.2切向应力 (31)4.5.3周向应力 (31)4.6结论 (32)5三维实体造型设计 (32)5.1软件介绍 (32)5.2主要零部件的造型设计 (32)5.2.1 管箱封头的设计 (32)5.2.2鞍座的设计 (34)5.2.3螺母的设计 (35)5.3装配体的设计 (35)5.4工程图的生成 (38)设计总结 (41)注释 (43)参考文献 (44)谢辞 (45)附件 (46)1 概述换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备, 是在化工、石油、石油化工、冶金等领域普遍应用的一种工艺设备，在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40流右，占总投资的30%-45%近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。

目前在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。

浅析法兰的合理设计摘要本文提出法兰设计的原理及过程，然后对每一个过程进行剖析，从垫片的设计、螺栓的设计到法兰的合理设计，是逐步有序地进行的，从问题的提出，到最后对法兰的合理设计提出总结性的看法。

关键词法兰设计法兰尺寸螺栓垫片一、前言法兰的设计、分析方法不下十余种，但就其所依据的理论基础概括地可以分为如下三类：1.基于材料力学的简单方法。

例如巴赫法和苏联的TY8100法。

2.以弹性分析为基础的方法。

例如铁摩辛柯法、华特氏（Waters）法、默瑞—斯屈特法、龟田法。

3.以塑性分析为基础的方法。

例如德国的DIN2505 方法、AD规范方法、英国的BS1500-58法及苏联的PTM42-62法。

我国制定的GB150-2011，其法兰设计采用的就是华特氏(Waters)法。

华特氏法的影响因素较多，且随意性较大，不同的设计结果就其法兰重量来说就可以相差数倍，因此，法兰的合理设计是具有十分重要的意义的。

法兰的设计包括垫片设计、螺栓设计和法兰设计三部分，并且是依次进行的。

其中任何一步的设计失利都会直接影响以后步骤的进行，导致设计中的连续失利，而使得设计结果很不合理，造成整个法兰联接结构尺寸极不紧凑、重量大、耗材多等结果，使得制造成本大大提高，造成不必要的浪费。

法兰的合理设计必须从垫片的设计开始。

二、垫片设计垫片设计是整个法兰联接设计的基础。

垫片材料的选用以及垫片内径和宽度的选用都对法兰联接设计的结果有很大的影响。

1.垫片设计的第一个概念就是垫片的比压。

垫片的比压就是为了形成预密封条件而必须施加在垫片单位面积上的最小压紧力，常用符号y表示。

不同强度的垫片，为了达到预密封的条件所需要的压紧力是不同的，强度愈高、硬度愈大，则其y值也就越高。

不同材料的垫片其y值可参见《钢制压力容器GB150-2011》中表7-2。

垫片的有效压紧面积S=3.14DGb, 而单位面积所需要的最小压紧力为y,所以整个垫片的预压紧力Fa便可得出：Fa=3.14 DGby （式7-1）式中：Fa—预紧状态下所需要的最小垫片压紧力；（N）DG—垫片压紧力作用中心圆直径；（mm）b—垫片有效密封宽度；（mm）y—垫片比压力。

压力容器的强度和设计（江苏省压力容器检验员培训考核班专题讲座）董金善南京工业大学过程装备研究所第一节概述一、容器的结构在工厂中可以看到许多设备。

在这些设备中，有的用来储存物料，如各种储罐、计量罐；有的进行热量交换，如各种换热器、蒸发器、冷凝器、结晶器等；有的用来进行化学反应，如反应釜、聚合釜、发酵罐、合成塔等。

这些设备虽然尺寸大小不一，形状结构不同，内部构件的型式更是多种多样，但是它们都有一个外壳，这个外壳就叫作容器。

容器一般是由筒体（圆筒）、封头（端盖）、法兰、支座、接管、人孔（手孔）、视镜、安全附件等组成（图1）。

它们统称为压力容器通用零部件，常、低压压力容器通用零部件大都已有标准，设计时可直接选用。

图-1 容器的结构二、压力容器常用标准1.国务院《特种设备安全监察条例》(2003)2.国家质量技术监督局《压力容器安全技术监察规程》 (1999)3.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可工作程序》 (2003)4.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可实施办法》 (2003)5.国家质量监督检验检疫总局《特种设备行政许可分级实施范围》(2003)6.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造监督管理办法》(2003)7.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可工作程序》(2003)8.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器制造许可条件》 (2003)9.国家质量监督检验检疫总局《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》 (2003)10.国家质量监督检验检疫总局《压力容器压力管道设计单位资格许可和管理规则》 (2002)11.G B150－1998《钢制压力容器》12.G B151－1999《管壳式换热器》13.J B/T4735－1997《钢制焊接常压容器》14.J B4710－1992《钢制塔式容器》15.J B4731－XXXX《钢制卧式容器》16.H G/T20569-1994《机械搅拌设备》17.G B12337－1998《钢制球形储罐》18.G B16749－1997《压力容器波形膨胀节》19.J B4732－1994《钢制压力容器－分析设计标准》20.H G20580－1998《钢制化工容器设计基础规定》21.H G20581－1998《钢制化工容器材料选用规定》22.H G20582－1998《钢制化工容器强度计算规定》23.H G20583－1998《钢制化工容器结构设计规定》24.H G20584－1998《钢制化工容器制造技术要求》25.H G20585－1998《钢制低温压力容器技术规定》26.H G20531－1993《铸钢、铸铁容器》27.J B/T4734－2002《铝制焊接容器》28.J B/T4745－2002《钛制焊接容器》29.G B/T15386－1994《空冷式换热器》30.G B16409－1996《板式换热器》31.H G/T2650－1995《钢制管式换热器》32.G B5842－1996《液化石油气钢瓶》33.J B/T4750－2003《制冷装置用压力容器》34.J B/T6539-1992《微型空气压缩机用钢制压力容器》35.J B8701－1998《制冷用板式换热器》36.J B/T4751－2003《螺旋板式换热器》37.G B18442－2001《低温绝热压力容器》38.G B12130－1995《医用高压氧舱》39.G B9019-1988《压力容器公称直径》40.J B/T4700～4707－2000《压力容器法兰》41.H G20592～20635－2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》42.G B/T9112～9124－2000《钢制管法兰》43.J B/T74～90－1994《管路法兰及垫片》44.J B/T4746－2002《钢制压力容器用封头》45.J B/T4736－2002《补强圈》46.H GJ527－1990《补强管》47.J B/T4712－1992《鞍式支座》48.J B/T4713－2007《腿式支座》49.J B/T4724－1992《支承式支座》50.J B/T4725－1992《耳式支座》51.G B16749－1997《波形膨胀节》52.H G501～502－1986《压力容器视镜》53.H G21588～21591－1995《玻璃板液面计》54.H G21592－95《玻璃管液面计》55.H G/T21584－95《磁性液面计》56.H G21514～21527－1995《碳钢、低合金钢人孔》57.H G21528～21535－1995《碳钢、低合金钢人孔》58.H GJ504～509－1986《不锈钢人孔》59.H GJ510～513－1986《不锈钢手孔》60.H G21537－1992《填料箱》61.H G21571～21572－1995《机械密封》62.H G21563～21569－1995《搅拌传动装置》63.H G5－220～222－1965《搅拌器》64.H G/T21574－1994《设备吊耳》65.G B41－1986《I型六角螺母－C级》66.G B6170－1986《I型六角螺母－A和B级》67.G B5780－1986《六角头螺栓－C级》68.G B5782－1986《六角头螺栓－A和B级》69.J B/T4714－1992《浮头式换热器和冷凝器型式和基本参数》70.J B/T4715－1992《固定管板式换热器型式和基本参数》71.J B/T4716－1992《立式热虹吸式重沸器型式和基本参数》72.J B/T4717－1992《U型管式换热器型式和基本参数》73.H G21503－1992《钢制固定式薄管板列管换热器》74.G B567－1989《拱形金属爆破片形式和参数》75.G B/T14566－93《正形金属爆破片形式和参数》76.G B/T14567-93《反形金属爆破片形式和参数》77.G B/T14568－93《开缝形金属爆破片形式和参数》78.H G/T20668－2000《化工设备设计文件编制规定》79.T CED41002-2000《化工设备图样技术要求》80.G B6654－1996《压力容器用钢板》81.G B713－1986《锅炉用碳素钢和低合金钢板》82.G B3531－1996《低温压力容器用低合金钢钢板》83.G B4237－1992《不锈钢热轧钢板》84.G B8165－1987《不锈钢复合钢板》85.G B8163－1999《输送流体用无缝钢管》86.G B9948－1988《石油裂化用无缝钢管》87.G B6479－1986《化肥设备用高压无缝钢管》88.G B5310－1995《高压锅炉用无缝钢管》89.G B/T14976－94《流体输送不锈钢无缝钢管》90.G B13296－91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》91.J B4726－2000《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》92.J B4727－2000《低温压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》93.J B4728－2000《压力容器不锈钢锻件》94.G B/T983－1995《不锈钢焊条》95.G B/T5117－1995《碳钢焊条》96.G B/T5118－1995《低合金钢焊条》97.G B5293－1985《碳素钢埋弧焊用焊剂》98.G B12470－1990《低合金钢埋弧焊用焊剂》99.G B/T14957－1994《熔化焊用钢丝》100.GB/T14958－1994《气体保护焊用钢丝》101.GB/T8110－1995《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》102.JB/T2835－1979《低温钢焊条》103.JB4708－2000《钢制压力容器焊接工艺评定》104.JB/T4709－2000《钢制压力容器焊接规程》105.JB4730-1994《压力容器无损检测》106.JB/T4711－2003《压力容器涂敷和运输包装》107.JB/T613－1993《锅炉受压元件焊接技术条件》108.HG20660－2000《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》109.GB/T18182－2000《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》三、压力容器许可证级别制造锅炉范围发证部门A 不限质检总局B 额定蒸汽压力≤2.5MPa的蒸汽锅炉；有机热载体炉。

Science &Technology Vision 科技视界0前言法兰连接是压力容器管道通用密封方式之一,其安全性、可靠性以及经济性受到机械设计者的广泛关注。

目前压力容器法兰的设计只能借鉴传统理论和工艺试验,其方法以理论设计为基础,以试验数据为依据,其结果真实可信,但试验过程相对繁琐且耗费大量的人力、物力以及时间成本。

近年来,日益快速发展的有限元(FEM)技术在压力容器法兰受力分析中得到了广泛的应用。

刘麟等人建立垫片径向应力分布的螺栓法兰连接漏气率预测法方法[1]。

徐超等人建立机械螺栓法兰连接的二维和三维有限元模型,并比较两种模型数据分析结果的差异,并研究了温度载荷法、过盈配合法和等效外载荷法等三种不同螺栓预紧力建模方法[2]。

贺向东等人将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度分析技术与稳健设计方法相结合,建立了整体法兰的可靠性稳健优化数值设计方法[3]。

神经网络法(ANN)是目前非线性结构分析的一种方法,它无需明确事物之间的因果联系,只需知道事物之间的输入与输出之间的数据,就能通过自主学习的方法映射出输入与输出数据间的因果关系,具有结构简单,收敛速度快的优点,已经在工程设计及结构优化中得到了广泛的应用[4-5]。

目前鲜有人利用ANN 法与FEM 相结合的方法系统的对压力容器法兰结构设计进行优化。

本文利用FEM 方法建立了法兰的三维有限元模型,并以有限元模型设计参数与公称应力分布场分布为基础建立法兰设计尺寸与应力场分布的ANN 模型,优化法兰设计参数,为压力容器法兰设计提供一种新方法。

1模型参数图1法兰的有限元模型法兰的公称直径范围为DN=300~3800mm,螺柱公称直径D N2=300~3000mm,法兰的公称压力范围为P N1=0.25~6.4MPa,螺柱公称压力P N2=0.25~400MPa,垫片的可选材料为分别为耐油石棉橡胶板或石棉橡胶板,法兰的科选材质为Q235、20R 或16MnR,螺柱与螺母材料为Q235,法兰工作温度范围为t=-20~350℃[6]。

中国寰球工程公司设备室压力容器设计手册中国寰球工程公司设备室2006年目录1 目的 (4)2 适用范围 (4)3 设计人职责 (4)4 施工图设计程序及设计文件 (6)4.1 施工图设计程序 (6)4.2 设计文件 (9)5 设计人必备的设计标准和规范及工程统一规定 (9)5.1 个人必备标准规范 (9)5.2 班组保存标准规范 (11)6 设计条件阅读及研究要点 (12)6.1 设计条件基本内容 (12)6.1.1 设备设计条件 (12)6.1.2 梯子平台条件和管架预焊件条件 (13)6.1.3 塔内件支撑件条件 (13)6.1.4 其他外购件连接条件 (13)6.2 容器类设计条件阅读及研究要点 (13)6.3 换热器类设计条件阅读及研究要点 (15)6.4 塔设备类设计条件阅读及研究要点 (17)6.5 球罐设计条件阅读及研究要点 (19)6.6 梯子平台、管架预焊件条件阅读及研究要点 (20)6.7 塔内件支撑件条件阅读及研究要点 (21)6.8 其他构件连接件条件阅读及研究要点 (21)7 工程统一规定阅读要点 (21)8 需要校核人或审核人确认的设计要点 (23)8.1 容器类 (24)8.2 换热器类 (24)8.3 塔设备类 (25)8.4 球罐 (26)8.5 高压设备 (27)9 施工图各阶段设计要点 (28)9.1 初版施工图（一次条件）设计要点 (28)9.1.1 初版施工图（一次条件）的内容 (28)9.1.2 初版施工图（一次条件）的设计 (28)9.2 施工图设计要点 (31)10 计算书内容 (31)10.1 容器类设备计算书 (31)10.1.1 卧式容器计算书 (31)10.1.2 立式容器计算书 (32)10.2 换热器类计算书 (32)10.3 塔设备计算书 (33)10.4 球罐 (34)10.5 高压设备计算书 (34)10.6 需要计算的非标准零件 (35)10.7 需要计算的特殊结构零件和需要特殊考虑的计算 (35)11 设备结构设计及图形绘制 (36)11.1 设备结构设计 (36)11.1.1 标准件的选型 (36)11.1.2 非标准件的设计 (37)11.2 设备图纸绘制 (37)11.2.1 图纸绘制的原则和要求 (38)11.2.2 各类设备图纸绘制原则和图纸组成 (46)12 图面技术要求 (49)13 设计手段及设计文件制备 (50)13.1 设计手段 (50)13.2 设计文件制备 (50)14 专业关系简介 (51)压力容器设计工作是一种严谨的工作，经过几十年的积累已经形成一种比较固定的程序。

法兰标准及选用方法石油、化工上用的法兰标准有两类，一类是压力容器法兰标准，一个类是管法兰标准。

㈠压力容器法兰标准1．平焊法兰平焊法兰的两种类型的比较情况如下表所示，参见示意图。

因而使法兰盘进一步增大了刚性。

故规定用于更高的压力范围(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直径范围(DN300mm～2000m m)，适用温度范围为-20℃～450℃。

由表4-16中可看出，乙型平焊法兰中DN 2000mm以下的规格均已包括在长颈对焊法兰的规定范围之内。

这两种法兰的联接尺寸和法兰厚度完全一样。

所以DN2000mm以下的乙型平焊法兰，可以用轧制的长颈对焊法兰代替，以降低法兰的生产成本。

平焊与对焊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7加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。

示意图中所示为带衬环的甲型平焊法兰。

使用法兰标准确定法兰尺寸时，必须知道法兰的公称直径与公称压力。

压力容器法兰的公称直径与压力容器的公称直径取同一系列数值。

例如DN 1000mm的压力容器，应当配用DN 1000mm的压力容器法兰。

法兰公称压力的确定与法兰的最大操作压力、操作温度以及法兰材料有关。

因为在制定法兰尺寸系列、计算法兰厚度时，是以16MnR在200℃时的机械性能为基准制定的。

所以规定以此基准所确定的法兰尺寸，在200℃时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。

例如，所谓公称压力PNO.6MPa的法兰，就是指具有这样一种具体尺寸的法兰，该法兰是用16MnR制造的，在200℃时，它的最大允许操作压力是0.6MPa。

如果把这个PN0.6MPa的法兰用在高于200℃的条件下，那么它的最大操作压力将低于它的公称压力0.6MPa。

反之，如果将它用于低于200℃的条件下，仍按200℃确定其最高工作压力。

如果把法兰的材料改为Q235-A，那么Q235一A钢的机械性能比16MnR差，这个公称压力PN0.6MPa的法兰，即使是在200℃时操作，它的最大允许操作压力也将低于它的公称压力。