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| 标准编号 | GB/T 38343-2019 (GB/T38343-2019) | | 中文名称 | 法兰接头安装技术规定 | | 英文名称 | Technical specification for flange joints installation | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J74 | | 国际标准分类 | 23.040 | | 字数估计 | 38,320 | | 发布日期 | 2019-12-10 | | 实施日期 | 2020-07-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 38343-2019: 法兰接头安装技术规定
ICS 23.040
J74
中华人民共和国国家标准
法兰接头安装技术规定
2019-12-10发布
2020-07-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 符号 1
4 法兰接头螺栓安装载荷的确定 2
5 法兰、垫片及紧固件选用的附加要求 4
6 安装 6
7 检查、试验和标示 13
8 记录 13
附录A(资料性附录) 法兰安装应力计算 14
附录B(资料性附录) 标准管法兰接头最大螺栓安装载荷 15
附录C(资料性附录) 法兰密封面表面粗糙度推荐值 28
附录D(资料性附录) 法兰接头安装检查记录示例 29
附录E(资料性附录) 采用摩擦系数计算螺栓安装扭矩 31
参考文献 33
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009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(SAC/TC262)提出并归口。
本标准起草单位:全国化工设备设计技术中心站、华东理工大学、华尔卡中国综合研究所、德映仕图
(上海)机电设备技术有限公司、苏州福来西垫片技术有限公司、戈尔工业品贸易(上海)有限公司、凯特
克集团有限公司、中国化学工程第三建设有限公司、宁波信远工业集团有限公司。
本标准主要起草人:蔡暖姝、应道宴、蔡仁良、郑兴、李天鑫、尤子涵、郭权、翟斌、徐君琦、冯梅、
程国华、林剑红。
法兰接头安装技术规定
1 范围
本标准规定了采用螺栓连接的带垫片圆形法兰接头的螺栓安装载荷的确定方法,以及法兰接头(法
兰、垫片和紧固件)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。
本标准适用于下列具有泄漏控制要求的“承压设备”法兰接头:
a) TSGD0001等相应安全技术规范和法规规定的;
b) GB/T 20801等相应产品标准或工程规范规定的;
c) 用户或设计要求的。
注:本标准所指“承压设备”包括锅炉、压力容器(含固定式压力容器、移动式压力容器和气瓶)、压力管道、机泵、阀
门等。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件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文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 150.3 压力容器 第3部分:设计
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 20801.2 压力管道规范 工业管道 第2部分:材料
GB/T 20801.3 压力管道规范 工业管道 第3部分:设计和计算
GB/T 20801.4 压力管道规范 工业管道 第4部分:制作与安装
GB/T 20801.5 压力管道规范 工业管道 第5部分:检验与试验
HG/T 20592~20635 钢制管法兰、垫片、紧固件
EN13555 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(Flangesand
3 符号
下列符号适用于本文件。
Aa ---垫片接触面积,即垫片与法兰密封面发生直接接触的面积(八角垫按垫片的投影面积
计),mm2;
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,mm2;
Am ---法兰接头螺栓总截面积,Am=nAb,mm2;
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=2πGb,mm2;
b ---垫片有效密封宽度(按GB/T 150.3或GB/T 17186.1确定),mm;
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=0.785G2P,N;
FZ ---操作条件下,法兰接头除内压外承受的附加轴向拉力(由外加轴向力与外加弯矩产生
的当量力,按GB/T 20801.3确定),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EN13555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=WAhG,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;
mL0.1 ---垫片密封参数,无因次;
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EN13555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=SBAm,N;
W0 ---安装条件下,法兰接头单个螺栓安装载荷,W0=SBAb,N。
4 法兰接头螺栓安装载荷的确定
4.1 一般规定
法兰接头应分别按4.2和4.3进行设计条件下和安装条件下的强度和刚度评估,以及按4.4进行操
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 标准管法兰和设备法兰接头(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外加轴向力和外加弯矩时,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
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(安装温度下)。实际的螺
栓安装应力(包括安装载荷偏差)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),见式(1):
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≤1.6mm时,Qmax≥150MPa;
b) 垫片厚度 >1.6mm~3.2mm时,Qmax≥100MPa。
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0.6°;
b) 法兰公称尺寸 >DN600时,不大于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参照 WRCBuletin538的相应规定,参见附录A。
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,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。
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按式(2)计算:
QS=[WARJ-(FP+FE)]/AG (2)
4.4.3 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按式(3)计算:
SBmin=[Qsmin(L0.1)AG+(FP+FE)]/(AmRJ)(3)
4.4.4 本标准对法兰接头的泄漏率和螺栓安装载荷的松弛系数作下列设定:
a) 泄漏率不大于L0.1的垫片密封应力Qsmin(L0.1)应不小于垫片密封参数(m)和工作压力的乘积
(P),且不小于10MPa。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mL0.1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mL0.1值可降低为6~4,参见附录B。
b) 螺栓及垫片的最高工作温度下,螺栓安装载荷的松弛系数RJ应大于或等于0.7。
符合上列要求的法兰接头最小螺栓安装应力SBmin按式(4)计算:
SBmin=[mL0.1·P·AG+(FP+FE)]/(0.7Am) (4)
4.4.5 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,可按式(3)计算
相应的最小螺栓安装应力SBmin,但应在设计文件和安装程序文件中注明。
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4.4.3、4.4.4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参见附录B表B.1~表B.12。
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。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。
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可提高法兰接头的承载能力,增加法兰接头的抗松弛裕量,降低法
兰接头的泄漏率。但同时应按5.2~5.4的规定提出紧固件、垫片、法兰选用的附加要求。
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的规定优先选用高强度螺栓(螺柱)。除铸铁、非金属法
兰或橡胶垫外,不应使用低强度螺栓(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 螺栓材料的最高工作温度
类别 材料a
牌号
(螺栓/螺母)
规格 屈服强度/MPa
最高工作
温度b,c,d/℃
高强度
碳钢
铬钼合金钢
铬钼钒合金耐热钢
8.8/8
≤M16
>M16
640
660
35CrMo/30CrMo
≤M22
>M22~≤M80
>M80
735
685
590
42CrMo(B7)/30CrMo
≤M64
>M64
720
795
A320,L7/A194,7 ≤M64 725
25Cr2MoV/30CrMo
≤M48
>M48
735
685
≤250
≤300
≤400
表1(续)
类别 材料a
牌号
(螺栓/螺母)
规格 屈服强度/MPa
最高工作
温度b,c,d/℃
中强度
奥氏体不锈钢
(应变硬化)
奥氏体沉淀硬化
不锈钢
铬钼合金钢
A2-70
A4-70
≤M24 450
A193,B8-2/A194,
8-S1
≤M20
>M20~≤M24
>M24~≤M30
>M30~≤M36
690
550
450
345
A193,B8M-2/A194,8M-S1
≤M20
>M20~≤M24
>M24~≤M30
>M30~≤M36
665
550
450
345
(A453,660)/A194,8-S1、
A194,8M-S1
≤M70 585
A193,B7M/7L ≤M100
A320,L7M/7ML ≤M64
550
≤400
≤500
≤500
≤600
≤300
a 材料应符合GB/T 20801.2等的规定。
b 最高工作温度系螺栓金属温度,与法兰接头的保温要求有关。
c 如采用螺栓热紧措施,可适当提高螺栓最高工作温度。
d 工作温度超过600℃的螺栓应采用镍基耐热合金,如X750、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。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高于150℃;
b) 膨体聚四氟乙烯类垫片的工作温度应不高于200℃;
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高于400℃;
d) 蛭石类半金属垫片的工作温度应不高于750℃。
注1:工作温度高于400℃时,尚缺乏垫片高温蠕变及密封性能评估方法。
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)聚四氟乙烯的填充材料及配比对蠕变倾向、最高工
作温度等影响极大,聚四氟乙烯包覆垫的Qmax较小,故本标准未纳入推荐范围。
注3:工作温度高于350℃的柔性石墨类垫片,其碳含量≥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 金属缠绕垫应符合下列附加要求:
a) 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。
b) 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。
c) 名义厚度为4.5mm的金属缠绕垫压缩至外环后的回弹量应不小于0.2mm。
d) 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金属缠绕垫为中密度型,Class900和Class1500金属缠绕垫为高密度型,
Class2500金属缠绕垫为特高密度型。
5.3.5 八角垫应符合下列附加要求:
a) 八角垫最高硬度应符合表2的规定。
表2 八角垫材料的最高硬度
材料牌号
硬度要求
HB HRB
纯Fe 70 38
10 110 61
1Cr5Mo 130 72
06Cr13 130 72
06Cr19Ni10(304)、06Cr17Ni12Mo2(316)、
b) 八角垫尺寸偏差应符合表3的规定。
c) 八角垫安装后法兰密封面间隙的偏差应不大于0.5mm。
表3 八角垫的尺寸公差
项 目 尺寸公差/mm
节径/mm
≤300 ±0.08
>300 ±0.15
5.4 法兰
5.4.1 除标准管法兰应符合HG/T 20592~20635的相应规定外,法兰的选用还应符合5.4.2~5.4.4的
规定。
5.4.2 应提高法兰的刚度,选用刚度较大的带颈对焊法兰、带颈活套法兰、整体法兰及承插焊法兰。采
用最大螺栓安装载荷控制技术装配时,不应采用螺纹法兰及板式平焊法兰。
5.4.3 承插焊法兰的公称尺寸应不大于DN50。
5.4.4 带颈活套法兰仅适用于Class150和PN16,且仅限于使用非金属平垫片。
6 安装
6.1 一般规定
6.1.1 本章规定了承压设备法兰接头安装过程的基本内容。安装作业前应针对具体作业情况编写安
装程序文件,安装人员应严格按照安装程序文件的规定对相应的法兰接头实施安装。
6.1.2 安装程序文件中应规定螺栓安装载荷、所使用的工具以及是否润滑螺纹啮合面和螺母承压表面
等,内容至少包括法兰接头(法兰、垫片、紧固件)型式参数、清理和检查要求、对中和调整要求、润滑要
求、上紧工具、螺栓安装载荷(力或扭矩)或螺栓伸长量及其标定、上紧方式和顺序、检查要求和人员技能
培训要求等。
6.1.3 当组装法兰出现超标偏差时,不得强力组装。
6.1.4 安装所使用的螺栓上紧工具应定期检定或校准合格,并在有效期内使用。
6.1.5 螺栓安装载荷、螺栓伸长量的标定应符合下列规定:
a) 安装作业前,螺栓安装载荷应按6.4.3及6.4.5的规定进行标定或工艺评定,据此确定相应的
螺栓上紧操作规程。螺栓安装载荷的标定方法可采用轴力计、超声检测等方式或按用户特殊
规定。
b) 通过螺栓安装载荷、螺栓伸长量的标定或工艺评定,确定螺栓扭矩控制法上紧螺栓的扭矩系数
K 或螺栓拉伸控制法上紧螺栓的螺栓伸长量和螺栓回弹比率。
c) 当紧固件的型式参数、上紧工具及润滑剂发生变更时,应重新进行螺栓安装载荷、螺栓伸长量
的标定或工艺评定。
d) 螺栓安装载荷、螺栓伸长量的标定或工艺评定及其覆盖范围应取得用户及检验机构的认可。
6.1.6 法兰接头上裸露在外的螺栓螺纹部分应采用合适的润滑剂进行防护,以方便后续对法兰接头的
拆除。
6.1.7 安装完工后,应及时做好安装记录及检验、维修记录。
6.1.8 按本标准规定从事法兰接头安装的作业人员应经专门技能培训合格(包括操作训练等)。作业
人员的能力培训内容应与其所从事的工作内容、方法及技能要求相当。
6.1.9 技能培训的内容、获得技能范围、实施机构等信息应建立档案资料,并记录在质量管理体系中。
6.2 安装准备
6.2.1 清理
6.2.1.1 使用工具或合适的溶剂清洁法兰密封面残留的各种标记、油漆、油脂、保护涂层、污垢等,防止
污染物损害法兰密封面的表面粗糙度。不得使用碳钢刷清理不锈钢法兰密封面。
6.2.1.2 清除螺栓和螺母的螺纹处以及螺母或垫圈与法兰接触面的任何杂质,确保螺母和螺栓之间自
由转动,并按安装程序文件的规定进行润滑。
6.2.1.3 重复使用的螺栓应按6.2.2.6的要求经检验合格后,使用合适的除锈剂浸泡,并对螺栓进行清
洗。公称尺寸小于 M27的螺栓不宜重复使用。
6.2.1.4 上紧螺栓前,所有的密封面应保持清洁、干燥。发现任何缺陷,应在装配前进行修复。
6.2.2 检查
6.2.2.1 按安装程序文件的要求核对法兰的类型(包括密封面)、尺寸、压力等级。
6.2.2.2 法兰密封面应保持清洁,符合6.2.1.1的要求。无缺口、沟槽和毛刺等影响密封的缺陷。
6.2.2.3 除另有规定外,法兰密封面表面粗糙度和密封面缺陷允许尺寸应符合 HG/T 20592和
HG/T 20615的规定。法兰密封面表面不平度应符合表4的规定。与不同类型垫片配合的法兰密封面
表面粗糙度推荐值参见附录C。
6.2.2.4 法兰与螺母或垫圈的接触表面应平整,无目视可见不均匀磨损、严重凹陷、刮痕等现象。
表4 法兰密封面表面不平度 单位为毫米
测 量 值
非金属平垫片a(厚度≤1.6mm)、
具有覆盖层的齿形垫
非金属平垫片b(厚度≥3.0mm)、
金属缠绕垫
圆周方向 T1< 0.15 T1< 0.25
半径方向 T2< 0.15 T2< 0.25
分程隔板表面至法兰密封面 -0.25< p< 0 -0.5< p< 0
注:T1 和T2 分别为沿法兰密封面圆周方向和半径方向测得的最高点和最低点之间的允差。p为......
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