压力管道设计中法兰校核方法探讨_张旭

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1、第8期-5-论文广场压力管道设计中法兰校核方法探讨张旭（福陆（中国）工程建设有限公司，上海201103）[摘要]分析了压力管道设计中选择法兰常用的工程方法，指出其方法的不足，通过分析和实例，提出了同时考虑法兰强度和预判法兰泄漏的工程方法。[关键词]法兰；当量压力；应力计算；剩余强度；泄漏预判在压力管道设计中，经常遇到需要对法兰进兰上，法兰和垫片的应力并不知道，即这个许用行强度和刚度校核的问题。法兰是少数需要同时压力的保守程度并没有量化反映。兼顾应力和应变的管道部件之一。法兰连接的设下面通过实例说明。南京某项

2、目详细设计计涉及到法兰本身、垫片、螺栓及许用值确定等中某工艺管道中采用碳钢锻制法兰，设计工况：因素，特别是在介质有毒有害的情况下。在一定设计压力Pd=1.28，设计温度Td=185℃，由管的管道尺寸和压力以及温度组合条件下，刚度校路引起的外载：M=7071N.m，无外部轴向力。核就更有必要。按当量压力法选择标准法兰有两个途径：一是在现代石化工程设计中常用的方法有两类：不考虑外部载荷，直接依据设计压力温度和材当量压力法和应力计算法。料分类按照HG20625(美洲体系)确定法兰等级为PN2.0MPa(Class

3、150)，这个方法从上世纪30年1当量压力法，也称等效压力法代就开始在美国得到应用，被大量工程实践证此法出自著名工程公司Kellogg，简单明了，明有足够的可靠性。二是按照公式（１）（２）已被大量的工程应用证明具有足够的安全性，也（３）得出总的当量压力，再对照温度压力等级为我国GB/T20801所采用。对于承受内压和外部载表确定法兰等级为PN11.0MPa(Class600)。可以荷的法兰（如图1），其本质是把轴向应力控制在看出二者差别很大，由于B31.3并没有对法兰处外一个非常保守的范围内，所有外部载荷被

4、认为作部载荷的处理提出明确的方法和公式，所以对于用在垫片上。现场实际存在的安全运行的法兰，很多在选定过程中并没有考虑由管路引起的外部弯矩，可见按轴向力当量化为作用于垫片上的压力：第二种方法处理是过于保守的，并没有考虑到规22P1=F/(π/4G)=4F/(πG)（１）范中温度压力等级表本身具有的安全裕度，也即管道弯矩当量化为作用于垫片上的压力：法兰在承受等级表中许用压力时仍然具有相当的P2=(4M/G)/(π/4G2)=16M/(πG2)（２）剩余强度以抵抗外部载荷。要量化剩余强度必须进行应力计算，在应力计

5、算法中可以通过对比看得出总的当量压力：到剩余强度。23Pe=P+4F/(πG)+16M/(πG)（３）以上公式中螺栓力没有反映，认为外部载荷完全作用于垫片之上，所得当量压力与法兰标准温度压力等级表对照，如果小于表内压力则为合格。此法简单可靠，在各工程公司使用已经三十多年，甚至在核工业规范NC3658中也被采用，但是过于保守。原因在于：（1）外部载荷实际上并不只作用于垫片，外图1部载荷在垫片处产生的最大应力是在最外边沿处，而由压力产生的应力是均匀分布的，见图2所示。作者简介：张旭（1970—），男，四川宜宾人

6、，硕士，毕业于南京工业大学，工程师，现任福陆（中国）工程建设有限公司管道（2）当等级表内压力作为当量压力作用在法应力分析工程师。石油与化工设备-6-论文广场2010年第13卷2应力计算法3法兰剩余强度分析近二十年石化工程中常用的法兰应力计算方3.1标准法兰法是依据ASMEⅧDiv1Appendix2和ASMEⅧ我国HG20625及美国B16.5都没有明确指出温Div2Appendix3，实质上都是源自Taylor-Forge方度压力等级表中剩余强度的确定，笔者按照ASME法，我国GB150中法兰设计部分也是

7、这个方法，ⅧDiv1，对PN5.0MPa(Class300)级标准法兰进行不直接考虑作用在法兰上的外部载荷，很多情况#分析计算，温度200℃，材质20钢，垫片为不锈钢下外部载荷必须在设计中考虑，可以通过先把外缠绕垫片，螺栓为CrMo钢，将等级表中的许用压部载荷转化为当量压力，再用总的当量压力代替力作用其上，分别以法兰颈部轴向应力、法兰环设计压力，GB/T20801也推荐了这种处理原则。径向应力、法兰环切向应力以及法兰组合应力和该原则主要控制法兰颈部轴向应力，法兰环其许用值为参数得到对比曲线，见图3－6。径向

8、应力，法兰环切向应力，表1是以上例子按从图中可以看出，随着管径增大，剩余强度ASMEⅧDiv1计算所得结果。总的趋势是减少，因此在管道设计中大直径法兰表1应力计算结果（MPa）的选用应该经过应力计算而不是简单地根据当量应力分项不考虑外载考虑外载荷许用值压力选用。--------------------------从图中可以看出同一级别不同公称尺寸的标Sh=34127215准法兰都有一定的剩余强度。此剩余强度可以反