第五章 压力容器零部件.docx
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第五章压力容器零部件
第五章压力容器零部件
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第五章压力容器零部件
第一节管法兰体系与结构
【学习目标】学习HG/T20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》,掌握管法兰基本知识;掌握PN系列管法兰类型及密封面型式适用范围。
一、HG/T20592~20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准简介
HG/T20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准分为两个部分:
HG/T20592~20614为PN系列(欧洲体系)管法兰标准;HG/T20615~20635为Class系列(美洲体系)管法兰标准。
PN系列(欧洲体系)管法兰有九个压力等级,以bar(巴)为压力单位。
Class系列(美洲体系)管法兰有六个压力等级,实际选用时也是对应bar(巴)为压力单位。
压力单位bar(巴):
1bar=106dyne/cm2(106达因/平方厘米),1bar=0.1MPa。
PN系列(欧洲体系)管法兰标准最高公称压力为PN160;Class系列(美洲体系)管法兰标准最高公称压力为PN420。
PN系列(欧洲体系),无缝钢管有公制管(B系列)和英制管(A系列)两种,Class系列(美洲体系)没有公制管。
二、钢制管法兰体系及公称压力等级
1、PN系列(欧洲体系)与Class系列(美洲体系)
PN系列(欧洲体系)
Class系列(美洲体系)
标准号
HG/T20592-2009
标准号
HG/T20615-2009
适用公称压力范围
PN2.5~PN160
适用公称压力范围
Class150~Class2500
2、公称压力等级(PN系列压力单位:
bar)
欧洲体系PN系列(九个等级)
PN2.5
PN6
PN10
PN16
PN25
PN40
PN63
PN100
PN160
美洲体系Class系列(六个等级)
Class150
Class300
Class600
Class900
Class1500
Class2500
3、法兰的公称压力等级对照表
Class
PN
Class
PN
Class150
PN20
Class900
PN150
Class300
PN50
Class1500
PN260
Class500
PN110
Class2500
PN420
三、公称尺寸和钢管外径
1、PN系列(欧洲体系)
标准适用的钢管外径包括A、B两个系列,A系列为国际通用系列(俗称英制管)、B系列为国内沿用系列(俗称公制管),其公称尺寸DN和钢管外径见表5-1。
采用B系列钢管的法兰,应在公称尺寸DN的数值后标记“B”以示区别。
但采用A系列钢管的法兰,不必在公称尺寸DN的数值后标记“A”。
2、Class系列(美洲体系)
标准适用的钢管公称尺寸DN和钢管外径见表5-2。
四、PN系列(欧洲体系)管法兰结构型式及管法兰密封面型式
1、管法兰类型及其代号
管法兰类型及其代号见图5-1和表5-3。
表5-3法兰类型代号
法兰类型代号
法兰类型
PL
板式平焊法兰
SO
带颈平焊法兰
WN
带颈对焊法兰
IF
整体法兰
SW
承插焊法兰
Th
螺纹法兰
PJ/SE
对焊环松套法兰
PJ/RJ
平焊环松套法兰
BL
法兰盖
BL(S)
衬里法兰盖
2、管法兰密封面型式及其代号
管法兰密封面型式及其代号见图5-2和表5-4。
表5-4密封面型式及其代号
密封面型式
突面
凹面
凸面
榫面
槽面
全平面
环连接面
代号
RF
FM
M
T
G
FF
RJ
五、不锈钢衬里法兰盖
1、衬里层与法兰盖应紧密贴合,并按图5-3及JB/T4709的规定施焊。
填角焊和塞焊孔底层焊接材料按过渡层焊条选用,面层焊接材料按盖面层焊条选用。
不锈钢衬里法兰盖塞焊要求见表5-5。
图5-3衬里法兰盖的塞焊
表5-5塞焊要求
焊接材料
低碳不锈钢衬里
超低碳不锈钢衬里
过渡层焊条
填角焊和塞焊孔底层焊接
母材塞焊孔焊接
盖面层焊条
塞焊孔面层焊接
衬里层塞焊孔焊接
2、填角焊缝焊角高度等于衬里层周边厚度,塞焊焊缝应饱满
3、衬里法兰盖的公称压力和工作温度下的最高允许工作压力根据法兰盖材料类别按HG/T20592~20635第7章的规定。
不锈钢衬里法兰盖的使用温度上限不大于350℃。
4、在法兰盖上应开设一个M6的通气、检验孔,位置自定。
塞焊后应通入压力不大于0.1MPa的压缩空气检漏,也可根据制造厂情况,开设其他尺寸的检验孔。
5、衬里层厚度t的厚度负偏差为-1mm。
六、标注示例
示例1:
公称尺寸DN1200、公称压力PN6、配用公制管的突面板式平焊钢制管法兰,材
料Q245R,其标记为:
HG/T20592法兰PL1200(B)-6RFQ245R
示例2:
公称尺寸DN300、公称压力PN25、配用英制管的凸面带颈平焊钢制管法兰,材料20钢,其标记为:
HG/T20592法兰SO300-25M20
示例3:
公称尺寸DN100、公称压力PN100、配用公制管的凹面带颈对焊钢制管法兰,
材料为16Mn,钢管壁厚为8mm,其标记为:
HG/T20592法兰WN100(B)-100FMS=8mm16Mn
示例4:
公称尺寸DN400、公称压力PN160、突面衬里钢制管法兰盖,衬里材料S30408、
法兰盖本体20钢,其标记为:
HG/T20592法兰盖BL(S)400-160RF20/S30408
第二节管法兰选用
【学习目标】学习HG/T20592~20635-2009《钢制管法兰(PN系列)》,掌握PN系列管法兰的选用。
一、各类型法兰及对应密封面型式适用范围
1、PN系列(欧洲体系)管法兰
PN系列(欧洲体系)各类型法兰及对应密封面型式适用范围见表5-6。
表5-6各类型法兰及对应密封面型式适用范围(续1)
法兰
类型
密封面
型式
公称压力PN
2.5
6
10
16
25
40
63
100
160
板式平
焊法兰
(PL)
突面(RF)
DN10~
DN2000
DN10~DN600
-----
全平面(FF)
DN10~
DN2000
DN10~DN600
-----
带颈平
焊法兰(SO)
突面(RF)
---
DN10~
DN300
DN10~DN600
----
凹面(FM)
凸面(M)
----
DN10~DN600
---
榫面(T)
槽面(G)
----
DN10~-DN600
---
全平面(FF)
---
DN10~
DN300
DN10~DN600
----
5-6各类型法兰及对应密封面型式适用范围(续2)
法兰
类型
密封面
型式
公称压力PN
2.5
6
10
16
25
40
63
100
160
带颈对
焊法兰
(WN)
突面(RF)
---
DN10~
DN2000
DN10~
DN500
DN10~
DN400
DN10~
DN350
DN10~
DN300
凹面(FM)
凸面(M)
----
DN10~DN600
DN10~
DN350
DN10~
DN350
DN10~
DN300
榫面(T)
槽面(G)
---
DN10~DN600
DN10~
DN350
DN10~
DN350
DN10~
DN300
全平面(FF)
---
DN10~
DN2000
---
环连接面
(RJ)
----
DN15~DN400
DN15~
DN300
2、Class系列(美洲体系)管法兰
二、PN系列(欧洲体系)管法兰材料
1、钢制管法兰用材料
钢制管法兰用材料包括钢板、锻件、铸件,见表5-7。
表5-7钢制管法兰用材料
注:
①管法兰材料一般应采用锻件或铸件,不推荐用钢板制造。
钢板仅可用于法兰盖、衬里法兰盖、板式平焊法兰、对焊环松套法兰、平焊环松套法兰。
②表列铸件仅适用于整体法兰。
③管法兰用对焊环可采用锻件或钢管制造(包括焊接)。
2、管法兰用材料要求
管法兰用锻件(包括锻轧件)的级别及其技术要求(参照JB4726、JB4727、JB4728)应符合下面两项的规定。
(1)符合下列情况之一者,应符合Ⅲ级或Ⅲ级以上锻件的要求:
①公称压力大于PN100者;
②公称压力大于PN40的铬钼钢锻件;
③公称压力大于PN16且工作温度小于或等于-20℃的铁素体钢锻件。
(2)除上述规定外,公称压力不大于PN63的锻件应符合Ⅱ级或Ⅱ级以上锻件的要求。
(3)带颈的法兰应采用锻件(或锻轧工艺)和铸(钢)件制作,不得采用钢板、拼焊或板卷等工艺制作,法兰盖等板式环形法兰可采用钢板或钢板拼焊制作,且符合下列要求:
①钢板应经超声波探伤,无分层缺陷。
②应沿钢材轧制方向切割成条状,经弯制对焊成圆环,并使钢材的表面形成环的上下表面。
③对接焊缝应采用全熔透焊缝。
④对接焊缝应进行焊后热处理,并作100%射线或超声波探伤,射线检测应符合JB/T4730的Ⅱ级要求,超声检测应符合JB/T4730的Ⅰ级要求。
三、PN系列(欧洲体系)钢制管法兰压力——温度额定值
1、管法兰材料压力——温度额定值
管法兰材料压力——温度额定值见表5-8~表5-11(摘选)。
①表中中间温度可采用内插法确定。
②表中所列的管法兰材料类别按本标准的规定。
③衬里法兰盖的公称压力和不同温度下的最高允许工作压力根据法兰盖材料类别确定。
不锈钢衬里法兰盖的使用温度上限不大于350℃。
④工作温度系指压力作用下法兰金属的温度。
工作温度低于20℃时,法兰的最高允许工作压力值与20℃时相同。
工作温度高于表列温度上限时,最高允许工作压力可根据使用经验或计算,由设计者自行确定。
⑤如果一个法兰接头上的两个法兰具有不同的压力额定值,该连接接头的最高允许工作压力值按较低值,并应控制安装时螺柱扭矩,防止过紧。
⑥确定法兰接头的压力—温度额定值时,应考虑高温或者低温下管道系统中外力和外力矩对法兰接头密封性能的影响。
⑦高温蠕变范围或者承受较大温度梯度的法兰接头应采取措施防止螺栓松驰,如定期上紧等。
在低温操作条件下,应保证材料有足够的韧性。
⑧采用本标准表中以外的材料时,法兰的最高允许工作压力可根据材料机械强度(常温/高温)相当的原则,参照表中的材料予以确定,但不大于表中对应材料的数值。
注:
由于篇幅有限,管法兰材料压力——温度额定值表有删减,详见HG/T20592~20614PN系列(欧洲体系)管法兰。
四、Class系列(美洲体系)管法兰压力——温度额定值
五、释义
《固定容规》关于压力容器用管法兰规定:
盛装液化石油气、毒性程度为极度和高度危害介质以及强渗透性中度危害介质的压力容器,其管法兰应当按照HG20592~HG20635系列标准的规定,至少应用高颈对焊法兰、带加强环的金属缠绕垫片和专用级高强度螺栓组合。
《固定容规》、《压力容器》和《钢制管法兰、垫片、紧固件》三个规程和标准中,都没有给出钢制管法兰的选用原则,学习者可以根据压力容器的“危险程度”来选用管法兰的型式和密封面型式。
板式平焊法兰(PL)、带颈平焊法兰(SO)、带颈对焊法兰(WN)是压力容器接管、人孔常用的三种管法兰,按照强度和刚度的级别,依次为带颈对焊法兰(WN)>带颈平焊法兰(SO)>板式平焊法兰(PL)。
突面密封面(RF)、凹凸密封面(MFM)、榫槽密封面(TG)是压力容器管法兰常用的三种密封面,按照密封的可靠性,依次为榫槽密封面(TG)>凹凸密封面(MFM)>突面密封面(RF)。
管法兰焊接在容器接管上时,对于凹凸密封面(MFM)或榫槽密封面(TG),一般的选用惯例是,密封面朝上或水平方向时选用凹面(FM)或槽面(G),密封面朝下时选用凸面(M)或榫面(G),以便于安放垫片。
注:
学习者要注意HG/T20592~20635-2009标准中引用标准的更新变化。
其中:
GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》替代GB/T4237。
NB/T47008-2010《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》替代JB4726。
NB/T47009-2010《低温承压设备用低合金钢锻件》替代JB4727。
NB/T47010-2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》替代JB4728。
第三节管法兰垫片与紧固件
【学习目标】学习HG/T20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准,了解管法兰垫片及紧固件的选用。
一、钢制管法兰用非金属平垫片
HG/T20606-2009《钢制管法兰用非金属平垫片》(PN系列)规定了钢制管法兰用非金属平垫片的种类、使用条件及垫片尺寸。
1、非金属平垫片的种类、使用条件及垫片尺寸
非金属平垫片的种类见图5-4。
非金属平垫片的使用条件及垫片尺寸(HG/T20606)见表5-12~表5-15。
FF型(全平面)
RF、TG型(突面、凹凸面、榫槽面)RF-E型(突面、带内包边)
图5-4非金属垫片
表5-12非金属平垫片的使用条件
类别
名称
标准
代号
适用范围
最大(P×T)
(MPa×℃)
公称压力
PN
T温度(℃)
橡胶
天然橡胶
NR
≤16
-50~+80
60
氯丁橡胶
CR
≤16
-20~+100
60
丁腈橡胶
NBR
≤16
-20~+110
60
丁苯橡胶
SBR
≤16
-20~+90
60
乙丙橡胶
EPDM
≤16
-30~+140
60
氟橡胶
FKM
≤16
-20~+200
60
石棉
橡胶
石棉橡胶板
GB/T3985
XB350
≤25
-40~+300
650
XB450
耐油石棉橡胶板
GB/T539
NY400
非石棉
橡胶
非石棉纤维的
橡胶压制板
无机
纤维
NAS
≤40
-40~+290
960
有机
纤维
-40~+200
聚四氟
乙烯
聚四氟乙烯板
QB/T3625
PTFE
≤16
-50~+100
膨胀聚四氟乙烯板或带
Eptfe
≤40
-200~+200
填充改性聚四氟乙烯板
RPTFE
柔性
石墨
增强柔性石墨板
JB/T6628
JB/T7758.2
RSB
10~63
-240~+650
(用于氧化性
介质时:
-240~+450)
1200
高温
云母
高温云母复合板
10~63
-196~+900
2、标记示例
示例1:
公称尺寸DN100,公称压力PN25的突面法兰,选用厚度为1.5mm的0Cr18Ni9(304)不锈钢包边的XB450石棉橡胶垫片,其标记为:
HG/T20606垫片RF—E100—25XB450/304
示例2:
公称尺寸DN200、公称压力PN10的突面法兰,选用厚度为1.5mm的填充改性聚四氟乙烯垫片,其标记为:
HG/T20606垫片RF200—10RPTFE(AAA/BBB)
注:
当用户选定具体厂商(AAA)和牌号(BBB)应予以附加标记(AAA/BBB)
示例3:
公称尺寸DN500公称压力PN6的全平面法兰,选用厚度为5mm(非标)的三元乙丙橡胶垫片,其标记为:
HG/T20606垫片FF500—6—T5EPDM
示例4:
公称尺寸DN350、公称压力PN63,芯板材料和包边材料为316L的突面法兰,选用厚度为3mm的增强柔性石墨板垫片,其标记为:
HG/T20606垫片RF—E350—63RSB/316L
二、其他类型的垫片
垫片标准一览表
HG/T20606—2009
钢制管法兰用非金属平垫片(PN系列)
HG/T20607—2009
钢制管法兰聚四氟乙烯包覆垫片(PN系列)
HG/T20609—2009
钢制管法兰用金属包覆垫片(PN系列)
HG/T20610—2009
钢制管法兰缠绕式垫片(PN系列)
HG/T20611—2009
钢制管法兰具有包覆层的齿形组合垫(PN系列)
HG/T20612—2009
钢制管法兰用金属环形垫片(PN系列)
三、钢制管法兰用紧固件(PN系列)
HG/T20613-2009《钢制管法兰用紧固件》(PN系列)标准,对管法兰用紧固件型式、材料、性能等级等做出了规定。
1、紧固件型式
钢制管法兰用紧固件的型式包括六角头螺栓、等长双头螺柱、全螺纹螺柱、Ⅰ型六角螺
母和Ⅱ型六角螺母。
六角头螺栓的规格及性能等级按表5-16的规定。
等长双头螺栓的规格及性能等级按表5-17的规定。
全螺纹螺柱的规格和材料按表5-18的规定。
表5-16六角头螺栓的螺纹规格和性能等级
标准
规格
性能等级(商品级)
GB/T5782(粗牙)A级和B级
M10、M12、M16、M20、M24、M27、
M30、M33
5.6,8.8,A2-50,A4-50,A2-70,A4-70
GB/T5785(细牙)A级和B级
M36×3、M39×3、M45×3、M52×3、M56×4
表5-17等长双头螺柱的规格和性能等级
标准
规格
性能等级(商品级)
GB/T901
M10、M12、M16、M20、M24、M27、
M30、M33、M36、M39、
M45、M52×4、M56×4
8.8
A2-50A2-70
A4-50A4-70
表5-18全螺纹螺柱的规格和材料
标准
规格
材料牌号(专用级)
HG/T20613
(全螺纹螺柱)
M10、M12、M16、M20、M24、M27、M30、M33、M36×3、
M39×3、M45×3、M52×4、
M56×4
35CrMo,42CrMo,25Cr2MoV,
Ocr18Ni9,0Cr17Ni12Mo2,
A193,B8C1.2a,
A193,B8MC1.2a,
A320,L7b,
A453,660b
螺母的规格和性能等级、材料牌号按表5-19的规定。
表5-19螺母的规格和性能等级、材料牌号
标准编号
规格
性能等级
商品级
专用级材料代号
GB/T6170
M10、M12、M16、M20、M24、
M27、M30、M33
6,8
A2-70
A4-50
A4-70
—
GB/T6171
M36×3、M39×3、
M45×3、M52×4、M56×4
GB/T6175
M10、M12、M16、M20、M24、
M27、M30、M33
—
30CrMo,35CrMo
0Cr18Ni9,0Cr17Ni12Mo2
A194,8.8M
A194,7
GB/T6176
M36×3、M39×3、
M45×3、M52×4、M56×4
表5-22六角头螺栓、螺柱与螺母的配用
六角头螺栓、螺柱
螺母
型式
(标准编号)
性能等级
或材料牌号
型式
(标准编号)
性能等级
或材料牌号
六角头螺栓
GB/T5782、GB/T5785
双头螺柱
GB/T901B级
5.6,8.8
Ⅰ型六角螺母
GB/T6170,GB/T6171
6,8
A2-50,A4-50
A2-50,A4-50
A2-70,A4-70
A2-70,A4-70
全螺纹螺柱
HG/T20613
42Cr2MoV
Ⅱ型六角螺母
GB/T6175,GB/T6176
35CrMo
35CrMo
30CrMo
25Cr2MoV
0Cr18Ni9
0Cr18Ni9
0Cr17Ni12Mo2
0Cr17Ni12Mo2
A193,B8Cl.2
A194,8
A194,8M
A193,B8MCl.2
A453,660
A320,1.7
A194,7
2、标记示例
示例1:
螺纹规格为M16、公称长度L=80mm、性能等级5.6级的六角头螺栓,标记为:
六角螺栓GB/T5782M16×805.6级
示例2:
螺纹规格为M36×3、公称长度L=160mm、材料牌号为8.8级的双头螺柱,
标记为:
双头螺柱GB/T901M36×3×1608.8级
示例3:
螺纹规格为M24、公称长度L=120mm、材料牌号为25Cr2MoV的全螺纹螺柱,标记为:
全螺纹螺柱GB/T20613M24×12025Cr2MoV
示例4:
螺纹规格为M12、性能等级8级的Ⅰ型螺母,标记为:
螺母GB/T6170M128级
四、释义
非金属平垫片是应用比较广泛的垫片,使用条件不仅与PN和T有关,还和P×T的乘积有关。
标准中列入了增强柔性石墨板和高温云母复合板,这两种材料的耐高温性能和耐低温性能都非常好。
法兰用紧固件有三种:
六角头螺栓、等长双头螺柱、全螺纹螺柱。
六角头螺栓由于结构的原因和轧制加工的原因,质量较差,只能用于低压工作条件(≤PN16);等长双头螺柱质量较好,用于中、低压工作条件(≤PN40);全螺纹螺柱质量最好,材质是专用级,主要用于中、高压螺栓(≤PN160)。
螺母与螺栓配用时,螺母一般要比螺栓低一个强度等级(布氏硬度HB相差20~30左右),如螺栓35CrMo配用螺母30CrMo、8.8级螺栓配用8级螺母等,目的是在反复拆卸过程中,保护价格相对较高的螺栓不受损坏。
六角螺母分为Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅰ型与六角头螺栓、等长双头螺柱相配使用。
Ⅱ型与全螺纹螺柱相配使用,材料也是专用级。
六角头螺栓机械性能等级分为3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等级别,其中,8.8级及以上级别为高强度螺栓。
8.8级表示的含义是,公称抗拉强度800MPa,公称屈服强度800×0.8=640MPa.。
双头螺柱级别A2-50、A2-70、A4-50、A4-70代号的含义是:
A-奥氏体不锈钢;2或4-第二组材料(304系列材质)或第四组材料(316系列材质);50或70-公称抗拉强度500MPa或700MPa。
第四节钢制人孔和手孔
【学习目标】学习HG/T21514~21535-2005《钢制人孔和手孔》,了解钢制人孔和手孔的类型及技术条件。
一、设置原则
《固定容规》关于检查孔的规定:
1、压力容器应当根据需要设置人孔、手孔等检查孔,检查孔的开设位置、数量和尺寸等应当满足进行内部检验的需要。
2、对不能或者确无必要开设检查孔的压力容器,设计单位应当提出具体技术措施,例如增加制造时的检测项目或者比例,并且对设备使用中定期检验的重点检验项目、方法提出要求。
HG/T20583-2011《钢制化工容器结构设计规定》关于检查孔的规定:
1、容器需定期进行内部整理或检查时应设置专门的供出入或观察用的人孔、手孔或检查孔。
人孔和
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- 第五章 压力容器零部件 第五 压力容器 零部件