不同标准下法兰最大许用弯矩的对比研究

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1、静设备石P油化工设备技术，2012，33(6)·1·etro—ChemicalEquipmentTechnology不同标准下法兰最大许用弯矩的对比研究王斌斌(中国石化工程建设有限公司，北京100101)摘要：文章对当前工程中常用的NC3658．1(当量压力法)、NC3658．2、NC3658．3以及ASME法兰应力计算等方法进行了介绍，指出了不同方法存在分析结果的差异。计算了多种工况下各种校核方法在给定工况下的最大允许弯矩预测值随法兰公称直径和法兰等级的变化情况。结合计算结果，文章还对各种方法的相对保守程度和适用条件提出了建议。关键词：法兰当量压力承载能力强度分析1法兰连接

2、简介说，需承受较大外载荷的法兰，其预紧力的要求1．1法兰结构的特点及密封机制也会较大。法兰连接不仅是石油化工装置中常见的连接1．2当前工程中法兰选用方法的差异形式，也是现代工业中应用最普遍的连接形式。通过几个算例来分析目前工程中选用标准法石油化工行业的生产过程中，很多产品或原料都兰的几种方法：对环境或人体存在不同程度的危害；特别是高温算例一：DN200AlO5法兰，操作温度400℃，高压的油气管道，一旦泄漏将可能导致灾难性的操作压力为0．5MPa，力矩为7100N·m，轴向事故。因此，法兰连接系统在各种工况条件下力不计。是否能保证安全、长期的工作成为工程中的重要1)若直接根据

3、ASMEB16．5等级表1．1选问题。择法兰150CL(额定压力为0．65MPa)。法兰连接由一对法兰、一个垫片及若干螺栓2)采用当量压力法n-4进行计算：外载当量螺母组成，其垫片密封方式属于强制密封。法兰压力P。一1．5MPa，总体当量压力P。一2．0结构通过拧紧螺栓将垫片压紧，迫使垫片发生压MPa，可见150CL的法兰已经不能满足要求，而缩变形。当螺栓压紧力达到一定程度时，可使得300CL的法兰在400℃的额定压力为3．47法兰与垫片之间密封面上的凹凸不平处被垫片的MPa，因此选用300CL的法兰。变形所填充，从而阻止流体介质沿密封面的渗漏。3)采用ASME法兰应力计算法

4、计算DN200泄漏是法兰失效的主要形式，与密封结构、被连接150CL的法兰可得叫：件的刚度、密封件的性能、操作和安装等许多因素SH===166．1MPa~I．5Esf]；有关。考虑到法兰密封及其受力特点，法兰在外SR一67．3MPa<[Sf]；ST一71．3MPa<[Sf]；载荷的作用下发生形变后能否满足密封要求，需要考虑多方面的因素有法兰强度、法兰刚度和螺Sc一118．7MPa~[Sf]；栓预紧力等。法兰的强度要求就是在外载荷的作Sb一74．1MPa<[Sb]。其中[Sf]一101．3MPa，Isb]一152．5MPa。用下，其最大应力不能超过法兰材料的许用应力；可见150

5、CL法兰是满足法兰设计的强度要求。法兰刚度是指法兰的变形偏转角度应小于许用值，以免失效；而螺栓预紧力则是保证垫片表面压收稿日期：2012—08—08。力的重要因素。预紧力过小，垫片单位面积上受作者简介：王斌斌，男，2010年毕业于中国科学院力学研究到的压紧力较小，达不到预紧密封比压；预紧力所固体力学专业，理学博士，现从事压力管道应力分析工作，过大，会导致垫片屈服破坏、法兰永久变形、螺工程师。栓应力过大，最终造成法兰连接泄漏。一般来Email：wangbinbin@sei．com．cn石油化工设备技术算例二：DN600A105的法兰，操作温度=+(2)400。C，操作压力2．0

6、MPa，力矩为36kN·ITI，轴式中：P。一一法兰当量压力，MPa；向力不计。P一一介质工作压力，MPa；1)若直接根据ASMEB16．5等级表1．1选P。——由附加外载产生的当量压力，择法兰300CL(额定压力为3．47MPa)。MPa；2)采用当量压力法进行计算．夕载当量压力M一一操作工况时附加在法兰连接处的P。一2．26MPa，总体当量压力PF。一4．26MPa，力矩，N·mm；可见300CL的法兰已经不能满足要求，而600D——垫片压紧力作用中心圆直径，mm；CL的法兰在400。C的额定压力为6．94MPa，因F——附加在法兰连接处的轴向力，N。此选用600CL的法

7、兰。为安全考虑，当所受轴向力为拉力时计人公3)采用ASME法兰应力计算法计算600CL式；当所受轴向力为压缩力时，因对法兰连接的密法兰的应力：封有利，故不考虑。若所校核的法兰当量压力超SH一166．1MPa>1．5[Sf]；SR一67．3MPa<出法兰在当前工况下的许用应力则应选择更高压[Sf]；ST一71．3MPa[sf]；Sb一74．1MPa<实践证明很多情况下该方法具有相当的保守性，[S]。当量压力法是从对垫片的受力变形