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压力容器设备中法兰设计存在的问题及对策

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装备与自动化2020年第5期27

吴九枫

（南京诚一工业技术有限公司，江苏 南京 210000）

摘　要：法兰在压力容器设备的运行中占据举足轻重的地位，与容器性能息息相关。为此，文章简单地阐述了压力容器法兰，明确了其类型和设计要点。在此基础上，重点探究了压力容器法兰的设计问题，发现设计中仍存在不足，如材料选择不合格、使用寿命估算存在偏差、热处理工作不到位等。针对上述问题，提出了相应的解决对策，如重视材料选择、考虑超出标准的范围、完善压力容器热处理技术，以期提高压力容器设备中法兰设计的水平，为容器安全提供保障。关键词：压力容器；法兰；热处理；使用寿命；材料选择中图分类号：TH49 文献标志码：A 文章编号：2096-3092（2020）05-0027-03

Problems and Countermeasures of Flange Design in Pressure Vessel Equipment

Wu Jiufeng

(Nanjing Chengyi Industrial Technology Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 210000)

Abstract: Flange occupies the pivotal position in the operation of pressure vessel equipment and closely relates to the performance of vessel. For this reason, the paper simply elaborates the pressure vessel fl ange and make clear its type and design key point. On this basis, the design problems of pressure vessel fl ange are mainly explored. Some deficiencies are found in the design, such as unqualified material selection, deviation in service life estimation, inadequate heat treatment and so on. The corresponding countermeasures are put forward to solve the problems, such as attaching importance to material selection, considering the scope beyond the standard, perfecting the heat treatment technology of pressure vessel, so as to improve the level of fl ange design in pressure vessel equipment and provide guarantee for the safety of the vessel.Key words: pressure vessel, fl ange, heat treatment, service life, material selection

近年来，我国社会经济迅猛发展，促使化工行业

获得长足进步，在使生产任务增多的同时，也对其生

产效率和质量提出了更高的要求。在该背景下，压力

容器设备作为重要的设备之一，受到了人们的关注和

重视。优越的设备可加快化工行业生产速度，而法兰

作为压力容器设备的主要构件，影响压力容器设备的

功能和性能。为此，在新形势下，积极探索解决压力

容器设备中法兰设计问题的对策具体重要的现实意义。

1 压力容器设备中法兰的相关概述

在石化工业中，压力容器是必不可少的设备，影

响工业的生产，而法兰是压力容器关键的构成部件，

关系容器设备的运行。在工业生产中，基于工艺要求

和设备内件安装要求，需要在压力设备容器中合理设

置法兰[1]。

压力容器法兰类型呈现多种多样的特征，若以法

兰环为依据划分，可分为活套法兰、整体法兰、任意式法兰三种，不同法兰有不同的特点。《压力容器法兰》（JB/

T 4701—4703）标准中的法兰在我国工业生产发展中较

为常见，其也有三种类型，包括乙型平焊法兰、甲型平

焊法兰和长颈对焊法兰。其中，前两种属于任意式法兰。

相对而言，甲型平焊法兰使用范围并不广泛，主

要是因为其自身刚度较小，在使用时一般直接与容器

的筒体焊接。长颈对焊法兰具有独特的优势，其可增

强法兰刚度，因为其不需要与短节焊缝，所以通常不

会出现焊接变形的问题。对比长颈对焊法兰，乙型平

焊法兰需增加短节，在使法兰刚度提升的同时，能促

使压力容器器壁承受附加弯矩[2]。

在法兰设计中，最重要的是保证法兰的强度，若

其强度不合格，则需要开展相关的调整和改进工作，

如检验垫片尺寸等，使其在合理的范围内，以降低作

用于法兰的弯矩。在法兰的连接中，应将其和壳体相

焊接。掌握相关规范，可有效发挥法兰的作用。压力容器设备中法兰设计存在的问题及对策装备与自动化2020年第5期28

2 压力容器设备中法兰的设计问题

2.1 热处理过程中存在的问题

在压力容器设备法兰设计的过程中，热处理属于

关键环节，其属于一项系统性工程，涉及范围广泛。

例如，热处理分包、热处理工艺控制等。在热处理过

程中，存在多种不确定性的因素，加大了处理难度，

并埋下安全隐患，容易出现故障[3]。除此之外，一些

设计者在设计压力容器设备法兰时，过于注重压力容

器壳体的热处理和封头的热处理，而对于接管设计常

常持有忽视的态度，增加了热处理的难度，提高了重

大热处理问题出现的可能性，难以确保理想的设计效

果。如果在热处理的工作中不能按照规范标准要求操

作，出现热处理不规范、不合理的现象，也会引发压

力容器设备法兰设计方面的问题，不能保证有关设备

法兰的质量与标准相符。

2.2 选择材料中存在的问题

材料是压力容器设备法兰设计中必不可少的，其

质量直接关系设计效果。现阶段，在材料选择环节还

存在很多不足，难以确保材料选择的正确性，制约了

压力容器使用强度、性能的提高。在选择材料时，需

站在全方位角度考虑影响材料质量的因素，如承受压

力的大小、能否达到绿色环保标准、经济性等[4]。由

于欠缺考虑，导致材料问题层出不穷，如果选择的材

料难以承受压力，在使用中出现开裂等问题，既会提

高危险系数，又会对人的生命健康安全造成威胁。

2.3 设计过程不在标准范围内

通常情况下，在具体应用中，会出现设备尺度和

设计压力与标准法兰存在差异的法兰，会影响使用效

果。基于此，应做好法兰结构的计算工作，在计算的

过程中，既要分析结构强度，又要对结构尺度进行充

分考量。例如，针对SW6软件，依托其开展法兰设计

工作时，能够看到其所计算的方法与标准一致，不存

在太大的区别。但是，在安装时，却难以实现良好的

结合，甚至会因为不符造成法兰变形的问题，降低其

密封性，影响压力容器质量。与此同时，在设计工作中，

没有按照操作流程标准、工艺标准等设计，经常会发

生设计不良、设计操作不合理等问题，对整体设计工

作的高质量、高效化开展也会产生影响。

2.4 容器使用寿命存在问题

容器使用寿命长短是评判压力容器法兰设计水平

的重要标准。但是，因其使用寿命受各种因素的影响，

如人为因素、材料因素等，容易导致容器使用寿命短的问题。在具体设计中，设计者一般会估算压力容器

的使用寿命，却难以确保估算结果的准确度。这主要

是因为在估算的过程中，难以面面俱到，容易遗漏某项

因素，无法实现有效的估算[5]。在该情况下，很多容器

会出现问题，如已经超出了实际的安全使用期限，但

没有更换，具有较大的安全隐患，容易引发安全事故，

从而造成不可挽回的损失。甚至一些用户即使发现容

器超出寿命，但为了减少成本，也没有及时更换，从

而埋下安全隐患。另外，在压力容器的应用中，也存

有很多影响其使用寿命的因素，如使用方法不当、维

护工作不到位等，都可能导致容器使用寿命缩短。

3 解决压力容器设备中法兰设计问题的有效对策

3.1 改进压力容器的热处理技术

要想有效解决热处理问题，应该注重从技术层面

入手，改进和优化压力容器的热处理技术，提高技术

水平。热处理技术包含三个环节，一是加热，二是保温，

三是冷却，三者之间具有密切的联系，在相互配合与

融合的条件下，能实现最大的效用[6]。为此，应对以

上三个环节加以重视。

（1）在加热环节，应重视温度，结合实际情况合

理设置温度，确保其精准度。在热处理中，需要保证

温度参数正确，准确把握温度，这有利于从根本上提

高热处理水平，早日实现热处理目标。焊后热处理的

温度应该与《钢制球型储罐》（GB 12337—2014）等

标准相符。与此同时，合适的温度对材料作用的发挥

也十分有利，能强化容器质量。

（2）在加热时，需注重保温，加强对保温时间段

的控制。部分材料在加热完成后，若不进行保温，而

是直接采取降温的措施，将会对材料造成严重的损坏，

给压力容器设备法兰设计带来不良影响。基于此，应

做好保温工作，借助保温延长冷却时间，可减少不必

要问题的发生。

（3）冷却在压力容器加热处理中也不可忽视。若

是材料不同、用途不同，那么所要求的冷却方式也具

有差异性。所以，应做到具体问题具体分析，结合材

料选择冷却的方式，以实现对材料性能的优化。在选

用材料的过程中，必须结合规范标准开展操作工作，

根据压力容器设备的法兰构件特点、质量要求等，针

对性地选择需要使用的材料，这样才能预防因为材料

问题出现的热处理不足现象。

3.2 加强对材料选择的重视

在设计压力容器时，材料的选择属于初始环节，

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压力容器设备法兰的优化设计

压力容器设备法兰的优化设计

解决方案　

工艺，工装，旗真，诠断，越潮，维修，改造　菹翳　

压力容器设备法兰的优化设计　

徐慧敏　

大庆石化工程有限公司，黑龙江大庆１６３７１４　

一　项应力均接近相应的许用应力，从而获得结构紧凑　受力合理ｌ、密封可靠的连接。　蠢ｉ　０－　鼍一－　关键词：设备法兰；法兰环；锥颈；三项应力；满应力设计一　０　曩一一　。　

中图分类号：ＴＨ１２３　文献标识码ｊＡ　文章套枵＿１ｏｏ２＿２３３３（２０１ｏ）１Ｏ一０１２７＿ｏ２　。　≯。　

１引　言　压力容器设ｉ，Ｉ‘中，合理的法兰设计在于选择合适的垫　

片，配置一组适宜的螺栓，确定一一适当的法兰材料及其结　

构尺寸，使法兰中的ｉ项　力　能分别与相应的许用应力　

相接近，即结构材料在各个方向的强度都能得到较充分的　

发挥，也就是说为“满应力”状态。“满应力”设计是一种优　

化设计，虽然过程繁琐，但设计成　却可以获得具有结构　

紧凑、受力合理、重量轻、耗材少的优越性，呵以达到降低　

生产成本的目的，体现明　的经济效益。　

２优化设计原则　

设备法兰仔在ｊ项应　

力状态（见冈１），红设计　

中，法兰环的厚度和锥颈　

尺寸的大小对整个法兰的　

设计有着很复杂的影响关　

系（见图２），即增加法兰　

环厚度（　，对降低　有　

明显作用，对　，影响较　

小，对Ｏ－　影响史小，但作　

用效果并不肯定。而增加锥颈尺寸（６，、ｈ）对降低Ｏ－　有明　显的作用，对ｃ广Ｔ影响较小，而对Ｏ－　则起相反的作用。只　

有不断调整才能达到满应力设计的优化状态。　

３设计应用　

某中压没备：公称直径Ｄ　＝１５００ｍｍ，设计压力Ｐ＝　

４．８ＭＰａ，设计温度ｔ＝２５０ｏＣ，对接圆筒材料Ｑ３４５Ｒ，圆筒厚　

度６＝２８ｍｍ，腐蚀裕量２ｒｎｍ。设备法兰：长颈对焊法兰，材　

料Ｊ６Ｍｎ锻件［　］ｆ＝１５０ＭＰａ，［ｏ－］￣＝１２９ＭＰａ，垫片：ｍ＝３，ｙ＝　

６９ＭＰａ，螺栓材料：３５ＣｒＭｏＡ，规格Ｍ＝４２ｍｍ。　

为达到满应力设计效果，现对设备法兰的法兰环厚　

法兰平整度问题汇总

法兰平整度问题汇总

法兰平整度问题汇总

法兰平整度是指法兰连接处的平面间的平整度，也即法兰连接处的平面与参考平面之间的平面间距离差异。这个问题通常出现在管道、容器、设备等工业领域的安装中。

以下是一些可能导致法兰平整度问题的原因和解决方法的汇总：

1. 法兰加工精度不够：如果法兰本身的加工精度不够高，会导致法兰连接处的平面不够平整。解决方法是通过提高法兰加工精度，确保法兰连接处的平面达到要求。

2. 法兰连接时的安装误差：在安装法兰连接时，如果没有正确对齐或者没有保持合适的间隙，也会导致法兰连接处的平面不平整。解决方法是在安装前进行仔细的测量和调整，确保法兰连接处的平面对齐并保持适当的间隙。

3. 法兰密封垫片选择不当：垫片的选择不当也可能导致法兰连接处的平面不平整。垫片应选择合适的材料和尺寸，以确保法兰连接处的平面良好密封，并保持平整。根据具体的工作条件和介质要求选择合适的垫片材料。

4. 温度和压力变化：在高温和高压环境下，法兰连接处的平面可能会产生热膨胀或变形，导致平整度问题。解决方法是在设计和安装时考虑温度和压力的影响，并采取相应的措施，如选择合适的材料、增加支撑结构等，以确保法兰连接处的平面保持平整。 总之，解决法兰平整度问题需要从多个方面考虑，包括法兰加工精度、安装误差、垫片选择和温度压力变化等因素。在实际操作中，应根据具体情况综合考虑并采取相应的措施，以确保法兰连接处的平面达到要求。

压力容器设计的常见问题与解决措施

压力容器设计的常见问题与解决措施

压力容器设计的常见问题与解决措施

摘要：在经济等方面不断发展的时代背景下，我国从之前各个产品引进转变为自行制造的方向，而面对当前激烈的市场竞争环境，为了能够确保企业保持稳定发展态势的同时，推动我国国际影响力有效提高，那么就必须对产品质量提出更高的要求。随着我国石油以及化工行业的持续发展，压力容器作为企业生产过程中关键的部分，如果企业还是不了解压力容器设计环节的重要性，那么就会导致易燃易爆的压力容器因为设计质量不达标，而造成严重的安全问题。

关键词：压力容器；设计方案；解决建议

引言

随着社会经济的飞速发展，中国正逐步向“中国制造”发展。为了提高中国的国际竞争力，必须提高每种产品的质量。压力容器广泛应用于化工，石油，医药，食品等行业。由于这些行业中的大多数材料是有毒，易燃和易爆的，一旦压力容器的构造不合理或不正确，就会因此导致产品质量的低下，严重情况下还会发生安全事故。因此，设计压力容器时，设计人员应格外小心。

1压力容器设计的要求

通过实际调查发现，为了能够做好压力容器的设计工作，相关工作人员可以围绕以下几点要求进行。第一，在进行压力容器设计过程当中，所有的工作人员必须严格按照行业设计规范，将具体的设计制度全面落实到档案内容之中。第二，设计人员所设计出来的压力容器，必须与企业实际生产标准相适应，只有控制好压力容器的设计参数，才能在企业生产应用过程中，使得压力容器的承压性能显著提升。第三，对于化工企业来说，其生产过程需要用到的材料大都具有一定的腐蚀性，再加上易燃易爆的特点，为了避免后期压力容器使用过程中安全事故的出现，设计工作就必须围绕压力容器的安全性能展开。第四，不管是企业生产当中所应用的何种形式的设备，经过一段时间的使用，必然会出现不同程度的磨损，而相对压力容器来说，因为生产过程所应用的腐蚀性的材料，一旦出现较为严重的腐蚀，当穿透压力容器时，就会对容器的使用寿命造成威胁。对此，设计人员在实际设计环节当中，就必须充分考虑压力容器使用寿命延长的重要性，希望能够发挥压力容器性能的同时，尽可能的提高企业的经济效益。

压力容器法兰设计分析

压力容器法兰设计分析

压力容器法兰设计分析

6-5-1 法兰设计概述

压力容器法兰分为窄面法兰和宽面法兰两大类型。

窄面法兰是指垫片接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周范围内的法兰联接。

宽面法兰是指垫片接触面分布于法兰螺栓中心圆内外两侧的法兰联接。一般仅用于压力很低的场合。

窄面法兰分为内压和外压两种设计情况。外压法兰可按内压法兰进行设计，只是法兰操作力矩的计算略有不同。

窄面法兰按组成法兰的圆筒、法兰环及锥颈三部分的整体性程度分为三种型式。

1．活套法兰：指法兰未能有效地与容器或接管(即圆筒)连接成一整体的法兰。计算中认为圆筒不与法兰环共同承受法兰力矩的作用。法兰力矩完全由法兰环本身来承担。

2．整体法兰：指法兰环、颈部及圆筒三者能有效地连接成一整体结构的法兰，共同承受法兰力矩的作用。 3．任意式法兰：指整体性程度介于上述两者之间的法兰。其圆筒与法兰环虽未形成一整体结构，但能作为一个结构元件，共同承担法兰力矩的作用。

窄面法兰在计算上仅分两种方法，即活套法兰与整体法兰。任意法兰一般应按整体法兰设计，在一定条件下可简化为按活套法兰计算。

活套法兰的计算较为简单，法兰厚度可一次算出。

整体法兰的设计须以试算法进行。

法兰联接设计分为三部分：垫片设计、螺栓设计和法兰本体设计。

1．垫片设计：这是整体联接设计的基础，应根据设计条件和使用介质，选定适当的垫片种类、材质、并确定垫片的尺寸(内径、外径)，以此计算出在预紧和操作两种状态下的压紧力。

2．螺栓设计：在选用适当的螺栓材料的基础上，根据垫片所须的压紧力分别计算螺栓面积，并以大者作为计算面积。实际配置的螺栓面积应不小于该面积。 螺栓设计的关键是须确定一尽可能小的螺栓中心圆直径。具体作法是通过试选合适的螺栓规格和数量来进行。

3．法兰设计：对整体法兰是须通过试算进行的。即在假设法兰锥颈和法兰巧厚度的基础上计算祛兰力矩及各项法兰应力。当应力与相应的许用应力相差较大时，均须调整法兰锥颈或法兰环的尺寸，然后重复计算过程，各项法兰应力小于相应的许用应力，并相接近方为合适。