法兰与锥形封头直连的应力分析

收稿日期：２０１８-１０-１１。作者简介：于桂昌，男，２０１１年毕业于浙江大学化工过程机械专业，工学硕士，长期从事石油化工装置压力容器的设计工作，工程师。

Ｅｍａｉｌ：y uguichang ＠sei ．c om ．c n 。法兰与锥形封头直连的应力分析

于桂昌

（中国石化工程建设有限公司，北京１００１０１）

摘 要：文章对带颈对焊法兰与锥形封头直连结构进行了有限元分析，研究了各个参数对直连结构内应力分布的影响，并与带颈对焊法兰和锥形封头之间加筒节的结构进行了对比，结果表明，半锥顶角、过渡段转角半径对直连结构内的应力有较大的影响。同时还考察了直连结构法兰密封面的密封性，为带颈对焊法兰与锥形封头直连结构设计提供有效参考。

关键词：法兰 锥形封头 直连 结构设计 有限元 应力分析

ｄｏｉ：１０．３９６９／j ．i ssn ．１００６－８８０５．２０１８．０６．００２

法兰、圆筒与锥形封头组合形式作为一种合

理的过渡形式在压力容器中得到广泛应用【１】。此结构圆筒与锥形封头连接处由于几何结构的不连

续及曲率半径的突变，在内压或外压作用下所产

生的筒体轴向薄膜应力和锥壳经向薄膜应力方向

和大小不同，导致其自由位移和转角不同，连接处

会产生比薄膜应力高数倍的边缘应力，极易引起

压力容器的破坏事故。当此局部应力成为锥壳厚

度的控制因素时，需要对锥壳端部进行加强处理，

此时，要求圆筒加强段有一定的长度从而使应力

得到衰减，其作用不容忽视【２-３】。而在某些石油化

工装置的工艺流程中，要求介质以最短的时间从

设备排出，这就需要介质所流经的长度尽量短，为

适应此工艺要求，出现了法兰与锥壳直连的结构，

比如某装置中的产品吹出罐（见图１）。由于法兰

端部的轴向应力相比圆筒的轴向应力要大得多，

此直连处产生的局部应力更大，更容易引起压力

容器的破坏事故。为此本文针对带颈对焊法兰与

锥形封头直连结构，利用有限元法对其应力分布

规律进行分析【４】，以期对此结构的受力有一定的直观认识，并为该结构的工程设计提供理论指导。

另外，法兰的泄漏是石油化工装置中的常见

问题，法兰密封的好坏直接关系到设备是否能够

长周期安全运转，一旦法兰密封面泄漏失效，不仅

造成浪费、污染环境，严重时还可能造成人员伤亡

及财产损失，所以有必要对上述结构的密封性进

行考察。

由于此直连结构大部分是法兰与锥形封头大端直接连接，所以本文只对锥形封头大端进行分

析。

图１ 产品吹出罐１ 影响应力水平的因素１．１ 影响锥形封头应力水平的几何参数对于带折边锥形封头来讲，影响锥形封头应静设备 石油化工设备技术，２０１８，３９（６）·５·Petro -Chemical Equipment Technology

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