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1.2钢管作筒体

钢管作筒体的容器，公称直径按表1-2规定，此公称直径系指钢管的外径。

表1-2mm

159

219

273

325

377

426

二、封头

在中、低压压力容器中，与筒体焊接连接而不可拆的端部结构称为封头，与筒体以法兰等连接的可拆端部结构称为端盖。

通常所说的封头则包含了封头和端盖两种连接形式在。

压力容器的封头或端盖，按其形状可以分为三类，即凸形封头、锥形封头和平板封头。

凸形封头包括：

半球形，椭圆形，碟形和球冠形.

其中平板封头在压力容器中除用做人孔及手孔的盖板以外，其他很少采用；

凸形封头是压力容器中广泛采用的封头结构形式；

锥形封头则只用于某些特殊用途的容器。

/T4746－2002《钢制压力容器用封头》

封头EHA1000×

10/T4746－2002径为基准的椭圆形封头

封头EHB273×

6/T4746－2002外径为基准的椭圆形封头

封头DHA2400×

20/T4746－2002r=0.15Di的碟形封头

封头DHB2400×

20/T4746－2002r=0.1Di的碟形封头

封头CHA1000×

8/T4746－2002α=30º

的无折边锥形封头

封头CHB1000×

8/T4746－2002α=45º

封头CHC1000×

8/T4746－2002α=60º

的带折边锥形封头

封头PSH1000×

8/T4746－2002球冠形封头

三、法兰

法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。

缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。

●法兰分类

法兰分类主要有以下方法：

1按其被连接的部件分为管法兰和容器法兰。

2按法兰接触面的宽窄可分为窄面法兰和宽面法兰。

a宽面法兰是指垫片接触面分布于法兰螺栓中心圆外两侧的法兰连接，一般用于压力很低场合。

b窄面法兰是指垫片接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周的法兰连接。

3按整体性程度分为整体法兰、松式法兰和任意式法兰。

a整体法兰：

指法兰环、颈部及圆筒三者有效地连接成一整体的法兰，共同承受法兰力矩的作用。

b松式法兰：

指法兰与圆筒未能有效地连接成一整体的法兰，计算中认为法兰力矩完全由法兰环本身来承担。

典型松式法兰有活套法兰。

c任意式法兰：

指整体性程度介于上述二者间的法兰。

其圆筒与法兰环虽未形成一整体结构，但可作为一个接构元件，共同承受法兰力矩。

●法兰连接设计

法兰连接设计分为三部分：

垫片设计、螺栓设计和法兰设计。

a垫片设计：

应根据设计条件和使用介质，选定适当垫片种类、材质、并确定垫片尺寸（径和外径），以此计算预紧和操作状态下压紧力。

b螺栓设计：

在选用适当螺栓材料基础上，根据垫片所需压紧力分别计算螺栓面积，取大者作计算面积，实际螺栓面积应不小于计算面积。

螺栓设计的关键是须确定一尽可能小螺栓中心圆直径，通过试算合适螺栓规格和数量进行。

c法兰设计。

垫片强制密封有两个条件：

预紧密封条件和操作密封条件。

法兰连接在形成预紧密封条件时，垫圈单位面积上的压紧力称为垫片的密封比压力，用y表示。

垫片材料越硬，y越高。

法兰连接在形成操作密封条件时，垫圈单位面积上的压紧力与其压力的比值，称为垫片系数，用m表示。

m随垫片硬度增大而增大。

密封面主要根据工艺条件、密封口径以及垫片等进行选择。

形式有:

全平面（FF）、突面（RF）、凹凸面（MFM）、榫槽面（TG）及环连接面（或称梯型槽）（RJ）等；

其中以突面、凹凸面、榫槽面最为常用。

图3-1各密封面结构简介

突面法兰密封面具有结构简单，加工方便，且便于进行防腐衬里等的优点，由于这种密封面和垫片的接触面积较大，如预紧不当，垫片易被挤出密封面。

也不宜压紧，密封性能较差，适用于压力不高的场合，一般使用在PN≤2.5MPa的压力下。

凹凸面法兰密封面相配的两个法兰结合面是一个凹面和一个凸面。

安装时易于对中，能有效地防止垫片被挤出密封面，密封效果优于平面密封。

榫槽面法兰密封面相配的两个法兰结合面是一个榫面和一个槽面。

密封面更窄。

由于受槽面的阻挡，垫片不会被挤出压紧面，且少受介质的冲刷和腐蚀。

安装时易于对中，垫片受力均匀，密封可靠，适用于易燃、易爆和有毒介质的运用。

只是由于垫片很窄，更换时较为困难。

●法兰强度校核（GB150-1998P97）

1.轴向应力：

对整体法兰（除图9-1（c）、（g）外）：

σH≤1.5［σ］ft与2.5［σ］nt小值。

［σ］ft是法兰材料在设计温度下的许用应力，［σ］nt是壳体或接管材料在设计温度下的许用应力。

对按整体法兰计算的任意法兰及图9-1（g）所示的整体法兰：

σH≤1.5［σ］ft与1.5［σ］nt小值。

对图9-1（c）所示的整体法兰：

σH≤1.5［σ］ft

2.环向应力：

σT≤［σ］ft

3.径向应力：

σR≤［σ］ft

4.组合应力：

σH+σT≤2［σ］ft及σH+σR≤2［σ］ft

5.剪应力：

在预紧和操作两种状态下的剪应分别小于或等于翻边（或圆筒）材料在常温和设计温度下许用应力的0.8倍。

图3-2

（一）、压力容器法兰

JB4701~4707-2000《压力容器法兰》包括：

法兰、垫片及等长双头螺柱等8个标准。

其中法兰分三种：

甲型平焊法兰、乙型平焊法兰及长颈法兰。

标准适用围：

公称压力0.25MPa至6.40MPa，工作温度-70℃至450℃的碳钢、低合金钢制压力容器法兰。

标准中甲、乙型法兰是以板材16MnR，工作温度为200℃时的最大允许工作压力为公称压力作基准；

长颈法兰是以锻材16Mn，工作温度为200℃时的最大允许工作压力为公称压力作基准。

在同一公称压力下，温度升高或降低，允许的工作压力可以相应地降低或提高；

若温度不变而所选的材料不同，则允许的工作压力也不同。

（1）甲、乙型法兰的比较

甲型法兰，特别是当与其相连接圆筒较薄时，由于在圆筒与法兰环焊缝上存在

很高的轴向应力σH，为降低其应力，通常可采取两种处理方法：

（1）增加法兰厚度。

由于法兰厚度对σH的作用并不明显，因此往往需要增加较大的法兰厚度才能使σH的满足要求。

计算表明，此法效果不明显。

（2）增加圆筒和焊缝厚度（此结构类似乙型法兰设计结构）。

可明显降低σH值。

乙型法兰较甲型法兰有较大强度优势，乙型法兰的使用围比甲型法兰扩大了许多。

（2）乙型法兰与长颈对焊法兰比较

乙型法兰由于直接加大了圆筒及锥颈的尺寸，对降低σH起着积极的作用，σH的最大值往往发生于锥颈的小端端面上。

为有效地降低此起比控制作用的小端σH，更为直接的办法是拉开小端与大端距离，即加长锥颈的长度，使σH在锥颈上有较大的衰减，使σH满足许用应力要求。

对于平焊法兰来说，其锥颈长度取决于焊缝高度。

由于焊缝高度是有限的，这就限制了较降低小端σH的可能。

而锻制法兰可具有较大的锥颈，从而有效地降低其小端σH。

长颈法兰较乙型法兰有较大强度优势，长颈法兰的使用压力等级及尺寸围比乙型法兰大。

（3）锥颈及法兰环尺寸对法兰应力影响

锥颈及法兰环尺寸对法兰三项主要应力σH（轴向应力）、σR（径向应力）、σT（环向应力）的影响关系较为复杂。

增加锥颈尺寸，可以明显降低σH，σT↘（影响较小），σR↗。

增加法兰环厚度，可以明显降低σR，σH↘（影响较小），对σT影响更小，且作用效果并不肯定。

由此可见：

法兰设计中σH过大或过小时，应调整锥颈尺寸；

法兰设计中σR过大或过小时，应调整法兰环厚度尺寸；

法兰设计中σT过大或过小时，应调整锥颈尺寸。

以上根据法兰不同应力的情况，分别调整“颈”和“环”的做法。

法兰设计优化原则：

法兰设计应使各项应力分别接近材料许用应力值，即结构材料在各个方向的强度都得到较充分的发挥。

（4）法兰设计时，须注意以下二点：

1外压法兰与压法兰

其他设计条件相同时，外压法兰所需螺栓面积较小，法兰力矩值小，法兰厚度小。

因此一般外压法兰可以按同等压力的压法兰选用是安全的。

2宽面法兰与窄面法兰

宽面法兰压紧面积大，特别在操作状态下所需的螺栓载荷较大，所以所需螺栓面积较大，同等设计条件下，宽面法兰所需螺栓面积是窄面法兰的数倍；

宽面法兰计算模型将法兰作为沿宽度视作一简支梁考虑，窄面法兰将法兰环作为沿圆周均布作用力矩的环板考虑，而宽面法兰受力较好，因此法兰较薄。

但是由于在压力较高的场合下，螺栓太多会发生布置困难或螺栓中心圆直径太大，法兰径向尺寸极不紧凑。

另外宽面法兰密封效果不好。

因此一般用于压力很低场合。

（5）法兰类型与垫片、螺柱、螺母材料匹配

垫片是整个法兰连接的基础。

垫片材质和型式决定了所需配置螺柱及螺母的要求，同时也直接影响到法兰结构的型式及其所需强度尺寸。

甲型平焊法兰一般采用钢板制作，由于其最大厚度有限，所以只能适用于低压

情况，为此只宜配用软垫片，如石棉橡胶板，匹配螺柱螺母材料均为Q235-A。

对于乙型平焊法兰和长颈对焊法兰标准中，对PN<

1MPa的情况下，采用软垫片所需螺栓载荷较小，因此配置螺柱材料为35钢等；

对PN≥1MPa的情况下，由于螺栓载荷逐步变成受操作压力控制。

压紧垫片所需螺栓载荷相对为平衡压轴向力所需的螺栓载荷为小（尤其在大规格直径螺栓规格时），因此采用不同垫片时，它们螺栓载荷相差不很大，标准中允许采用相同的螺柱配置并以要求较大螺栓载荷的垫片进行考虑，螺柱材料为40MnB或40Cr等，可供匹配垫片包括石棉橡胶板、缠绕垫和包垫。

对于高应力和较大直径规格的法兰，由于所需螺栓载荷很大，因此采用了高强

度的螺柱材料：

40MnVB和35CrMoA，以保证法兰有较紧凑的结构尺寸，受力合理，允许匹配的材料包括上述三种。

（6）法兰腐蚀裕量

根据标准法兰长期使用经验，可以认为本标准能适应≤2mm的腐蚀裕量。

对于乙型法兰，当法兰材料对使用介质的腐蚀裕量超过2mm小于3mm时，应加厚短节2mm。

长颈对焊法兰的适用腐蚀裕量不大于3mm。

（7）对法兰材料的要求

乙型平焊法兰的强度是按整体法兰进行考虑的，短节材料不仅应具有良好的焊接性，而且直接影响到法兰强度，乙型法兰短节的材料及其制造、检验和验收等方面要求与对接的圆筒相同。

对法兰材料进行正火或完全退火的目的是细化晶粒，改善韧性。

参照ASMEVIII和GB150，对15MnVR钢板和厚度大于50mm的20R、16MNR钢板制作的法兰及长颈对焊法兰（轧制和锻制）提出了正火状态下的使用要求。

法兰短节材料应与法兰材料相同。

如不相同，其强度级别应不低于法兰材料，且应与法兰材料间有良好的焊接性，并在图样名细栏中注明。

短节长度允许加长，加长后，法兰厚度δ与总高度H均在法兰标记中标明。

法兰衬环材料由设计者决定。

（8）法兰焊缝检测要求

法兰的拼接焊缝须经百分之百射线或超声检测。

对长颈法兰，当工作压力大于或等于0.8倍本标准中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆筒的对接焊缝必须进行100%射线或超声检测，检测方法按JB4730。

射线检测II级合格，超声波检测I级合格。

当法兰所在容器图样对容器壳体的检测要求未能满足上述要求时，则该要求应在图样中标明。

对甲型平焊法兰、乙型平焊法兰，法兰与圆筒或短节间的连接焊缝应进行磁粉或渗透检测，检测方法按JB4730，I级合格。

（9）法兰颈部削薄要求

乙型平焊法兰的短节厚度或长颈对焊法兰的直边厚度与其相连接的圆筒厚度不等时：

若圆筒厚度不大于10mm，且与短节或长颈直边厚度差超过3mm；

若圆筒厚度大于10mm，且与短节或长颈直边厚度差大于筒体厚度30%或超过5mm时，乙型平焊法兰应按斜率1：

3、长颈对焊法兰按标准中图2.1虚线削薄，或者在对接焊缝的筒体端按标准中图2堆焊过渡。

图3-3

法兰直边段削薄问题的处理:

按理论计算要求；

对接圆筒厚度应与法兰直边段保持等厚，且圆筒应有足够的长度（≥（DiS）0.5,其中Di一圆筒直径，S一圆筒厚度）.

法兰直边厚度通常比圆筒厚度要大，因此出现不等厚的连接情况．采取以下处理办法：

本标准允许对法兰直边段作有限制的削薄，而后直接与圆筒对接，标准对“对接圆筒”的最小厚度作了规定．与长颈法兰相连接的圆筒厚度应不小于JB/T4703中规定的对接筒体最小δ0，且筒节长度不小于（DN•δ0）0。

5。

当对接圆筒厚度小于最小对接圆筒厚度δ0时，应按JB/T4703中的表三要求，调整法兰总高度H（其他尺寸不变），并连同法兰厚度在标记中标明．

（10）《非金属软垫片》（/T4704-2000）、《缠绕垫片》（/T4705-2000）、《金属包垫片》（/T4706-2000）

（A1）垫片的尺寸公差

垫片的尺寸公差大小不仅对垫片的安装有影响,对密封性能也有一定影响．本标准尺寸公差与JB/T4704-92规定中相同．

（A2）本标准中缠绕垫的三种形式：

对于突密封面，垫片应带外加强环或带、外加强环；

对于凹凸密封面，垫片应带加强环；

对榫槽密封面，选用基本型的垫片。

（11）《压力容器用等长双头螺柱》

（B1）为了满足不同使用工况及使用场合的要求，给使用者更灵活性，并遵照GBl50《钢制压力容器》中的规定，结合实际情况，共列入了七种材料．Q235-A按GB/T700的规定；

35按GB/T699的规定，应在正火状态下使用；

40MnB、40MnVB、40Cr、35CrMoA、25Cr2MoVA按GB/T3077的规定，并需经调质处理。

（B2）按照无螺纹部分直径d2的大小的不同，将螺柱分为A型、B型两种。

A型螺柱主要是为了满足优先选用滚制螺柱的要求；

B型螺柱选用于温度较高的场合，如各种型式热交换器的大法兰螺柱。

（B3）螺柱材料用于使用温度低于-20℃的螺柱及螺母材料35CRMOA，应进行使用温度下的低温冲击实验。

使用温度低于或等于0℃至大于-20℃的螺柱及螺母材料40MnB、40MnVB应进行使用温度下的冲击实验。

冲击实验按GB/T229的规定，冲击功AKV≧27J。

（二）、管法兰

<

<

容规>

>

第54条规定：

钢制管法兰、垫片、紧固件设计参照HG20592~HG20635的规定。

国际管法兰标准主要有两个体系，即以德国DIN（包括原联）为代表的欧洲管法兰体系和以美国ANSI管法兰为代表的美洲管法兰体系。

除此之外，还有日本JIS管法兰，但在石油化工装置中一般仅用于公用工程，而且在国际上影响较小。

化工行业标准HG20592-20635-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》。

1、HG20592-20614（欧洲体系）

HG管法兰（欧洲体系）的公称压力等级按DIN标准，公称压力围：

0.25，0.6，

1.0，1.6，2.5，4.0，6.3，10.0，16.0，25.0MPa等10个压力等级。

公称直径围：

10~2000mm。

法兰型式有板式平焊、带颈平焊、带颈对焊、整体、承插焊、螺纹、对焊环松

套、平焊环松套、法兰盖、衬里法兰等10种。

密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面、环连接面、全平面等5种。

（1）板式平焊法兰：

由于取材方便，是化工部门过去广泛使用的管法兰型式。

由于板式平焊法兰的刚性较差，在螺栓力作用下，法兰变形引起密封面的转角而导致接头泄漏。

原HGJ45板式平焊法兰时，将其压力等级限制在PN≤1.0MPa，并规定不得用于有毒、易燃易爆和较高真空度要求的化工工艺配管系统。

但在实际使用中碰到了一些问题，许多设计、制造、使用部门建议放宽板式平焊法兰的应用围。

在HG20592中参照ISO7005—1，根据国的使用情况对板式平焊法兰的压力等级围进行了调整，从PN≤1.0MPa提高至PN≤2.5MPa，且建议不使用在易燃易爆和高度、极度危害的场合。

其密封面型式仅有突面和全平面两种。

（2）带颈平焊法兰和承插焊法兰

参照ISO7005-1的规定，结合几年来的实际使用经验．对带颈平

焊法兰的公称压力围进行了调整．由PN≤10.0MPa调整为PN≤4.0MPa。

承插焊法兰的公称压力仍为PN≤10.0MPa。

承插焊法兰虽然仅采用单面填角焊．但由于仅用于DN50以下的小口径管

道上，经核算其焊缝的承载能力还是足够的。

由于带颈平焊法兰或承插焊法兰的结构，尤其是焊接结构的特征，国外对其使

用亦有限制，现摘录供选用时参考；

A在剧烈循环条件下操作的法兰应使用带颈对焊法兰（ANSIB31.3308.2.4）。

B带颈平焊法兰或承插焊法兰不应使用于有频繁的大幅度温度循环的配管系统（ANSIB31.3308.2.1）。

C承插焊法兰不应使用于具有缝隙腐蚀或强腐蚀性介质（ANSIB31.3308.2.1）。

上述“剧烈循环”指的是管道的位移应力即σE≥0.8倍的位移许用应力[σ］A，

或者当量循环数N≥7000的场合。

上述定义可详见美国ANSIB31.3或HGJ8—87《化工管道设计规》。

由于金属环垫的压紧应力高,而承插焊法兰的承载能力又差于带颈对焊法兰，为

此承插焊法兰未设置环连接面。

带颈平焊法兰的密封面型式有全平面、突面、凹凸面和榫槽面四种，承插焊法兰的密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面三种。

（3）整体法兰

整体法兰广泛地应用于阀门、泵的设计。

整体法兰的适用压力围和公称直径

参照ISO7005-1和DIN法兰标准定为PN0．6~25MPa和DN10~2000。

整体法兰的密封面型式有全平面、突面、凹凸面、榫槽面和环连接面等五种。

（4）带颈对焊法兰

带颈对焊法兰是承载能力最好的法兰型式。

也是化工工程设计中广泛使用

的法兰型式。

对焊法兰的压力围从1.0MPa~25MPa;

法兰公称直径围参照ISO7005-1进行调整．PNl.0、1.6MPa由DN600扩大至DN2000，PN2.5MPa由DN600扩大至DN1000。

带颈对焊法兰密封面型式有全平面、突面、凹凸面、榫槽面和环连接面等五种。

（5）螺纹法兰

螺纹法兰是工程建设中广泛使用的—种法兰结构型式，具有现场安装方便，不

需焊接的优点。

螺纹法兰仅适用于英制管系列。

螺纹法兰采用的螺纹型式有GB7306规定的55°

圆锥螺纹Rc、55°

圆柱螺纹Rp及按GB／T12716规定的60°

圆锥管螺纹NPT等三种。

螺纹法兰的公称压力围和公称直径围为PN0.6~4.0MPa，DN10~150mm。

螺纹法兰密封面型式有全平面、突面等二种。

考虑到螺纹法兰的结构特性，因此不宜用于易燃、易爆和高度以及极度危害的

场合。

（6）对焊环松套法兰和平焊环松套法兰

对焊环松套法兰和平焊环松套法兰主要用于具有腐蚀性介质的管道系统。

法兰

和对焊环、平焊环可以采用不同的材料，所以能节省不诱钢的用量、降低法兰成本，提高使用性能。

标准规定对焊环松套法兰的法兰型式均采用板式法兰，其公称压力适用围为

PN0.6~4.0MPa，公称通径为DN10~600mm。

对焊环松套法兰的密封面型式仅有突面一种。

平焊环松套法兰的制作较为简单，尤其适合设备制造厂单件生产，避免单件、

小批采购困难的优点。

平焊环松套法兰的密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面等多种密封面型式。

（7）法兰盖

法兰盖主要用于管道端部作封头用。

为了与法兰匹配，基本上做到一种法兰就

配一个法兰盖，由此确定法兰盖的压力等级和密封面型式、公称通径。

但PN1.0、~1.6MPa公称通径为DN10~1200，PN2.5为DN10~600mm，比法兰的通径围略小。

法兰盖的密封面型式：

全平面、突面、凹凸面、榫槽面和环连接面等五种。

（8）不锈钢衬里法兰盖

不锈钢衬里法兰盖系根据德国DIN，并参考日、美等国公司标准而制定的。

衬里法兰盖的密封面型式：

突面、凸面、榫面等三种。

（9）法兰的压力-温度表

法兰的压力一温度表，是指法兰在不同工作温度下所能承受的最大无冲击工作

压力，是法兰选用的重要参数，尤其是对高温下使用的法兰。

（10）管法兰配套垫片标准

管法兰连接的主要失效形式是泄漏。

泄漏与密封结构型式、被连接件的刚性、

密封件的性能、操作和安装等许多因素有关。

垫片作为法兰连接的主要元件，对密封起着重要作用。

近年来国外工业发达国家出于石棉危害人体健康，相继对石棉制品加以禁止或

限制使用。

随着引进装置的增多，出于与国际接轨的要求，我国对石棉制品使用的限制也越来越多。

为此在本标准中，保留了石棉橡胶板和耐油石棉橡胶板以外，引入了橡胶垫片、合成纤维橡胶垫片和改性或填充聚四氟乙烯板垫片等无石棉垫片品种。

聚四氟乙烯（PTFE）是含氟塑料中的最重要的—种产品。

聚四氟乙烯具有许多优

越的性能，如极好的化学稳定性、良好的热性能（-200—+260℃）、电绝缘性、表面不粘性、自润滑性和耐大气老化性等，目前常用的聚四氟乙烯垫片的牌号为G-3510。

2、HG20615~20635-97（美洲体系）

HG20615~20635-97钢制管法兰美州体系部分是以美国ANSIB16.5、ANSIB16．47（大直径法兰B系列）为法兰部分的编制依据．垫片部分以ANSIB16.20和ISO7483-91为编制依据，紧固件以ISO7005-1及SH3404为M制紧固件的编制依据。

ISO7483-91即为ISO7005-1中的PN2.0-42.0MPa法兰配套的垫片标准。

HG美州体系法兰采用了ANSIB16．5全部法兰型式，包括平焊（SO）、对焊

（WN）、螺纹（Th）、承插（SW）、松套（LF但不包括对焊环）、法兰盖（BL）、整体（IF，法兰管件）。

但在比力等级及公称直径围作了调整。

（1）密封面型式:

a．选用了突面、环连接面、全平面、大凹凸面及大榫槽面。

b删除了小凹凸面及小榫槽面（工程设计的管法兰从不采用）。

c对焊环（松套法兰）仅保留突面，删除了环连接面（于国尚不能制造该种环

连接面对焊环，且工程中使用极少，尚