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標準長頸法蘭的選用與非標準長頸法蘭的計算
滄州AG视讯管件    2017-11-17 22:28:47    文字:【】【】【
摘要: 法蘭接頭(由一對法蘭和墊片及緊固件等元 件所組成的裝配件)是壓力容器設計中最常用的 可拆式連接結構,法蘭標準的選用與結構尺寸的 確定是容器設計的重要環節。法蘭接頭的選用應 根據設計條件(設計壓力、溫度)、介質特性及密封 要求等因素並綜合法蘭、墊片及緊固件的匹配進 行考慮。

   法蘭接頭(由一對法蘭和墊片及緊固件等元 件所組成的裝配件)是壓力容器設計中最常用的 可拆式連接結構,法蘭標準的選用與結構尺寸的 確定是容器設計的重要環節。法蘭接頭的選用應 根據設計條件(設計壓力、溫度)、介質特性及密封 要求等因素並綜合法蘭、墊片及緊固件的匹配進 行考慮。鑒於長(帶)頸對焊法蘭與圓筒(接管) 用對接接頭焊接,剛性好強度高,故此適用於壓 力、溫度較高及直徑較大的場合和密封要求嚴格 的高毒(毒性為極度和高度危害)、易爆介質及劇 烈循環工況。標準長頸對焊容器法蘭(簡稱長頸 法蘭)按JB/T 4700〜4707選用確定結構尺寸,標 準帶頸對焊管法蘭(簡稱帶頸法蘭)則按HG/T 20592〜20635選用,而非標準長(帶)頸法蘭可參 照標準法蘭的結構尺寸按GB 150進行校核設計。

1長頸法蘭的選用

長頸對焊容器法蘭宜優先采用JB/T 4703, 選用標準法蘭可免除GB 150的相關計算[2]。長 頸法蘭適用於公稱壓力為〇. 6〜6. 4 MPa,工作溫 度一70〜450 °C,腐蝕裕量<3 mm。適用材料為 16Mn、2〇MnMo、15CrMo等7種鍛件,匹配墊片 為非金屬軟墊、纏繞墊、金屬包等3種類型,匹配 螺柱為 40MnB、35CrMoA、25Cr2MoVA 等 6 材料。

選擇標準法蘭應先根據設計條件選定法蘭、 墊片和螺柱的材料,並符合JB/T 4700中表2 匹配要求,再按JB/T 4700中表7查得設計溫度 下對應法蘭材料的最大允許工作壓力>計算壓 力,以此確定法蘭的公稱壓力及結構尺寸。

案例1:一台a型連接方式(管板通過墊片螺

栓夾持在殼體法蘭與管箱法蘭間)BIU1200 U形管式換熱器,設計條件見表1。

1

設計條件

 

1 參數

殼程

管程 |

設計壓力/MPa

1.38

1.53

設計溫度廠 c

253

212

腐蝕裕量/mm

3

3

 

 

選殼體法蘭與管箱法蘭材料為16MnII,按 JB/T 4700中表2選配管箱墊片為JB/T 4709中 纏繞墊G53 —1200 —2. 5 —4,管箱側墊片為JB/T 4709中纏繞墊C53 — 1200 — 2. 5,相應螺柱材料 為 JB/T 4707 中 40MnB,螺母為 SH3404( II ) 35。查JB/T 4700中表7得設計溫度下對應法蘭 材料的最大允許工作壓力知,當PN= 1. 6MPa 時,也能滿足要求,但考慮a型連接方式夾持狀態 螺柱的受力情況及法蘭剛度,選用PN2. 5級為 宜,螺柱規格由PN1. 6級的40—M24 —PN2. 5 級的48 — M27,這對管板計算厚度也無影響。此 時,相應的法蘭計算壓力<〇. 8倍法蘭最大允許 工作壓力,長頸法蘭與圓筒焊接的對接接頭無須 要求按JB/T 4730進行100%射線檢測D級合格 100%超聲檢測I級合格。殼體的圓筒厚度 (開孔補強采用補強圈)取為JB/T 4703中規定的 對接筒體最小厚度14 mm(滿足GB 151的要求 的Q345R鋼板,管箱圓筒厚度考慮整體補強取為

26 mm的Q345R鋼板(長頸法蘭的小端厚度取 為管箱圓筒厚度即由標準的22 mm—26 mm, 去圓筒的1:3斜度削邊加工)。

此U形管式換熱器的殼體法蘭與管箱法蘭 選為“法蘭一FM 1200 —2. 5 JB/T 4703”(注明管 箱法蘭的小端厚度& =26 mm)。

要注意的是,長頸法蘭的選擇應使所選的法 蘭、墊片和螺柱材料的匹配符合JB/T 4700中表2 的規定,法蘭的腐蝕裕量應<3 mm,否則應對所 “標準法蘭”的結構尺寸按GB 150計算校核。

容器與長頸法蘭對接的圓筒厚度應大於等於 JB/T 4703中規定的對接筒體最小厚度5。,且筒

節長度當對接圓筒厚度<而時,應按 JB/T 4703中表3要求增加法蘭高度。

當法蘭的計算壓力>〇. 8倍法蘭最大允許工 作壓力時,長頸法蘭與圓筒焊接的對接接頭須按 JB/T 4730進行100%射線檢測n級合格或 100%超聲檢測I級合格。

2帶頸管法蘭的選用

帶頸對焊管法蘭宜優先采用HG/T 20592 或HG/T 20615。帶頸法蘭適用於公稱壓力為 PN1. 0〜16 MPa或Classl502500,工作溫度取 決於法蘭接頭的配合。腐蝕裕量標準中未作注 明。適用材料為 20、16Mn15CrMo304、304L 15種鍛件,匹配墊片為非金屬墊8種)、半金 屬墊(纏繞、金屬包等3種)和金屬環墊三種類型, 匹配全螺紋專用螺柱為35CrMoA25Cr2MoVA 304和316等9種材料。

選擇標準法蘭應先根據設計條件選定法蘭、 墊片和螺柱的材料,並符合HG/T 20614或HG/ T 20635中的匹配要求,再按HG/T 20592中表 7. 0. 1 — 3〜9 HG/T 20615 中表 7. 0. 1 — 1〜14 查得設計溫度下對應法蘭材料的最大允許工作壓 >計算壓力,以此確定法蘭的公稱壓力及結構 尺寸。值得注意的是,當PN<1. 6 MPa采用半 金屬墊或金屬環墊的法蘭接頭時,也應采用帶頸 對焊法蘭。而當PN彡4.0 MPa或高溫工況時, 則應采用專用級全螺紋螺柱和n型螺母。

PN係列HG/T 20592標準給出了所有PN 下相應DN的法蘭頸部焊端最小厚度,並且明確 了法蘭頸部的結構尺寸,方便製造廠拆圖加工。

Class係列HG/T 20615標準隻給出 Classl50、300下DN<300的法蘭內徑(即法蘭頸 部焊端最小厚度,相當於鋼管壁厚為Sch40), Class下的DN法蘭頸部焊端厚度待設計者確 定(一般>鋼管名義厚度,用戶應在訂貨時注明), 並且法蘭頸部的結構尺寸也不確定(錐頸斜度應 <45°,且應具有斜度<7°的直邊段,直邊段長度 >7 mm。),很不方便製造廠拆圖加工。

所以,容器設計時應優先選用PN係列HG/T 20592管法蘭標準,一般取法蘭內徑=接管內徑, 而法蘭頸部焊端厚度=相應材料的接管壁厚。這 樣即使是堆焊法蘭采用標準法蘭標注,也能拆圖。

案例2:—台常壓塔,設計壓力0. 35 MPa, 計溫度380 C。管口法蘭選用堆焊法蘭 HG20592 WN DN-2. 5 RF S= (S, -1)+4/20 11+堆焊,相應接管為複合鋼管^\(31+3),拆 圖方案為:堆焊管法蘭WN DN — PN RF HG/ T20592的結構尺寸如圖1所示。具體說明如下:

 

1堆焊管法蘭結構示意

 

(1) 堆焊管法蘭采用HG/T 20592標準法蘭 內壁及密封麵堆焊,堆焊層厚度為4 mm。

(2) 法蘭高度H(厚度C)包括堆焊層4 mm (含乃=2 mm),實際上堆焊層僅占法蘭高度(厚 2mm,在H(C)的尺寸公差範圍內。這樣處 (H指至堆焊密封端麵),既可保證法蘭頸部尺 寸不變,又可與管口表中的外伸高度注明“指至法 蘭密封端麵”一致。

(3) 法蘭頸部焊端外徑A1=接管外徑一頸 部焊端厚度=堆焊層4 mm+基層厚度( = $—1)。

對於Class係列HG/T 20615管法蘭標準盡 量不采用,以免給製造拆圖帶來不必要的麻煩。 進口設備國產化翻版設計時不得不采用,拆圖時 注意取法蘭頸部焊端厚度=相應材料的接管壁 厚。故此,建議管法蘭標準修訂時,也應象容器法 蘭那樣給出腐蝕裕量=3 mm,並象PN係列 HG/T 20592標準那樣給出法蘭頸部焊端厚度及 頸部的結構尺寸。

3非標準長頸法蘭的計算

當擬選的法蘭接頭中法蘭、墊片和螺柱的材 料不符合法蘭標準匹配要求時,或腐蝕裕量大於 標準規定值(如容器法蘭以內徑為基準的堆焊層 厚度為

4 mm采用的標準法蘭結構)時,或設計溫 度下對應公稱壓力法蘭材料的最大允許工作壓力 小於並接近計算壓力時,或備台設備翻版設計中 的管法蘭連接尺寸不能互換為現行標準法蘭時, Class係列HG/T 20615標準未給出法蘭內徑 (即法蘭頸部焊端最小厚度)的,都需要對法蘭進 行計算校核,以確定非標法蘭的結構尺寸。

案例3:—台BES900浮頭式換熱器,殼程的 設計條件見表2,其中外頭蓋法蘭的尺寸見表3。

2殼程設計條件

項目 數據

設計壓力/MPa 2.18

設計溫度/•〇 400

腐蝕裕量/mm 4(堆焊層)

3外頭蓋法蘭尺寸

Ian

法蘭內直徑D, 1008

法蘭有效厚度106 頸部小端有效厚度5。 15

頸部大端有效厚度5! 32

頸部高度A 42

法蘭總高度H 185

螺栓中心圓直徑Db 1155

外頭蓋法蘭的材料為16Mnin+堆焊,結構 尺寸是參照JB/T 4703 —PN4. 0DN1000考慮堆 焊層4 mm後確定的。與法蘭匹配的墊片為JB/ T 4719中纏繞墊W33 —900 —4. 0,螺柱為JB/T 4707 中 M30 X 300/35CrMoA,螺母參照 HG20634 M30/30CrMoA。 SW6 計算校核 的法蘭應力結果[4]見表4。

表4

法蘭應力計算校核結果 MPa

畫項目

數據 1

軸向應力cth 137C156

徑向應力CT!

r 11.59C104

環向應力(T

r 56.69<104

組合應力

96. 84C104

 

 

雖然各項應力均小於許用值校核合格,但發 現法蘭頸部小端有效厚度取15 mm[與DN1000 X(16 + 3)複合鋼板圓筒對接]不盡合理。若將其 調整為原JB/T 4703中PN4. 0DN1000的結構尺 20 mm,法蘭有效厚度可調到與外頭蓋側法蘭 等厚90 mm,各項應力也都小於許用值校核合格 (略),不過,此時應考慮由法蘭頸部小端有效厚度 20 mm與圓筒厚度15 mm對接所需要的直邊段 長度滿足/=1[56]。修訂後的外頭蓋法蘭尺寸見 5。

表S修訂後外頭蓋法蘭尺寸

法蘭內直徑A 1008

法蘭有效厚度ft 90

頸部小端有效厚度辦 20

頸部大端有效厚度A 32

頸部高度A 42

法蘭總高度H 165

螺栓中心圓直徑Db 1155

可見,非標法蘭設計時,法蘭的結構尺寸可參 照相應標準確定,計算校核合格後,再考慮與圓筒 厚度對接所需要的直邊段長度滿足/=1,以確定 法蘭總高度。

值得注意的是,在確定法蘭頸部大端厚度和 圓角時,應考慮安裝相應螺母的可能性,這一 JB/T 4703標準已做了精確的考慮,若參照 JB/T 4703設計法蘭,一般頸部大端厚度不宜增加。

壓力容器建造是標準化過程。標準化為的是 減少重複性工作,創造效益的最大化。而標準則 是理論和經驗的結晶,更是標準化實施的細則,應 具體、可行並公益。容器法蘭標準可稱為壓力容 器零部件標準的典範,如材料匹配,適應腐蝕裕 量,直邊段長度修正,對與筒體的連接環縫的檢測 要求以及頸部的圓角i?都進行了仔細考慮。在 修訂時如能考慮擴展墊片的應用範圍如增加聚四 氟乙烯、齒形複合(柔性石墨)墊等,並增加壓力容 器法蘭專用螺母會更完美。管法蘭標準也應象容 器法蘭那樣,使標準趨於完善。


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