壓力容器快開(kāi)式法蘭設(shè)計(jì)探討

隨著我國(guó)石油化工行業(yè)的發(fā)展，石油化工產(chǎn)品及化工裝置的多樣化，我們?cè)谌粘ＴO(shè)計(jì)工作中，有時(shí)會(huì)碰到一些有特殊要求及結(jié)構(gòu)形式的設(shè)備，橡膠硫化罐就是這樣一種需要經(jīng)常較快地開(kāi)啟的壓力容器，故在結(jié)構(gòu)上常采用牙齒咬合緊固結(jié)構(gòu)形式的快開(kāi)式法蘭。這種結(jié)構(gòu)是靠法蘭齒相互咬合使缸蓋與簡(jiǎn)體連接，在操作工況下，由于咬合緊固的牙齒之間有較大的接觸應(yīng)力，因此需要法蘭尺寸較大，以保證其結(jié)構(gòu)有足夠的剛度和強(qiáng)度，但是，如果法蘭尺寸過(guò)大，不僅耗費(fèi)鋼材，增加成本，還會(huì)導(dǎo)致相反的結(jié)果。因?yàn)楣摅w受內(nèi)壓時(shí)，法蘭將向內(nèi)扣緊，使端蓋和簡(jiǎn)體變形協(xié)調(diào)，如果法蘭過(guò)剛，而和其連接的端蓋和簡(jiǎn)體相應(yīng)部分較柔軟，變形時(shí)，勢(shì)必在這些部位產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)角，造成形狀突變而產(chǎn)生較大的應(yīng)力，因此，設(shè)計(jì)時(shí)，合理地確定各參數(shù)的尺寸和準(zhǔn)確的計(jì)算，對(duì)保證設(shè)備安全可靠，降低設(shè)備成本是極為重要的。下面結(jié)合廣東省石油化工設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的橡膠硫化罐，對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。
1  快開(kāi)法蘭設(shè)計(jì)
1.1受力分析

    圖1  硫化罐法蘭剖面圖

    圖2簡(jiǎn)體法蘭受內(nèi)壓時(shí)受力簡(jiǎn)圖

    圖3端蓋法蘭受內(nèi)壓時(shí)受力簡(jiǎn)圖
    圖1所示為內(nèi)徑為1500mm的硫化罐法蘭剖面圖，該配對(duì)法蘭分別連接硫化罐的橢圓形端蓋和圓柱形簡(jiǎn)體，法蘭材料選用20號(hào)鍛鋼，設(shè)計(jì)內(nèi)壓為0.8MPa，設(shè)計(jì)溫度為175℃，圖2和圖3分別為簡(jiǎn)體法蘭和端蓋法蘭受內(nèi)壓時(shí)的受力簡(jiǎn)圖。
    圖中：PC為設(shè)計(jì)壓力；
    F為內(nèi)壓引起的總軸向力；
    M為截面處彎矩；
    Fa為預(yù)緊狀態(tài)下的密封軸向力。
    FN，F(xiàn)X分別為接觸力的軸向和徑向分力。從上面分析可以看出：簡(jiǎn)體法蘭的a-a環(huán)向截面受彎曲應(yīng)力和拉應(yīng)力的作用，b-b環(huán)向截面受彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，必須對(duì)a-a和b-b環(huán)向截面分別進(jìn)行應(yīng)力校核。端蓋法蘭的c-c環(huán)向截面受彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用，d-d環(huán)向截面受彎曲應(yīng)力和拉應(yīng)力的作用，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，必須對(duì)c-c和d-d環(huán)向截面分別進(jìn)行應(yīng)力校核。
1.2設(shè)計(jì)計(jì)算

    圖4端蓋法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸

    圖5  簡(jiǎn)體法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸
    設(shè)計(jì)時(shí)，先確定端蓋法蘭和簡(jiǎn)體法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，然后分別對(duì)作用于簡(jiǎn)體法蘭a-a環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力和b-b環(huán)向截面的當(dāng)量應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。由校核結(jié)果，調(diào)整其不合理的結(jié)構(gòu)尺寸，然后再計(jì)算，直至各部分應(yīng)力水平和相互尺寸都比較合理為止。
2結(jié)束語(yǔ)
    由以上計(jì)算結(jié)果知道，法蘭各截面所受到的當(dāng)量應(yīng)力與許用應(yīng)力已經(jīng)比較接近，故本設(shè)計(jì)各結(jié)構(gòu)尺寸是合理的。