1. 設(shè)計(jì)條件
選擇法蘭連接用緊固件材料時(shí),應(yīng)同時(shí)考慮管道操作壓力、操作溫度、介質(zhì)種類(lèi)和墊片類(lèi)型等因素。墊片類(lèi)型和操作壓力、操作溫度一樣,直接對(duì)緊固件材料強(qiáng)度提出了要求。例如,采用纏繞式墊片密封的低壓劇毒介質(zhì)管道的法蘭連接,盡管管道的操作壓力和溫度都不高,但因?yàn)槭估p繞式墊片形成初始密封時(shí)所需要的比壓力較大,從而要求緊固件的承受載荷也大,因此,在這種情況下就要求緊固件采用高強(qiáng)度合金鋼材料。
2. 螺栓/螺母形式的選擇
六角頭螺栓宜用于PN≤2.0MPa的法蘭連接。PN>2.0MPa或高溫條件下應(yīng)采用全螺紋螺柱或等長(zhǎng)雙頭螺柱。屈服強(qiáng)度不超過(guò)235MPa的低強(qiáng)度緊固件,僅使用于PN≤2.0MPa非金屬墊片的法蘭連接,不得應(yīng)用于劇烈循環(huán)操作工況,碳鋼低強(qiáng)度緊固件使用溫度范圍為-20~200℃。經(jīng)變形硬化的奧氏體不銹鋼緊固件用于非軟質(zhì)墊片法蘭連接時(shí),應(yīng)驗(yàn)算緊固件承載能力是否符合連接要求,且使用溫度不得超過(guò)500℃。
①. 六角頭螺栓(單頭螺栓)xagonal headt):常與平焊法蘭和非金屬墊片配合用于操作較緩和的工況下。常配H=0.8D8D螺母,六角頭螺栓常用材料是BL3或者是Q235B;石化工業(yè)中一般用于壓力溫度較低的冷卻水、空氣等公用工程管道上。
②. 螺柱(雙頭螺栓)(studbolt):沒(méi)有頭部的,僅有兩端均外帶螺紋的一類(lèi)緊固件。常與對(duì)焊法蘭配合使用在操作條件比較苛刻的工況下。
③. 螺柱的通絲型雙頭螺栓上沒(méi)有截面形狀的變化,故其承載能力強(qiáng)。而非通絲型雙頭螺栓則相對(duì)承載能力較弱。
④. 螺柱適用于所有公稱(chēng)壓力等級(jí)的管法蘭,以往規(guī)定PN≤2.5MPa的法蘭可配六角頭螺栓亦可配螺柱,而PN≥4.0MPa的法蘭只配螺柱。SH/T 3059《石油化工管道設(shè)計(jì)器材選用通則》規(guī)定除PN<5.0MPa,采用軟質(zhì)墊片的法蘭連接可選用六角頭螺栓外,其他法蘭連接均應(yīng)選用全螺紋螺柱。ASME B16.5也有類(lèi)似規(guī)定,PN≥400400psi法蘭連接均采用螺柱。
⑤. 由于同樣直徑螺栓的保證載荷與最小拉力載荷,細(xì)牙螺紋均比粗牙螺紋要大,中國(guó)石化集團(tuán)公司標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定M≥36mm一律用螺距為3mm的細(xì)牙M≥36m螺紋。原化工部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定螺紋直徑M10~27時(shí),采用粗牙螺紋;M30~45時(shí)采用細(xì)牙螺紋。
⑥. 螺母材料常根據(jù)與其配合的螺栓材料確定,這些組合在一般的標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。一般情況下,螺母材料應(yīng)稍低于螺栓材料,并保證螺母硬度比螺栓硬度低HB30左右。
①. 螺柱應(yīng)為通絲,并帶有兩個(gè)螺母,螺母應(yīng)選用Ⅱ型(m=1d)六角螺母。六角頭螺栓應(yīng)配用I型((m=0.8d)78d)六角螺母。
②. 商品級(jí)六角螺栓,其產(chǎn)品公差等級(jí)采用A級(jí)和B級(jí),性能等級(jí)為8.8級(jí),僅用于PN≤1.6MPa,配用非金屬軟墊片及非易燃、易爆和危害程度不高的場(chǎng)合。其最高使用溫度為250℃相應(yīng)的螺母性能等級(jí)為8級(jí)。
③. 商品級(jí)雙頭螺柱,其產(chǎn)品公差等級(jí)采用A級(jí)和B級(jí),性能等級(jí)為8.8級(jí),僅用于PN<4.0M Pa,配用非金屬軟墊片。其最高使用溫度為250℃,相應(yīng)的螺母性能等級(jí)為8級(jí)。
④. 專(zhuān)用級(jí)的螺栓(柱)、螺母的選配應(yīng)符合HG/T 20613和20634《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》中的有關(guān)規(guī)定。其材質(zhì)的選擇要以使用溫度一壓力為基準(zhǔn)。
⑤. 墊圈在一般情況時(shí)不宜使用,只有在金屬螺栓(柱)和螺母用于緊固非金屬或有色金屬連接件時(shí)才使用。
⑥. 螺柱,螺栓和螺母的公差等級(jí)均分A、B、C三級(jí)。C級(jí)過(guò)去稱(chēng)粗制,A、B級(jí)過(guò)去有的分別叫精制、半精制,也有的統(tǒng)稱(chēng)為精制。石油化工管法蘭緊固件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一律符合B級(jí)產(chǎn)品要求。HG規(guī)定壓力≤0.6MPa時(shí)可采用C級(jí)產(chǎn)品。
3. 螺栓/螺母材料的選擇
①. 螺母材料常根據(jù)與其配合的螺栓材料確定,這些組合在一般的標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。一般情況下,螺母材料應(yīng)稍低于螺栓材料,并保證螺母硬度比螺栓硬度低HB30左右。
②. 墊片類(lèi)型和操作壓力、操作溫度一樣,都直接對(duì)緊固件材料強(qiáng)度提出了要求。例如,采用纏繞式墊片密封的低壓劇毒介質(zhì)管道的法蘭連接,盡管管道的操作壓力和溫度都不高,但因?yàn)槭估p繞式墊片形成初始密封時(shí)所需要的比壓力較大,從而要求緊固件的承受載荷也大,因此,在這種情況下就要求緊固件采用高強(qiáng)度合金鋼材料。
③. 合金鋼螺柱均應(yīng)采用高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼.即材料牌號(hào)后均應(yīng)加字母A,如35CrMoA、25CrMoVA。
④. 管法蘭大量采用專(zhuān)用級(jí)緊固件,這種用材料牌號(hào)表示的螺栓螺母的機(jī)械性能根據(jù)GB150的規(guī)定。
⑤. 螺母的機(jī)械性能稍低于螺栓/螺柱。
①. 低溫用緊固件,應(yīng)對(duì)其材料的低溫沖擊韌性作出規(guī)定。
②. 緊固件在蠕變溫度范圍內(nèi)使用時(shí),應(yīng)考慮螺栓松弛引起的螺栓載荷損失,此將影響法蘭接頭的密封能力。
③. 高溫用緊固件材料應(yīng)與法蘭材料具有相近的熱膨脹系數(shù)。
④. 低強(qiáng)度緊固件僅用于公稱(chēng)壓力小于或等于PN16、采用非金屬平墊片的法蘭接頭,不應(yīng)使用于劇烈循環(huán)的工況。
⑤. 六角頭螺栓僅適用于公稱(chēng)壓力小于或等于PN16的場(chǎng)合。公稱(chēng)壓力大于或等于PN40或高溫工況下,應(yīng)采用全螺紋螺柱。
6. 螺柱/螺栓的長(zhǎng)度及數(shù)量應(yīng)符合法蘭的標(biāo)準(zhǔn)要求。
7. 設(shè)計(jì)壓力和溫度。
①. 公稱(chēng)壓力≥10.0MPa時(shí),或溫度壓力變化急劇頻繁時(shí),可采用全螺紋螺柱。
②. 公稱(chēng)壓力≤6.3MPa時(shí),可采用等長(zhǎng)雙頭螺柱。
③. 公稱(chēng)壓力≤1.6MPa可選用六角頭螺栓。