化工压力容器法兰的设计共19页

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。

- 32 -论文广场石油和化工设备2021年第24卷浅谈压力容器长颈对焊法兰优化设计李进一（江苏东方瑞吉能源装备有限公司， 江苏 镇江 212000）[摘 要] 通过两个具体算例对压力容器长颈对焊法兰进行优化设计，分析了锥颈高度和法兰厚度对法兰轴向应力、径向应力和切向应力三项主要应力的影响。

计算结果表明，当调整至法兰厚度和锥颈高度相近时，三项主要应力值均接近满应力值。

这样的优化设计使得法兰结构紧凑，受力合理，减轻重量，可显著降低法兰成本。

对小直径且压力不高的长颈对焊法兰，在保证法兰锥颈段斜率≤1:3的前提下，法兰可以不带直边段。

[关键词] 长颈对焊法兰；锥颈高度；法兰厚度；优化设计作者简介：李进一（1988—），男，江苏盐城人，2012年毕业于南京工业大学化工过程机械专业，工学硕士，高级工程师。

主要从事压力容器设计及校审工作，已发表论文4篇。

Waters 法是国际上应用最广、历史最悠久的法兰计算方法。

该方法于1937年提出，经过几十年的实践证明，它是一种成熟可靠、经济合理的设计方法。

目前GB/T 150.3、JB 4732、ASME 等标准规范中有关法兰计算都是基于Waters 法[1]。

Waters 法认为控制法兰强度的三个主要应力为法兰环上的最大径向应力和切向应力以及锥颈上的最大轴向应力。

Waters 法忽略了压力直接作用于法兰环、锥颈、圆筒三部分所产生的薄膜应力以及三部分在压力直接作用变形协调所产生的应力[2-6]。

1 长颈对焊法兰长颈对焊法兰是压力容器中最常用的设备法兰，NB/T 47023-2012标准[7]虽然给出了公称压力为0.6~6.4MPa 、工作温度-70℃~450℃的碳钢和低合金钢制压力容器长颈对焊法兰，但法兰、螺柱、螺母及垫片材料需完全按标准中匹配表和修正表执行，受到诸多限制，而且在工程实际中很多长颈对焊法兰都超出了NB/T 47023-2012标准的范围，如不锈钢法兰或工作温度超过450℃的长颈对焊法兰等，这时都要按GB/T 150.3-2011进行非标法兰设计计算。

法兰设计存在的问题及对策摘要：法兰在压力容器的设计中起着重要作用。

因此，本文简要介绍了压力容器法兰及其类型和设计特点。

设备法兰在压力容器设计中需要特别重视。

还有设计中，例如法兰材料选择偏差、估计寿命偏差和热处理不足，这些问题都会对法兰产生很大影响。

本文阐述了压力容器法兰设计中存在的问题和处理措施。

关键词:压力容器;设备法兰;解决对策近年来，我国社会经济的快速发展使化工行业取得了显着进步，这不仅增加了生产任务，而且还需要提高生产效率和质量要求。

在这方面，压力容器中法兰被认为是最重要的设备之一，法兰作为压力容器单元的主要部件，影响压力容器的功能和性能。

因此，在新形势下，我们必须考虑设计压力容器法兰的具体可行对策。

一、压力容器设计特点1.设计和制造过程需要高度的专业知识。

在设计压力容器时，需要测试各种组件，以便设计者具备掌握先进计算技术所需的专业知识和经验，压力容器的设计旨在确保高度的安全性并减少外部因素的影响。

2.制造工艺需要高度的安全性。

压力容器的操作环境特点是高温、高压、真空和腐蚀。

压力容器中的一些材料有毒、易燃、易爆等危险因素。

为此，我们必须严格保证设计、制造和使用过程的专业化和标准化。

遵守生产规则，生产高质量压力容器，提高生产水平和安全性。

生产压力容器时，必须在不同阶段应用不同的生产标准，以满足不同时间的使用要求，提高容器的效率，企业需引进提高制造标准的新技术和方法。

二、法兰的相关概述在石油化工行业，压力容器是影响工业生产的重要设备，法兰是压力容器不可或缺的组成部分。

在工业生产中，压力容器的边缘必须按照设备的技术要求和安装需要进行调整。

压力容器有不同的法兰，可分为整体法兰和任意法兰，不同的法兰具有不同的特性。

法兰设计的主要目的是确保法兰强度。

如果强度达不到预定值，则应在适当的范围内进行调整和研究工作，例如检查密封尺寸以减少法兰上的弯矩。

要连接法兰，必须将其焊接到外壳上。

对相关规范的研究可以发挥法兰有效作用。