PDF《法兰接头安装技术规定》

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布 实施 法兰接头安装技术规定 Technical specification for flange joint installation (征求意见稿) 中华人民共和国国家标准ICS 23.

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74 GB/T 发布 目次前言 I

1 范围

1 2 规范性引用文件

1 3 符号和定义

1 4 法兰接头螺栓安装载荷的确定

2 4.1 一般要求

2 4.2 设计条件下法兰接头的强度和刚度评估

3 4.3 安装条件下法兰接头的强度和刚度评估及螺栓安装载荷的确定 …………………

3 4.4 操作条件下法兰接头的密封性能评估

3 4.5 螺栓安装载荷

4 5 法兰、垫片及紧固件选用的附加要求

4 5.1 一般规定

4 5.2 紧固件

5 5.3 垫片

6 5.4 法兰

7 6 安装

8 6.1 一般规定

8 6.2 安装准备

8 6.3 装配

11 6.4 上紧方法和工具

12 6.5 上紧顺序

13 7 检查、试验和标示

15 8 记录

15 附录 A(资料性附录) :标准管法兰接头最大螺栓安装载荷

16 附录 B(资料性附录) :法兰安装应力计算

35 附录 C(资料性附录) :法兰密封面的表面粗糙度推荐值

36 附录 D(资料性附录) :法兰接头安装检查记录示例

37 前言本标准按照 GB/T1.1-2009《标准化工作导则 第1部分:标准的结构和编写》给出的规 则起草. 本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会压力管道分技术委员会(SAC/TC262/SC3) 提出. 本标准由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SAC/TC262)归口. 本标准起草单位: 本标准主要起草人: 本标准为首次发布.

1 1 范围 1.1 本标准采用最大螺栓安装载荷控制技术,提高法兰连接密封的可靠性,控制法兰连接泄 漏的风险. 1.2 本标准规定了螺栓连接的带垫片圆形法兰接头安装时螺栓安装载荷的确定、法兰-垫片- 紧固件选用的附加要求、安装准备、装配、螺栓上紧、检查、记录及标记等技术要求. 1.3 本标准适用于下列具有泄漏控制要求的压力设备法兰接头(注) : a) 相应安全和环保法规有规定者,如TSG D

001、GB 31570-

2015、GB 31571-2015 等;

b) 相应产品标准或工程规范有规定者,如GB/T

20801 等;

c) 用户或设计有要求者. 注:本标准所指 压力设备 包括锅炉、压力容器、压力管道、机泵、阀门、移动式压力容器(气瓶、槽车等) .

2 规范性引用文件 下列文件对于本标准的应用是必不可少的.凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适 用于本标准.凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准. TSG D001《压力管道安全技术监察规程 - 工业管道》 GB 31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》 GB 31571-2015《石油化学工业污染物排放标准》 GB/T 150《压力容器》 GB/T 17186.1-2015《管法兰连接计算方法 第1部分:基于强度和刚度的计算方法》 GB/T 20801《压力管道规范 工业管道》 HG/T 20592~20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》 EN 13555-2014《法兰及其接头 与圆形法兰接头设计相关的垫片参数及其试验方法》 WRC Bulletin 538-2014 《法兰接头螺栓安装载荷的确定》

3 符号和定义 下列符号及定义适用于本标准. Aa――垫片接触面积,即垫片与法兰密封面发生直接接触的表面积(八角垫按垫片的投 影面积计) ,mm

2 ;

Ab――螺纹根径处或无螺纹部分最小直径处的螺栓截面积,取小者,mm

2 ;

Am――法兰接头螺栓总截面积,Am=n?Ab,mm

2 ;

AG――垫片密封面积,即基于垫片有效密封宽度计算的垫片接触面积,AG=Π?G?2b,mm

2 ;

b――垫片有效密封宽度(按GB/T 150.3 或GB/T 17186.1 确定) ,mm;

2 C――螺栓中心圆直径,mm;

D――垫片接触面外径,mm;

d――螺栓公称直径,mm;

FE――操作条件下,法兰接头除内压外附加载荷产生的当量力,FE=FZ+[4MZ/G],N;

FP――操作条件下,法兰接头由内压引起的端部静压力,FP=0.785G

2 ?P,N;

FZ――操作条件下,法兰接头除内压外承受的附加轴向拉力,N;

G――垫片压紧力作用位置处的直径,G= D-2b,mm;

hG――螺栓中心圆至垫片压紧力作用位置的径向距离,hG =(C-G)/2,mm;

K――扭矩系数;

L0.1――密封等级(按EN

13555 确定) ,对应的泄漏率为 0.1mg/s?m(以垫片密封面中径 的周长计) ;

MA――安装条件下,由螺栓安装载荷产生的法兰力矩,MA = WA?hG,N?mm;

MZ――操作条件下,法兰接头除内压外承受的附加轴向力矩,N?mm;

m――垫片密封参数,无因数;

n――法兰接头的螺栓个数;

PQR――操作温度下,垫片的蠕变松弛系数(按EN13555 确定) ;

P――工作压力,MPa;

QA――安装条件下,垫片接触表面的平均压应力,QA = WA/Aa,MPa;

Qmax――垫片的最大压溃应力(按EN

13555 确定) ,MPa;

Qsmin(L0.1)――操作条件下,泄漏率不大于 L0.1 的所需垫片最小密封应力,MPa;

QS――操作条件下,减除内压力及附加载荷后,垫片密封表面的平均密封应力,MPa;

RJ――操作条件下,螺栓载荷松弛系数,即螺栓剩余载荷与螺栓安装载荷之比;

SB――螺栓安装应力,MPa;

SBmax――最大螺栓安装应力,MPa;

SBmin――最小螺栓安装应力,MPa;

SBT――螺栓安装目标应力,MPa;

T――螺栓安装扭矩,T = KW0d /1000 ,N-m;

WA――安装条件下,法兰接头螺栓安装载荷总和,WA=SB?Am,N;

W0――安装条件下,法兰接头单个螺栓安装载荷,W0 =SB?Ab,N.

4 法兰接头螺栓安装载荷的确定 4.1 一般要求 除应符合 4.2 设计条件下的强度和刚度评估外,法兰接头还应按 4.

3、4.4 的规定进行

3 安装条件下的强度和刚度评估以及操作条件下的密封性能评估,并据此确定螺栓安装载荷. 4.2 设计条件下法兰接头的强度和刚度评估 4.2.1 标准管法兰接头(法兰-垫片-紧固件)的承压强度评估应符合相应标准规定的压力- 温度额定值及其选配规定.标准管法兰接头承受除内压外的附加力和附加力矩时,其承压强 度和刚度评估应符合 GB/T 20801.3 的相应规定. 4.2.2 非标法兰接头的承压强度和刚度评估应符合 GB/T 17186.1 或GB/T 150.3 的相应规定. 4.3 安装条件下法兰接头的强度和刚度评估及螺栓安装载荷的确定 4.3.1 螺栓 4.3.1.1 安装条件下,螺栓安装应力 SB 应不超过 70%的螺栓材料屈服强度(安装温度) .当计 及由于上紧方法或工具而产生的安装载荷偏差时,实际的螺栓安装应力应不超过 90%的螺栓 材料屈服强度(安装温度下) . 4.3.1.2 高强度螺栓安装目标应力 SBT 为350MPa,中强度螺栓安装目标应力 SBT 为280MPa.必 要时,中强度螺栓安装目标应力可取 350MPa,但应采取措施控制安装和使用过程中螺栓不发 生屈服. 4.3.2 垫片 4.3.2.1 安装条件下,螺栓安装载荷总和(WA)等于垫片接触表面(Aa)的压缩载荷.垫片接 触表面的压应力(QA)应不大于垫片最大压溃应力(Qmax),如下式所示: QA = WA/Aa ≤Qmax (1) 4.3.2.2 非金属平垫片的最大压溃应力 Qmax 应符合下列规定: a)垫片厚度≤1.6 mm 时,Qmax≥150 MP;

b)垫片厚度>

1.6~3.2 mm 时,Qmax≥100 MPa. 4.3.3 法兰 4.3.3.1 安装条件下,法兰不应产生影响密封的变形,并按 4.3.3.

2、4.3.3.

3、4.3.3.4 的 规定进行综合评估. 4.3.3.2 安装条件下,由螺栓安装力矩 MA 产生的法兰偏转应符合下列规定: a)法兰公称尺寸≤DN600 时,不大于 0.5?~0.6?;

b)法兰公称尺寸>

DN600 时,不大于 0.8?~1.0?. 4.3.3.3 安装条件下,法兰偏转角的估算方法按 GB/T 17186.1-2015 第12 章的相应规定. 4.3.3.4 法兰安装应力的评估按 WRC

538 的相应规定,见附录 B. 4.4 操作条件下法兰接头的密封性能评估 4.4.1 安装条件下,螺栓安装载荷是法兰接头具备承压-密封能力的基础.随着操作温度的提 高及时间的延续,螺栓安装载荷由于螺栓材料的应力松弛、垫片蠕变及法兰密封面偏转等综 合作用,将导致螺栓安装载荷的松弛衰减.为此,本标准设定在螺栓及垫片的最高工作温度

4 下,螺栓安装载荷的松弛系数 RJ 应大于或者等于 0.7. 4.4.2 操作条件下,法兰接头承受的内压及附加载荷(FP+FE)将导致垫片密封应力进一步降 低.操作条件下垫片密封应力 QS 如下式所示: QS = [WA?RJ - (FP+FE)]/AG (2) 4.4.3 本标准设定泄漏率不大于L0.1的垫片密封应力QSmin(L0.1)应不小于m?P, 且不小于10 MPa. 4.4.4 满足泄漏率不大于 L0.1 的非金属平垫片(非石棉纤维橡胶垫片、膨体聚四氟乙烯垫片、 增强石墨复合垫片) 、金属缠绕垫、具有覆盖层的齿形垫、八角垫的 m 值一般不小于 7. 注:Class900~Class2500 的半金属垫片(金属缠绕垫、具有覆盖层的齿形垫)的m值可降低为 6~4,详 见附录 A. 4.4.5 操作条件下,满足泄漏率不大于 L0.1 的法兰接头最小螺栓安装应力 SBmin 如下式所示: SBmin = [QSmin(L0.1) ?AG+(FP+FE)]/ (Am ?RJ) (3) SBmin = [m?P ?AG+(FP+FE) ]/ (Am ?RJ) (4) 4.5 螺栓安装载荷 4.5.1 最大螺栓安装载荷的确定如下: a)根据法兰接头选配的螺栓材料,按4.3.1.2 设定螺栓安装目标应力. b)根据上述 a)设定的螺栓安装目标应力,按4.3.

2、4.3.3 的规定对垫片、法兰的强 度或刚度进行安全评估. c)当校核合格时,则取此螺栓安装目标应力为最大螺栓安装应力 SBmax.当校核不合格 时,应相应降低螺栓安装目标应力的设定值,直至校核合格为止,并取降低的螺栓安装目标 应力为此法兰接头的最大螺栓安装应力. 最大螺栓安装载荷 (Wo) 等于最大螺栓安装应力 (SBmax) 与螺栓根径截面积(Ab)的乘积. d) 最大螺栓安装应力 SBmax 应不小于按 4.4.5 式(3)或式(4) 确定的最小螺栓安装应 力SBmin. 4.5.2 标准管法兰接头的最大螺栓安装应力按本标准附录 A 表A-1~表A-12 所示. 4.5.3 采用不同的上紧工具和上紧方法,实际的螺栓安装载荷有一定的偏差.因此,安装单 位在编写安装程序文件时应充分考虑这些因素的影响,并控制螺栓安装应力满足 4.3.1.1 的 要求. 4.5.4 当用户或设计有其他泄漏控制要求或可靠的性能参数(如Qmax、QSmin 、RJ 等)时,可按 本标准第

4 章的原则确定相应的螺栓安装载荷,但应在设计文件和安装程序文件中注明.

5 法兰、垫片及紧固件选用的附加要求 5.1 一般规定 采用最大螺栓安装载荷控制技术有利于提高法兰接头的承载能力,增加法兰接头的抗松

5 弛裕量,并降低法兰接头的泄漏率.但同时应按 5.2~5.4 的规定提出法兰、垫片、紧固件 选用的附加要求. 5.2 紧固件 5.2.1 除标准管法兰接头用紧固件的选用应符合 HG/T 20592~20635 的相应规定外,采用最 大螺栓安装载荷控制技术装配的法兰接头, 应按 4.3.1 的规定尽可能选用高强度螺栓 (螺柱) . 除铸铁、非金属法兰或橡胶垫外,禁止使用低强度螺栓(螺柱) . 5.2.2 紧固件宜选用全螺纹螺柱及重型螺母.必要时可设置整体硬化的硬垫圈或碟簧,以提 高法兰接头的柔度,防止螺栓安装载荷的松弛而引起泄漏.采用硬垫圈、碟簧或使用拉伸螺 栓上紧方法时,应相应增加螺栓长度.使用拉伸螺栓上紧方法时,还应考虑有足够的安装空 间. 5.2.3 螺栓材料的最高工作温度应符合表

1 的规定. 表1螺栓材料的使用温度上限 类别材料(GB/T20801.2) 牌号规格屈服强度/MPa 最高工作温度/℃ 高强度 碳钢 8.8 ≤M16 >

M16

640 660 ≤250 铬钼合金钢 35CrMo ≤M22 >

M22~≤M80 >

M80

735 685

590 ≤300 42CrMo (B7) ≤M64 >

M64

720 795 A320 L7 ≤M64

725 铬钼钒合金耐热 钢25Cr2MoV ≤M48 >

M48

735 685 ≤400 中强度 奥氏体不锈钢 (应 变硬化) A2-

70、A4-70 ≤M24

450 ≤400 A193 B8-2 ≤M20 >

M20~≤M24 >

M24~≤M30 >

M30~≤M36

690 550

450 345 ≤500 A193 B8M-2 ≤M20 >

M20~≤M24 >

M24~≤M30 >

M30~≤M36

665 550

450 345 奥氏体沉淀硬化 06Cr15Ni25Ti2MoAlVB ≤M70

585 ≤600

6 不锈钢 (A453 660) 铬钼合金钢 A193 B7M ≤M100

550 ≤300 A320 L7M ≤M64 注:工作温度超过 600℃的螺栓应采用镍基耐热合金,如X

750、X718 等. 5.3 垫片 5.3.1 除标准管法兰接头的垫片选用应符合 HG/T 20592~20635 的相应规定外,采用最大螺 栓安装载荷控制技术装配的法兰接头,还应符合 5.3.2~5.3.5 的附加要求. 5.3.2 非金属平垫片或半金属垫片在最高工作温度下的应力松弛系数 PQR 应大于或等于 0.7 (注1) .垫片的最高工作温度应符合下列规定: a)非石棉纤维橡胶类非金属平垫片的工作温度应不大于 150℃. b)膨体聚四氟乙烯类垫片的工作温度应不大于 200℃(注2) . c)增强柔性石墨类非金属平垫片或半金属垫片的工作温度应不大于 400℃(注3) . d)蛭石类半金属垫片的工作温度应不大于 750℃(注4) . 注1:工作温度高于 400℃时,尚缺乏垫片高温蠕变及泄漏性能评估方法. 注2:由于聚四氟乙烯在室温下就有较大冷流倾向,填充(改性)聚四氟乙烯的蠕变倾向及波动较大, 不推荐用于控制泄漏的场合. 注3:工作温度大于 350℃的柔性石墨类垫片,其碳含量应≥98%. 注4:相对于非金属平垫片,半金属垫片(金属缠绕垫、具有覆盖层的金属齿形垫)具有较好的抗压 溃及抗松弛性能. 5.3.3 非金属平垫片的最大压溃应力应符合 4.3.2 的规定. 5.3.4 金属缠绕垫应符合 5.3.4.1~5.3.4.4 的附加要求: 5.3.4.1 金属缠绕垫应设置内外环.但Class150 及PN16 金属缠绕垫可免除内环. 5.3.4.2 名义厚度为 4.5mm 金属缠绕垫的外环厚度应不小于 3.0mm,最大厚度不大于 3.3mm. 5.3.4.3 名义厚度 4.5mm 的金属缠绕垫压缩至外环后的回弹量应不小于 0.2mm. 5.3.4.4 金属缠绕垫的缠绕密度应随压力等级的升高而递增.Class150 金属缠绕垫为低密度 型,Class300 和Class600 ................