压力容器法兰设计的若干问题.doc

压力容器法兰设计的若干问题.doc压力容器法兰设计的若干问题【摘要】压力容器是化工部门普遍运用的一种承压设备。本文主要分析了压力容器法兰设计的相关要点, 主要从垫片设计、螺栓设计和法兰设计几个方面展开。【关键词】压力; 容器; 法兰; 设计压力容器在工作时会面临高压、高温、易燃和易腐蚀等环境, 会跟人们的人身安全紧密相关。所以,压力容器在设计时的专业性要求比较高, 而法兰设计是其中的重要环节。法兰主要是借助螺栓压紧垫片的紧固来做到密封的, 它是一种强制密封。法兰设计主要会牵涉到螺栓设计、垫片设计与法兰设计三个环节, 但是倘若任一环节发生问题, 就会直接影响后续工作的展开, 导致设计结果出现误差, 因此, 一定要控制好相关设计环节。 1 垫片设计垫片是一种重要的密封元件, 是螺栓法兰连接设计的基础。密封的效果是直接由垫片的密封性能所决定的。由于工件的介质、压力和温度存在差异,影响垫片的因素是多方面的。 垫片比压力垫片比压力会跟强制密封的预密封条件息息相关。为了有效解除法兰密封面跟垫片接触面之间的缝隙, 保证垫片表面嵌入法兰密封面的沟槽中去, 以便消除泄漏通道, 必须在垫片上施加一定的预紧力, 这就建立了预密封条件,需作用在单位垫片密封面积上的最小压紧力称为垫片比压力(用 v 表示, 单位 MPa )。可见, 预紧时垫片需要最小 Fa= 的压紧力。 垫片系数垫片系数会跟强制密封的操作密封条件息息相关。垫片的密封条件主要是: 介质在密封面产生的阻力要远远大于介质压力与大气压力的压差形成的推动力。显然阻力与垫片和法兰密封面间的密封力相关。为了确保介质不泄漏, 作用在单位垫片有效密封面积上的最小压紧力与介质压力一定要满足一定的比值, 这就是垫片系数(用m 表示)。材料愈硬, 硬度愈高, 其m 值愈大。由于 m 系由试验所得,鉴于试验基准修正, m 值需乘以修正系数 2 ,故单位压紧面积上的压紧力为 2mp 。由此可得垫片在操作状态下的最小压紧力为: Fp= 垫片宽度垫片载荷都与垫片有效计算宽度 b 有关。显然 b 愈小, Fa、 Fp 也愈小, 对减少垫片载荷有利。然而垫片的宽度还受到垫片预紧时的“压碎强度”的限制。垫片在预紧时,必须确保能在垫片表面能嵌入法兰密封面中,建立起预密封条件; 但是又不能过度压紧,以免垫片失去弹性而呈现塑性状态。因法兰在加压以后, 密封面会出现一定程度的分离, 倘若垫片在预紧时已经呈现塑性状态, 就会失去回弹性, 就会导致间隙的出现或者压紧力不够,最终导致泄漏的发生。为了确保垫片的弹性工作状态, 在预紧时单位密封面积上的压紧力必须在 4y 左右。因此正常垫片“单位面积”的预紧力应在 y~ 4y 之间。较硬、强度较高的垫片材料, 虽然其 m和Y 都较大, 会造成较大的 Fa、 Fp, 然而由于其“压碎强度”亦高, 则可采用较小的垫片宽度, 从而最终获得不太大的垫片载荷,达到设计的经济性。 2 螺栓设计螺栓设计与垫片压紧力相对应,分别以预紧和操作两种工况进行计算。在确定了垫片材质、形式和尺寸后, 就可求出垫片在预紧和操作情况下所需压紧载荷。在预紧状态下所需的螺栓面积为 Aa, 在操作状态下所需的螺栓面积为 Ap。通常情况下,实际配置的螺栓总根径截面积 Ab 应稍大于 Aa和 Ap之大者,其大值称为螺栓计算面积,