最新lA压力容器零部件设计---3法兰设计

的，认为应力是沿圆筒壁厚均匀分布的，这
对薄壁容器是适合的。
27
但对于具较厚壁厚的圆筒，其环向应力并
不是均匀分布的。薄壁内径公式与实际应力存
在较大误差。对厚壁圆筒中的应力情况以由弹
性力学为基础推导得出的拉美公式较好地反映
了其分布。
28
厚壁和薄壁圆筒的概念：按照承压回转壳 体的无力矩理论是指壁厚和直径的比值；若壁 厚超过直径的1/10则被称为“厚壁筒”；反之， 则为“薄壁筒”。与这个指标相当的是“径 比”K，K=DO/Di,当K大于1.2时为“厚壁筒”，
小于或者等于1.2时为“薄壁筒”。
29
由拉美公式知：
σt=Pc(K2+1)/(K2-1)
厚壁筒中存在的三个方向的应力，其中只 有轴向应力是沿厚度均匀分布的。环向应力和 径向应力均是非均匀分布的，且内壁处为最大 值。筒壁三向应力中，周向应力最大，内壁处 达最大值，外壁处为最小值，内外壁处的应力 差值随K= D0 / Di增大而增大。当K=1.5时， 由薄壁公式按均匀分布假设计算的环向应力值 比按拉美公式计算的圆筒内壁处的最大环向应 力要偏低23%，存在较大的计算误差。
40
临界压力值受若干因素影响，如受容 器筒体几何尺寸及几何形状的影响，除此之外， 载荷的均匀和对称性、筒体材料及边界条件等 也有一定影响。 a. 影响因素δ/D 两个圆筒形外压容器， 当其他条件（材料、直径D、长度L）一定，而 厚度不同时，当L/D相同，δ/D大者临界压力高， 其原因是筒壁较厚抗弯曲的能力强；
δ=
PcDi t 4[ ] Pc
32
上式即为GB150.3-2011第94页式3-8
适用范围：
Pc≤0.6［ζ］t φ 此时计算应力大于按弹性力学计算的厚 壁球壳的最大应力，且误差在10%左右。

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。

管法兰的密封面型式
平面型，凹凸型，榫槽型（同容器法兰） ，梯形槽和全平面型：
1
确定法兰类型和密封面型式、管子材料和尺寸；
2
再由工作温度，确定材料或由材料定公称压力；
5
参照各尺寸绘法兰图。
4
由型式和工作温度，确定匹配的垫片种类、材料和紧固件材料、尺寸；
3
再由公称压力，确定法兰各部分尺寸；
管法兰连接的设计步骤
3
由于操作压力不高，由表12－1（垫圈选用表）可采用平面型密封面，垫片材料选用石棉橡胶板，查JB4704-92定出尺寸。标注为：垫片1200－0.6 JB4704-92
选择标准法兰举例
法兰的各部分尺寸可从JB4701-92中查得，并可绘出法兰图。
联接螺栓为M20，共52个，材料由表12－5（法兰、螺栓、螺母、材料匹配表）查得为35 ，螺母材料为Q235－A。
包括：选择螺栓材料、确定螺栓尺寸和个数，螺栓载荷计算。
计算螺栓载荷：达到预紧密封比压和工作密封比压。
材料：根据螺栓载荷、工作温度等。一般螺栓材料比螺母材料的硬度高30HB以上。
直径和个数：连接螺栓DN≥ M12，先由标准定个数，一般为4的倍数，然后由螺栓载荷、材料的许用应力计算螺栓根径，再由此定DN。最后校核螺栓中心距。
垫圈的选择
垫圈的结构形式、材料和尺寸，标准化。 选择依据：介质的腐蚀性、操作温度和压力， 考虑价格低廉、制造容易和更换方便。 高温高压：金属垫圈 中温中压：金属与非金属组合式或非金属 中、低压：多用非金属 高真空或深冷：金属垫圈
压力容器法兰：连接筒体与封头、筒体与筒体、法兰与管板。
01
密封原理分为：

自紧密封（高压）：依靠容器内介质的压力压紧密封元件，使密封面获得很大的压紧力，在密封口产生较大的密封比压，达到密封目的。

２ 优化 设计 原 则
显 的作 用 ， ｃ 影 响 较 小 ， 对 广 Ｔ 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
设 备 法 兰仔 在 ｊ项 应
力 状 态 （ 冈 １ ， 设 计 见 ）红 中 ，法 兰 环 的厚 度 和锥 颈
发挥 ， 就是说 为“ 应 力 ” 也 满 状态 。“ 应 力” 计 是一 种优 满 设 化设 计 ， 然 过 程 繁琐 ， 虽 但设 计 成 却可 以获得 具 有 结 构 紧凑 、 力 合 理 、 量 轻 、 材 少 的 优越 性 ， 受 重 耗 呵以达 到 降低
生 产成本 的 目的 ， 明 的经 济效 益 。 体现
初 步 确 定 ： 法 兰 锥 颈 小 端 厚 度 占 ＝ ８ ｍ， 端 取 ３ｒ 大 ａ 厚 度 取 １ ５ ２ 取 为 ６＝ ２ ｍ。 算 法 兰 力 矩 Ｍｏ ．６ ～ ６ ， ２７ｒ ａ ＝
环 厚 度 （ ， 降 低 有 对
明 显 作 用 ，对 ， 响 较 影 小 ， Ｏ 影 响 史 小 ， 作 对 － 但 用 效果 并 不肯 定 。而 增加 锥 颈尺 寸 （ ，ｈ 对 降低 Ｏ 有 明 ６、） －
由此 汁算 法 ＿项 应 力值 为 ： 二
＝
ｒ ｄ ＜ ｒ］ ２ ＭＰ ｄ 、 Ｔ ［，『 １ ９ ａ Ｒｒ －
（） ２
（） ３
皿 ＇ ＝ ６ ＭＰ Ａ ￣ ｆ Ｄｉ １ ４ ａ
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 设计 优化
徐 慧 敏 大庆 石 化工 程 有 限 公 司 ， 龙江 大 庆 １ ３ １ 黑 ６７ ４

扇形区承受的压力作用组合梁的
形心C。这样，组合截面抗弯断
面模量W应满足：
W
0.08
pc Dc3
n[ ]tr
a）如果采用矩形截面筋板，其高厚比一般为5~8； b）筋板与平盖之间采用双面焊； c）平盖中心加强圆环截面的抗弯模数不小于筋板的抗弯模 数。
3）拉撑结构的强度校核：
a）无孔板的支承载荷拉杆与相邻所有支撑中心连线的平分线
所围成的多边形承受的压力载荷；
b）多孔板的支承载荷，一根支撑面积内减去孔的面积上的压
力载荷。 c）拉撑最小截面积：
a
1.1W
[ ]tg
GB/T25198-2010压力容器封头 几点变化
摘自 JB/T4746
END
兰的刚度校核要求
- 增加了波齿垫片设计选用参数
封头设计
封头形式
半球形封头
封头凸锥形形封封头头带 半 无带 无折 椭 折折 折边 球 边边 边球 （ 球锥 锥形 椭 形形 形（ 圆 封封 封碟 形 头头 头） 形封 ）头 封头
平板形封头
GB150.3中关于各种封头的设计计算考虑的主要失效模式有 1、 结构在内压作用下的塑性强度破坏和局部失稳； 2、结构在外压载荷作用下的失稳以及封头与筒体连接处可能
–-修改了球冠形封头、锥壳与筒体连接的加强 设计方法
GB150.3对GB150-1998所作的修改和增 加的内容：
2、开孔补强的设计方法 - 增加了针对筒体上法向接管开孔补强设计的
分析方法，开孔率适用范围可达0.9。 - 修改了平盖上开孔接管的补强设计方法 3、法兰设计计算方法 -增加了整体法兰和按整体法兰计算的任意法
α＜30º
30º＜α＜60º
椭圆形封头的最小厚度

垫片性能
操作条件
平面形、O形、波形、齿形、八角形、 椭圆形等
① 非金属垫片 常用材料：石棉橡胶板、橡胶板、聚四氟乙烯、合成纤维、石墨等。 ② 金属垫片 常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等。 ③ 组合式垫片 包括：金属包垫片；缠绕式垫片；带骨架的非金属垫片等。
2、法兰密封面型式
法兰密封面型式常用有突平面、凹凸面、榫槽面和环面四种。 ⑴．突平面(raised seal face) 突平面(平面)是由相对突起的一对平面组成的密封面 ， 此密封面结构简单，制造方便，但密封性能相对较差， 用于较低压力场合。
⑵．凹凸面(male．female seal face) 凹凸面是由一对相配合的凹面和凸面组成的密封面， 此密封面便于安装时垫片对中，垫片不会被挤出密封面， 密封性能优于平面。适用于压力较高或介质为易燃、易爆、 有毒的场合。
内容简介
GB150.3-2011《压力容器 第3部分：设计》 第7章、附录C 、附录D 一、法兰 二、密封结构 三、焊接结构
一、法兰
概述： 螺栓法兰连接是由一对法兰、若干个螺栓、螺母和一个垫片组成，其连接方式如图 :
1、法兰类型
常用的管法兰型式： 板式平焊法兰、带颈平焊法兰、带颈对焊法兰
3、标准管法兰的选用 HG/T20592～20635-2009
⑴ HG/T20592 ～20614-2009 PN系列（欧洲体系） A、B两个系列 A系列为国际通用系列（俗称英制管） B系列为国内沿用系列（俗称公制管） 采用B系列的管法兰应在公称直径DN的数值后标注（B） ⑵ HG/T20615 ～20635-2009 Class系列（美洲体系） 注意：两个体系间不能互相配用
⑼ 选择压力容器接管法兰的压力等级或密封面形式时，应考虑介质的毒性或易燃易爆性。

核 ， 是所 需 的法兰 厚度 上升 为 ８ ｍｍ。 但 ０ 这是 由
于在计 算 法兰力 矩时 螺栓 的应 力都是 以螺栓 材 料 的许用应 力 为依据 计算 的 ，并没 有 因为螺 栓 个数 增加 而减小 螺栓 的应 力 ，这就 导致法 兰力
矩增 大 和厚度增 大 ３ 螺栓 间距 的讨论
但是该公式 中只有反映法 兰刚度 的厚度参数
ｔ 法兰 的宽度及 法 兰材料 的弹性模 量没有 得到 ， 反 映 ，这显然是 不合 理 的 。事实上 ，法 兰标 准 ＨＧ２ ５３中就 有 很 多 法 兰 其 螺 栓 间距 不 符 合 ０９
该 公式 下 面就这 一 问题 进行探 讨
由该 软件 法 兰 设 计模 块 的程 序框 图 可知 ， 法兰 的计算 是从 螺 栓力 开始 的 ，先计算 所需 要
＊ 洪涛，男 ，１６ 年生 ，硕士 ，讲 师。武汉市 ，４０ ７ 。 架 ９６ ３０ ４
栓的个数较少，因此必须采用非标准的容器法
上存 在不 足 。 阀门虽 然从 标 准 的要求 上 看 ， 该 各
修 ，使其 始终 保 持 良好状 态 。如果 发 现阀 门受 到较 严重 腐蚀 、严 重 损坏 、操 作不 灵 活或使用 年 限过 长等 问题 ，必 须及 时更 换 。 关 于 阀门使 用年 限 ， 虽然 没有 明确 的规定 ，
３２ 阀门 的保 养 和更 换 ．
事故 阀门是 １ ９ ９ ７年前生 产 安装 的 ， 已使 用 了较长时 间 。
检验单位在检验在用压力管道时，应注重
阀 门的选 型 、制 造质 量 、安装 位 置 、使用 情况 ， 及 时 消除事 故 隐患 。 ３４ 阀 门的使 用 管理 ．
使用单位应 根据现行标准规范和政府管理

2021 年第3 期 特 种 设 备 安 全 技 术 · 21·压力容器法兰螺栓紧固力矩的确定马文晖摘 要法兰螺栓连接为压力容器的检修提供了方便， 但要保证法兰螺栓连接密封的可靠性， 需要对法兰连接螺栓进行合理的紧固。

定力矩紧固可以为法兰螺栓连接提供相对均匀的紧固力矩， 能否提供合适的紧固力矩数值， 是保证法兰连接密封可靠性的关键。

依据压力容器法兰螺栓连接结构设计的基本要求， 结合螺母与法兰及螺栓摩擦表面的加工与润滑状态， 提出了法兰连接螺栓紧固力矩的确定方法。

关键词压力容器 螺栓载荷 紧固力矩1 概 述为检修方便， 压力容器广泛采用可拆的法兰螺栓连接 结构。

为避免法兰螺栓连接在操作状态下泄漏， 需要对法 兰连接螺栓进行合理的紧固。

近几年， 法兰螺栓连接的定 力矩紧固已在化工检修中得到了广泛的应用。

定力矩紧 固可以为法兰螺栓连接提供相对均匀的紧固力矩， 能否提 供合适的紧固力矩数值， 是保证法兰连接密封可靠性的关 键。

2 螺栓紧固中的主要问题压力容器法兰设计计算可知 [1]： 无论是预紧状态还是 操作状态，螺栓的应力不应大于其相应的许用应力。

对 于法兰螺栓连接，螺栓应力的大小与螺栓紧固时所产生 的螺栓载荷、 操作压力、 垫片反力有关， 其决定因素是螺 栓载荷。

而螺栓载荷的大小由紧固力矩确定。

在实际检 修中，螺栓连接的紧固力矩往往由经验公式简单计算得 出 [2] [3]， 而其在预紧和水压试验状态下的螺栓的工作应力 均超出其相应的许用应力 [4]。

同时， 经验算法没有考虑容 器的设计载荷、垫片的参数及材质的影响。

其结果可能 造成：（1） 螺栓预紧载荷过大， 螺栓过度变形或拉伸；（2） 法兰盘发生翘曲变形；（3） 密封垫片被压溃或产生塑性变形失去回弹能力。

3 螺栓载荷的确定螺栓载荷应同时考虑在满足法兰强度与密封要求 所需的最小螺栓载荷， 实际螺栓截面所允许承受的最大 载荷 （许用载荷）以及垫片有效密封宽度的极限压紧载 荷。

26
（2）椭圆形封头——椭圆形封头是个半椭球体。它的纵剖 面是条半椭圆曲线。曲线的曲率半径连续变化，没有形状 突变处。直边段高度为h。因而封头的应力分布比较匀称， 受力状况比碟形封头优越。我国规定的标准椭圆形封头， 长径与高度之比为2.0。这样，封头和与它相连接的圆筒体 就可以采用相同的材料和相等的壁厚，组焊比较方便。近 期制造的锅炉与压力容器，大部分都采用椭圆形封头。
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裙座上须开孔： ① 排气孔 裙座顶部须开设Φ80~Φ100的排气孔，以排放 可能聚结在裙座与封头死区的有害气体。对于有人孔的矮 裙座或者顶部在封头拼接焊缝处开有缺口的可以不开设排 气孔。 ② 排液孔 裙座底部须开设80~100的排液孔，一般孔径 Φ50，中心高50mm的长圆孔。 ③ 人孔 裙座上须开设人孔，以方便检修；人孔一般为圆 形，当截面削弱受到限制或为方便拆卸塔底附件（如接管 等），可开长圆孔。 ④ 引出管通道孔 考虑到管子热膨胀，在支承筋与引出管 之间应保留一定间隙。
压力容器结构
压力容器定义
《特种设备安全监察条例》定义：

压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的 密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于 0.1MPa(表压)，且压力与容积的乘积大于或者等于 2.5MPa· L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者 等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛 装公称工作压力大于或者等于0.2MPa(表压)，且压力 与容积的乘积大于或者等于1.0Mpa· L的气体、液化气 体和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等。

28
压力容器零部件
（4）球冠形封头——球冠形封头可用作 端封头，也可以用作容器中两独立受 压室的中间封头，由于封头为一球面 且无过渡区，在连接边缘有较大边缘 应力，要求封头与筒体联接处的T形 接头采用全焊透结构。 任何情况下，与球罐型封头连接 的圆筒厚度应不小于封头厚度。否则， 应在两者之间设加强段过渡连接。加 强段的厚度应与封头等厚。 （5）平盖——弯曲应力较大，在等厚度、同直径条件下， 平板内产生的最大弯曲应力是圆筒壁薄膜应力的20～30倍。 但结构简单，制造方便。压力容器上的人孔 、手孔，或者直 径较小的高压容器，一般采用平盖。

操作工况阶段： 工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧应力。垫片有足够回弹，补偿变
形，预紧密封比压值不小于某一值(工作密封比压)，则法兰保持良好密封。 反之，回弹不足，则此密封失效。
密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。螺栓和法 兰须有足够大的强度和刚度，不发生过大的变形。
精选ppt
2)、容器法兰的分类
精选ppt
(3). 垫片材料的选择：
根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时考 虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求 等。
精选ppt
精选ppt
2.4.2、法兰标准及选用
石油、化工上用的法兰标准有两类： 一是压力容器法兰标准 二是管法兰标准
精选ppt
(1) 、压力容器法兰标准
最新标准是原机械工业部、化工部、劳动部、石化总公 司合编《压力容器法兰》，标准号为JB4700～4707-92
例如：DN 1000mm的压力容器，应当配用DN
1000mm的压力容器法兰。
精选ppt
＊ 法兰公称压力：
法兰公称压力与最大操作压力、操作温度以及材 料有关。因为：
定义： 是以16MnR在200℃时的机械性能为基准来确定
法兰的尺寸，所以在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。
焊法兰适用于压力、温度较高或设备直径较
大的场合。
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( 2)、松式法兰
法兰与容器或管道不连接，比整体式连接 强度差
精选ppt
法兰盘可用不同材料，用于铜制、铝制、陶瓷、 石墨及其非金属材料的设备或管道上。
受力后无附加弯曲应力，只适用于压力较低场合
精选ppt
(3)、任意式法兰
整体性介于整体法兰和松式法兰之间。

3.2法兰的设计法兰连接是化工容器、管通常用的一种可拆连接型式。

本节从如何满足法兰连接密封的可靠性、足够的强度等出发，简要介绍垫片、螺栓及法兰本体的设计等问题。

3.2.1 基本要求1、正确理解法兰连接的密封原理，了解影响密封的因素。

2、掌握垫片材料类型及垫片的选择，并理解垫片性能参数的物理意义。

3、掌握螺栓载荷的计算及螺栓的设计问题。

4、了解法兰的结构及其特点，并能使用法兰标准正确选用法兰。

5、掌握非标准法兰结构尺寸的确定和强度计算方法。

3.2.2 内容提要1、法兰连接通过紧固螺栓压紧垫片实现密封。

法兰密封的泄漏形式包括渗透泄漏和界面泄漏。

当法兰通过螺栓压紧垫片时，使垫片发生变形，并提供垫片与密封面的压紧力，以形成压力介质通过密封面的阻力，当这种阻力大于密封元件两侧的介质压力差时，介质即被密封住。

垫片性能、螺栓力大小、密封面型式及尺寸精度、法兰刚度及操作条件等均影响密封的可靠性。

2、法兰连接设计中首先面临垫片选择。

垫片是法兰密封中的主要元件，为形成密封，主要要求垫片具有适宜的变形和回弹能力。

垫片按材料分为非金属垫、金属垫和组合垫三种。

由于法兰密封面有平面、凹凸面、榫槽面、梯形槽等，因此与不同密封面相匹配的垫片结构也不完全相同。

设计时主要根据介质的特性、温度、压力，确定垫片的材料、结构型式及尺寸。

预紧密封比压y 和垫片系数m 是表征垫片特征的两个主要参数。

预紧密封比压y 是指预紧时迫使垫片变形与密封面接触以形成初始密封条件，垫片上所必须的单位面积上的最小压紧载荷。

垫片系数m 是指操作时达到密封不漏，垫片上所必须维持的工作密封比压8σ与介质压力p 的比值。

y 、m 的大小与垫片材料、结构等因素有关。

设计时，由y 、m 确定垫片在预紧和操作状态下的压紧力大小。

3、在法兰连接结构中，连接螺栓提供压紧力。

螺栓力既要保证预紧和操作时密封不漏，又要不致把垫片压坏。

计算螺栓预紧和操作状态所需最小载荷和螺栓最小截面积如表3-2所示。

开孔和开孔补强设计
开孔接管部位的应力集中
★器壁强度削弱：开孔造成局部应力集中和强
度削弱；
★不连续应力：壳体与接管形成结构曲率不
连续，产生较大的附加弯曲应力；
★局部应力：壳体与接管拐角处不等截面
过渡，引起很高的局部附加应力。
★焊接缺陷和残余应力
峰值应力
容器大开孔与小开孔
容器孔边应力集中的理论分析是以无限大平板上开 小圆孔为基础的，壳体曲率变化不计，因此，孔边 应力均为拉（压）应力。
边集中应力、薄膜应力外，还有
边缘应力和焊接应力，比小孔K
值高达3～6倍。应力集中具有
局部性。
• 开孔接管补强的目的：
•
使孔边的应力峰值降低
•
到允许值。
• 相关标准：HG/T21630
HGJ527-90 补强管
适用范围 两标准都规定了适用范围为当 量压力PD≤6.4MPa，共分A、B、C、D、E五 种。其中D、E型是削边过渡的，但其削边角 度是45度，而不是常规的1:3削边处理。
•
开孔计算直径d的取法（见下图）:由于圆筒计算
厚度是根据周向薄膜应力计算的，因此开孔截面应以
承受周向薄膜应力的截面考虑，即是与圆筒轴线平行 的纵向截面。开孔计算直径d为孔沿纵截面方向的直径。
• 适用范围：
• 等面积补强:适用于开孔直径小于筒体内径 的一半。 即d/Di≤1/2 ;
• 压力面积法:（HG20582.7“大开孔的补强 计算”)适用于开孔直径小于筒体内径的 0.8倍。即d/Di≤0.8;（但注意五个限制条件）
大开孔时，除有拉（压）应力外，还有很大的弯曲 应力，其应力范围超出了开小孔时的局部范围，在 较大范围内破坏了壳体的薄膜应力状态。因此小开 孔理论不适用。

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。

同； • ◎压力容器法兰—
·板卷筒体，与相联接筒体的公称直径相 同； ·无缝钢管作筒体，与相联接无缝管的公 称直径相同。
50
公称压力
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。
法兰公称压力与法兰的最大操作压力和操作温度以及法 兰材料三个因素有关。
公称压力 PN 法兰材质
Q235-A
0.6
16MnR
15MnVR
最大允许工作压力 (MPa)
-20~200℃ 300℃ 350℃
0.4
0.33 0.30
0.6
0.51 0.49
0.65
0.63 0.651
3、压力容器法兰的标记
52
压力容器法兰设计步骤：
（1）确定DN; （2）根据法兰材质、工作温度和最高工作压力，确
有一个圈座是滑动支承的。
77
㈢ 腿式支
座
简称支腿
连接处造成严重的局部应力， 只适用于小型设备
难，榫易损坏。
注意：应使固定在设备上的 法兰为槽面,可拆下部分的法
兰为榫面。
榫槽型压紧面
29
锥形压紧面
通常用于高压密封，其缺 点是需要的尺寸精度和表 面粗糙度要求高。须与透 镜垫片配合,常用于高压管
道。
锥形压紧面
30
梯形槽压紧面
槽底不起密封作用，是槽的 内外锥面与垫片接触成梯形, 形成密封的，与椭圆或八角
凝土制的基础上。
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㈡ 支承式支座
用钢管、角钢、 槽钢制作，或 用数块钢板焊 成，
型式、结构、 尺寸及材料 JB/T 4724-92 《支承式支 座》。

P c MPa t℃EMPa [σ]f MPa [σ]f tMPa D immC 2mmD bmm [σ]b MPa [σ]b tMPam y MPa N mm b 0mm d i mm d o mmb mm D Gmm N N N FN N mm 2mm 2A m mm2d BmmP mm nd B1mm A b mm 2W 0N W 1N螺栓计算预紧状态下螺栓设计载荷操作状态下螺栓设计载荷A a =W a /[σ]b 67.251.533E+044.240E+064.262E+061.964E+04A m 取A a 和A p 中的大值 1.964E+04螺栓公称直径螺栓数量3068螺栓螺距垫 片 简 图6.422E+06法 兰 型 式任意式法兰（按整体法兰计算）需要的螺栓面积计 算 压 力W 0=(A m +A b )[σ]b /2W 1=W p217垫片系数比压力垫片压紧力预压状态下最小压紧力 F a （内压）垫片特性参数垫片内径15CrMo228设 计 温 度法 兰 材 料垫片外径23242348螺 栓 材 料螺栓许用应力室温下许用应力设计温度许用应力6020Ⅱ185117.51计算基本数据计 算 简 图2010002424螺栓分布圆直径1法兰材料常温弹性模量法兰许用应力室温下许用应力设计温度许用应力法 兰 内 径2300腐 蚀 裕 量11.4图 6F a =πD G by F p =2πD G bmP c垫片计算11.7垫片接触宽度垫片基本密封宽度1.5垫片有效密封宽度垫片压紧力作用中心圆直径实际螺栓面积W a =F a内压引起的总轴向力W p =F+F p预紧状态下需的最小螺栓载荷 W a 操作状态下需的最小螺栓载荷 W p 预紧状态下需的最小螺栓面积 A a 操作状态下需的最小螺栓面积 A p 1.50按GB150规定2324.001.533E+042.190E+044.262E+06螺栓小径3.5026.21A b =n π(d B1/2)2A p =W p /[σ]b t3.669E+04操作状态下最小压紧力 F p 0053.2b b b b ==或cG P D F 2785.0=MPa ℃mmMPa MPa mmMPa MPa mmmmMPa mm mm mm mmmm mm mm N Nmmmm mm2垫片接触宽度 N 2.35E+02螺栓螺距 P 垫片计算垫片压紧力作用中心圆直径 D G操作状态下最小压紧力F p 实际螺栓面积 A b预紧状态下最小压紧力F a垫片特性参数垫片内径 d i （活套法兰按GB150.3-2011规定）其它型式法兰A b = n πd B12/4 =2.5螺栓小径 d B1螺栓17.29垫片计算图垫片有效密封宽度 b 垫片基本密封宽度 b 0垫片系数 m 比压力 y 垫片外径 d o图 1a法兰材料室温下许用应力[σ]f设计温度下许用应力法兰内径 D i 螺栓材料室温下许用应力[σ]b设计温度下许用应力螺栓螺栓公称直径 d B 螺栓数量 n 201螺栓分布圆直径 D b法兰计算图设计压力 P c （内压）任意式法兰（按活套法兰计算）设计温度 t 法兰腐蚀裕量 C 2设 计 条 件计 算 简 图法兰型式[]t fσ[]tbσ0053.2b b b b ==或==by D F G a π==c G p bmP D F π2MPa ℃mmMPa MPa mmMPa MPa mmmmmm MPa mmmm mmmm mm NN mmmm mm2mm mm mm螺栓材料室温下许用应力[σ]b设计温度 t 腐蚀裕量 C 2设 计 条 件计 算 简 图法兰法兰材料室温下许用应力[σ]f设计温度下许用应力法兰内径 D i 预紧状态下最小压紧力F a '螺栓数量 n 1D G '= D b - (d b +2b") =螺栓公称直径 d B 20操作状态下最小压紧力F p '0.00E+00垫片压紧力作用中心圆直径 D G '垫片计算垫片的基本密封宽度 b 0' b 0' = D - D b =操作状态垫片有效密封宽度2b"2b"=5垫片外径 D预紧状态垫片有效密封宽度 b'设计温度下许用应力螺栓分布圆直径 D b参数L p '、L R 、L T '计算 L p ' = (d b + 2b")/2 =2.5设计压力 P c 带颈法兰法兰型式螺栓螺栓孔直径 d b螺栓计算L T ' = [(D b + d b + 2b")- D i ]/4 = 1.25 L R = [D -(D b + d b )]/4 + d b /2 =垫片参数垫片系数 m 比压力 y 螺栓螺距 P 2.5螺栓小径 d B117.29实际螺栓面积 A bA b = n πd B12/4 = 2.35E+02-5[]t fσ[]tbσ==y b D F b a ''π==c G p mP b D F "''2π=='0'4b b。

标准法兰系根据不同公称直径（DN）和公称压力（PN）选择。
管法兰公称直径是管子的名义直径，是接近管子内、外径 的某一整数。例如DNl00无缝钢管的外径为108mm，而 内径视管壁厚度不同。
容器法兰的公称直径与容器内径取值相同。
法兰的公称压力是按容器或管道所受的压力分为若干标准等级而设 定的。每个公称压力等级表示一定材料和工作温度的法兰的最高工 作压力。如容器法兰的公称压力等级是以16MnR为容器法兰材料 在200℃时的最高工作压力为依据制订的，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。
介质
法兰公 称压力
MP
工作温度 ℃Leabharlann 密封面形式垫片 材料
氨
2.5
≤150
凹凸
橡胶垫
中压橡胶石棉板
压缩空气
1.6
≤150
突
橡胶垫
中压橡胶石棉板
0.3MPa
1.0
≤200
突
橡胶垫
中压橡胶石棉板
1.0 MPa
1.6
蒸
汽
2.5 MPa
4.0
≤280 300
突
缠绕垫、柔 性石墨复合
垫
0Cr13钢带-石棉板、 石墨-0Cr13等骨架
3mm 1.5mm 0.75mm
2.00 2.75 3.50
11 25.5 44.8
为保证工作时紧密而不漏而必须施加（残余） 在垫片上的压应力。
压紧面形 状
(见表49)
类别
(见表 4-9)
1（a、b、
c、d）
Ⅱ
4、5
垫片系数m
在操作时，为保证法兰压紧面紧密不漏，垫片上所必须
维持的工作密封比压力 与g 介质压力p的比值