在化工设备设计中选用JB4700_4707_92_压力容器法兰_标准应注意的(2)

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标准选用就含有优化设计的过程。

云南化工 1999年第1期

具体的计算过程略,该结果是由原化工部设备中心站开发的压力容器计算软件SW6进行计算(该软件通过了全国压力容器标准化技术委员会鉴定)。从上面的例子中可以看出,对于U型管换热器管箱法兰的选用,不能单纯地按JB4700~4707-92标准选用,还需要作进一步的法兰校核计算工作。在GB150-89法兰部分计算中,对于类似U型管换热器管板两侧成对法兰的设计中,在注解中明确指出,由于两侧的压力及所用垫片可能不同,在螺柱设计中应兼顾两侧的条件,要求以较大的螺柱载荷进行设计,且在两侧垫片的宽度校核及法兰预紧力矩等计算中,均以此为基础进行设计。具体反映在预紧状态下需要的最小螺栓载荷公式[GB150-89式(7-5)]

WA=3.14DGby

操作状态下需要的最小螺柱载荷公式[GB150-89式(7-6)]

WP=F+Fp=0.785DG2P+6.28DGbmP式中:Dg:垫片压紧力作用中心圆直径

b:垫片有效密封宽度P:设计压力m:垫片系数y:预紧密封比压力

对上述2式的计算,需要考虑管程和壳程的情况,计算出2种情况下最小螺柱载荷,并取较大值进行后面法兰部分的计算。从而计算出法兰的轴向应力、径向应力、切向应力及法兰环的平均应力,并进行校核满足相应的许用应力,最

图1 U型管换热器

4 法兰设计中的特殊问题

总的来说,一般情况下,设计中尽量选用标准压力容器法兰,可提高设计进度,法兰的通用性强,使用安全可靠。但在某些特定的情况下,选用标准法兰就要慎重考虑,并要通过计算,才能确认选用是否合适。如在U形管换热器管箱法兰的设计中,由于管程与壳程的设计压力、设计温度及介质不一样,在按标准法兰选定了法兰类型和材质及垫片、螺柱、螺母参数的情况下,如果仅仅以管程设计参数来确定管箱法兰的公称压力等级是不恰当的,因为螺柱连接了管程法兰和管板法兰,螺柱的载荷是综合了管程和壳程两方面的受力情况,进而影响管程法兰的法兰力矩,对管箱法兰的强度造成影响。例如,在某U形管换热器设计中,换热器公称直径300mm,管程设计压力0.6MPa,设计温度70e,介质为冷凝水,材料选用Q235-A;壳程设计压力0.1MPa,设计温度为150e,介质为尾气,材料选用Q235-A,管箱材料为20R板材,换热管材料为20钢,螺柱材料为35钢,螺母材料Q235-A,垫片材料选用石棉橡胶板,结构简图见图1

。

终确定法兰的结构尺寸。类似的情况在许多类型的换热器中同样存在,如浮头式、填料函式以及釜式重沸器等。一般在设计中,需要作具体的分析,确定成对法兰两边设计工况是否相同,受力是否相等。在设计中若不注意,就会套用法兰标准,尽管还提高了一定的压力等级,但进行校核计算时也不一定能通过。所以在这类情况下,法兰的设计应优先使用相当压力等级的标准法兰尺寸作为结构设计的参照,然后进行校核计

按常规设计,管箱法兰选用甲型平焊法兰JB4701-92PII300-1.0,法兰厚度为26mm,20R板材在70e时最大允许工作压力为0.74MPa(查法兰标准中表6),然而通过校核计算,该标准管箱法兰的厚度不够,校核后需要的厚度为29.9mm,再加腐蚀裕量1mm(按JB4700~4707-92标准编制说明,腐蚀裕量已考虑了2mm,而该换热器腐蚀裕量取3mm,故再加

1mm腐蚀裕量),所以在设计中法兰的厚度确定算,通不过校核时,再调整尺寸,反复试算,最终为

1999年第1期 云南化工和外力矩的时候,也应按类似方法进行计算。如需考虑风载荷和地震载荷塔的分段法兰;悬挂式支承的立式容器或塔的法兰,当设备法兰的位置位于支耳以下时,应考虑法兰下部筒体的自重及操作时物料的重量对法兰影响;以及设备上有较大的偏心载荷等等,都会影响法兰力矩等,相应

5 结论

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总的来说,在选用JB4700~4707-925压力容器法兰6时,不仅要考虑其普遍的应用性,而且还要考虑到设备结构的特殊性。针对特殊性,考虑其特殊的作用对法兰受力产生的影响,进行校核设计、试算分析、尽量向标准法兰的结构尺寸

的应力情况也有较大的变化(当外载荷和外力矩靠拢,并充分考虑法兰、垫片、螺柱和螺母的匹配

较小时可忽略不计,不影响螺柱的设计载荷)。使用问题,从而使选用或设计的法兰具有安全可例如在某工程筛板塔设计中,设计压力为0.2MPa,设计温度150e,介质为气体和水。筒体材料Q235-A,法兰材料选用20R,螺柱材料选用35,垫片材料是石棉橡胶板,结构简图见图2。针对支耳下部筒体连接法兰的设计,首先根据设计参数,选择JB4701-92甲型平焊法兰,规格为PII550-0.6,查法兰标准JB4700-92表6,允许最大工作压力0.45MPa,法兰厚度32mm,在不考虑外部载荷的情况下可选用该标准法兰。然而考虑到法兰下部筒体及内件重量以及下部筒体操作时的物料重量共计12374kg,对螺柱载荷会产生影响,使螺柱设计载荷增大,因而设计中在考虑外载荷的情况下,对该标准法兰进行校核计算,计算过程略(该结果是由原化工部设备中心站开发的压力容器计算软件SW6进行计算)。结果表明原法兰厚度偏小,计算出的法兰厚度为33mm,比标准法兰厚度超出1mm,结果又改用16MnR的材料,重新进行校核算。计算过程略,通过了校核计算。(当然也可以采用20R的法兰材料,但厚度必须增加到33mm以上,设计成非标准法兰)所以在压力容器设计中,选用标准法兰时,一定要考虑上述几方面的因素,否则将会引起法兰的强度和刚度不够,引起密封不严密泄漏等问题,严重时会影响压力容器的安全运行,这在压力容器设计中是绝对不允许的。

图2 筛板塔简图

靠性,

又具有经济性。

参考文献

1 全国压力容器标准化技术委员会.GB150-89钢制压力容器.北京:学苑出版社

2 中华人民共和国行业标准.JB4700JB4707-92压力容器法

兰.北京:气象出版社

3 JB4700JB4707-92压力容器法兰编制说明

(收稿日期:1998-08-06)

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