SESA0302001螺栓緊固力矩規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

1、管道法蘭螺栓緊固力矩設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)SESA 0301 -2001實施日期2001年4月28日第 1 頁共 18 頁目 次1 總則1.1 范圍1.2 引用標(biāo)準(zhǔn)2計算方法2.1 一般要求2.2 計算步驟附錄A法蘭螺栓緊固力矩的計算實例附錄B常用的法蘭螺栓緊固力矩1 總則1.1 范圍1.1.1 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了法蘭螺栓緊固力矩的計算方法。1.1.2 本標(biāo)準(zhǔn)適用于設(shè)計壓力不大于35 MPa、鋼材的使用溫度在允許范圍之內(nèi)的法蘭螺栓緊固力矩的計算。1.2 引用標(biāo)準(zhǔn)使用本標(biāo)準(zhǔn)時。應(yīng)使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本。GB 150鋼制壓力容器。GB/T 196普通螺紋基本尺寸（直徑 1600 mm ）。-/2計算方法2.1 一般要求

2、2.1.1 本標(biāo)準(zhǔn)考慮了流體靜壓力及墊片壓緊力的作用，未考慮外力、外力矩的作用。2.1.2 法蘭螺栓緊固力矩是指為避免操作狀態(tài)下法蘭泄漏，在法蘭安裝時扭緊螺栓所需的扭力矩。該扭力矩在避免法蘭泄漏的同時，不致造成墊片損壞、法蘭永久變形和螺栓屈服。由于理論計算模型不可能與實際情況完全吻合，因此本標(biāo)準(zhǔn)的法蘭螺栓緊固力矩數(shù)值只作為施工中的參考，在操作狀態(tài)仍需考慮進行熱緊。2.2 計算步驟2.2.1 墊片基本密封寬度bo根據(jù)墊片型式及尺寸，按表 2.2.1確定墊片基本密封寬度bo (mm)。2.2.2 墊片有效密封寬度b墊片有效密封寬度b (mm)按以下規(guī)定計算：a)當(dāng) bow 6.4 mm 時，b =

3、 bo；b) 當(dāng) b06.4 mm 時，b = 2.53 bo。2.2.3 墊片壓緊力作用中心圓直徑DG2.2.3.1 對于活套法蘭，墊片壓緊力作用中心圓直徑Dg (mm)即為法蘭與翻邊接觸面的平均直徑。2.2.3.2 對于其他型式的法蘭，按下述規(guī)定計算DG(mm)：a)當(dāng)bow 6.4 mm時，Dg等于墊片接觸面的平均直徑；b) 當(dāng)bo6.4 mm 時，Dg等于墊片接觸面外直徑減2b。2.2.4 操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力按式(2.2.4 )計算：F D(2 P(2.2.4 )4式中：F操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力，N ;P設(shè)計壓力，MPa o2.2.5 操作狀態(tài)下需要的最小墊

4、片壓緊力按式(2.2.5 )計算：式中：Fp 操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N ;m 墊片系數(shù)，由表 2.2.5查得。表2.2.1墊片基本密度寬度Fp = 2 兀 Dg b m P(2.2.5 )-/表2.2.5墊片參數(shù)壓緊面形狀（簡圖）墊片基本密封寬度boIn1c N+ g2+ N（4 最大）1d0 N+ g2+ N（4最大）+ 3N83N87N163N8注：當(dāng)鋸齒深度不超過0.4 mm ,齒距不超過0.8 mm 時，應(yīng)采用 1b或1d的壓緊面形狀。-/墊片材料墊片 系數(shù)m比壓力y MPa簡圖壓緊向 形狀類 別無織物或少含量石 棉纖維的合成橡膠肖氏硬度彳氐于750.5001（a、b、c、d

5、）、4、5n肖氏硬度不低于751.001.4具有適當(dāng)加固物的石棉（石棉橡膠板）厚度3 mm2.0011厚度1.5 mm2.7525.5厚度0.75 mm3.5044.8內(nèi)有棉纖維的橡膠1.252.82內(nèi)啟后棉纖維的橡 膠，具有金屬加強 絲或不具有金屬加 強絲3層2.2515.22層2.50201層2.7525.5植物纖維1.757.61（a、b、c、d）、4、5內(nèi)填石棉纏繞式金屬碳鋼2.5691（a、b）不銹鋼或蒙乃爾3.0069波紋金屬板類殼內(nèi) 包石棉或波紋金屬 板內(nèi)包石棉軟鋁2.5020軟銅或黃銅2.7526鐵或軟鋼3.0031蒙乃爾或4 %6 %銘鋼3.2538不銹鋼3.5044.8軟鋁

6、2.7525.51（a、b、c、d）軟銅或黃銅3.0031鐵或軟鋼3.2538蒙乃爾或4 %6 %銘鋼3.5044.8不銹鋼3.7552.4續(xù)表墊片材料墊片 系數(shù)m比壓力y MPa簡圖壓緊向 形狀類 別平金屬板內(nèi)包石棉軟鋁3.25381a、 1b、1c、1d、2n軟銅或黃銅3.5044.8鐵或軟鋼3.7552.4蒙乃爾或3.5055.24%6%銘鋼3.7562.1不銹鋼3.7562.1槽型金屬軟鋁3.25381（a、b、c、d）、2、3軟銅或黃銅3.5044.8鐵或軟鋼3.7552.4蒙乃爾或4%6%銘鋼3.7562.1不銹鋼4.2569.6金屬平板軟鋁4.0060.71（a、b、c、d）、2

7、、3、4、5i軟銅或黃銅4.7589.6鐵或軟鋼5.50124.1蒙乃爾或4%6%銘鋼6.00150.3不銹鋼6.50179.3金屬環(huán)鐵或軟鋼5.50124.16蒙乃爾或4%6%銘鋼6.00150.3不銹鋼6.50179.3 見表2.2.1。 本表所列各種墊片的m、y值及適用的壓緊面形狀，均屬推薦性資料。采用本表推薦的墊片參數(shù)（m、y）并按本章規(guī)定設(shè)計的法蘭，在一般使用條件下，通常能得到比較滿意的使用效果。但在使用條件特別苛刻的場合，如在諸如氧化物介質(zhì)中使用的墊片，其參數(shù)m、y,應(yīng)根據(jù)成熟的使用經(jīng)驗謹(jǐn)慎確定。2.2.6 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載按式（2.2.6 ）計算：Wp = F+ F

8、p(2.2.6 )-/-/ 式中：WP操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載，N。2.2.7 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載按式(2.2.7 )計算：Wa=兀 DG b y(2.2.7 )式中：Wa預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載,N ；y墊片比壓力，MPa,由表2.2.5查得。2.2.8 確定預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載，具體步驟如下：a)確定預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，其數(shù)值按式(2.2.8-1 )計算：Aa W(2.2.8-1 )b 式中：Aa預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，mm 2;(7 b 常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa ;螺栓材料的許用應(yīng)力數(shù)值可參照GB 150 -1998 表 4-7。

9、b)確定操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，其數(shù)值按式(2.2.8-2 )計算：ApWpt(2.2.8-2 )式中:Ap操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，mm 2;b 設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力，MPa ;螺栓材料的許用應(yīng)力數(shù)值可參照 GB 150 - 1998 表 4-7。c) 需要的螺栓總面積 Am取Aa與Ap之間的大值。d)確定預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載，其數(shù)值按式(2.2.8-3 )計算：AjWy= Am Ab b(2.2.8-3 )2式中：Wy預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載，N ;Ab實際螺栓總面積，它應(yīng)不小于需要的螺栓總面積Am。其數(shù)值按式(2.2.8-4)計算：Ab = n A(2.2.

10、8-4 )式中:螺栓個數(shù);A單個螺栓實際面積A, mm2;其數(shù)值按式(2.2.8-5 )計算：A= (d1 2)2(228-5 )46式中：di 外螺紋小徑,查得；mm。di可根據(jù)所選螺栓公稱直徑及螺矩由GB/T 196 - 1981Pi螺矩， mm2.2.9螺栓設(shè)計總荷載W (N)取預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載，即W= Wy。2.2.10法蘭每個螺栓所需的緊固力矩按式(2.2.10 )計算:(2.2.10 )丁= 10 3 k W dBn式中:T法蘭每個螺栓所需的緊固力矩，N m；k扭矩系數(shù)。它與螺栓、螺母的松緊配合，螺紋、螺母和法蘭的表面的光潔度和磨擦系數(shù)有關(guān)。在允許情況下 k值可通過抽樣進

11、行測定，其數(shù)值一般在0.110.15之間。在無法測定的情況下，建議將 k值取為0.13 ;dB螺栓公稱直徑，mm。2.2.11法蘭螺栓緊固力矩的計算實例和常用的法蘭螺栓緊固力矩見附錄A和附錄Bo附錄A法蘭螺栓緊固力矩的計算實例A1計算實例一A1.1已知數(shù)據(jù)A1.1.1法蘭等級 PN42.0 MPa ,公稱直徑DN200 ,設(shè)計溫度 450 C,螺栓材料25Cr2MoVA 。A1.1.2 墊片為圓環(huán)墊，墊片材料為 TP316 ,墊片寬度為 22.224 mm ;墊片接觸 面平均直徑為 279.4 mm ;設(shè)計壓力 P為20 MPa ;常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力b為254 MPa ;設(shè)計溫度下螺栓材

12、料的許用應(yīng)力為185 MPa ;螺栓公稱直徑dB為52 mm ;螺矩 Pi為3 mm。螺栓個數(shù) n為12個。A1.2計算法蘭螺栓緊固力矩A1.2.1確定墊片基本密封寬度b。：查表2.2.1可知，對園環(huán)墊 bo=co/8 = 2.778 (mm)。A1.2.2確定墊片有效密封寬度b :因為 bo 6.4 mm ,所以 b=bo= 2.778(mm)。A1.2.3確定墊片壓緊力作用中心圓直徑Dg :因為bo 6.4 mm ,所以Dg =墊片接觸面的平均直徑=279.4(mm)。A1.2.4 由式(2.2.4 )計算操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力F:F = DG P 4 3 14 =3.14 2

13、79.4 2 20 4 = 1.2262 106 (N)A1.2.5計算操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp：由表2.2.5可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片系數(shù)m為6.5 ;由式(2.2.5 )中計算得到操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp：Fp = 2 兀 Dg b m P =2 3.14 279.4 2.778 6.5 20 = 6.3397 105 (N)A1.2.6 由式(2.2.6 )計算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wp：= 1.2262 106+6.3397 105= 1.8602 106 (N)A1.2.7計算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa：由表2.2.5可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片比壓力

14、y 為 179.3由式（2.2.7 ）計算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa為:Wa=兀 DG b y=3.14 279.42.778 179.3A1.2.8a)= 4.372 105(N)計算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載按式（AaWy：2.2.8-1 ）計算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積=WaAa :5=4.37210254= 1721.26(mm2)b)按式（2.2.8-2 ）計算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Ap :ApWpfb_ 1,860210 6185= 10055.14(mm2)c)因AP大于Aa,所以需要的螺栓總面積Am為:Am = AP = 10055.14(mm2)d)根據(jù)G

15、B/T 196 -1981 ,對于公稱直徑為 52 mm、螺矩為3 mm的螺栓,_ 3,14d1 = 48.752 mm 。按式（2.2.8-5 ）計算單個螺栓實際面積A:/3、2(48.752 -) 6= 1828.55(mm2)e)實際螺栓總面積 Ab為:Ab=n A=12 1828.55 =21942.6(mm2)Wy：因為Ab大于Am,所以該Ab即為所求。利用上述計算結(jié)果，按式（228-3 ）計算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載-/Wy= Am-Ab b210055.14 21942.6 ”， =2542= 4.0637 106 (N)A1.2.9螺栓設(shè)計總荷載W為：W = Wy = 4.0

16、637 106 (N)A1.2.10 按式(2.2.10 )計算法蘭每個螺栓所需的緊固力矩T:3丁 10 k W dBT =n10 3 0.13 4.0637 106 52=12= 2289.22(N m)A2計算實例二A2.1已知數(shù)據(jù)A2.1.1法蘭等級 PN 25.0 MPa ,公稱直徑 DN250 ,設(shè)計溫度 150 C,螺栓材料35CrMoA 。A2.1.2墊片為圓環(huán)墊，墊片材料為軟鋼，墊片寬度為15.872 mm，墊片接觸面平均直徑為323.85 mm ;設(shè)計壓力 P為18.6 MPa ;常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力b為254 MPa ;設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力為221 MPa ;螺

17、栓公稱直徑 dB為50 mm ;螺距 Pi為3 mm。螺栓個數(shù) n為12個。A2.2計算法蘭螺栓緊固力矩A2.2.1確定墊片基本密封寬度b。：查表2.2.1可知，對圓環(huán)墊 b0= /8= 1.984(mm)。A2.2.2確定墊片有效密封寬度b :因為 b0 6.4 mm ,所以 b=b0= 1.984(mm)A2.2.3確定墊片壓緊力作用中心圓直徑Dg ；因為b06.4 mm ,所以Dg =墊片接觸面的平均直徑=323.85(mm)A2.2.4 由式(2.2.4 )計算操作狀態(tài)下內(nèi)壓力引起的螺栓總軸向力F:F=7 DG P43.149=-323.85 2 18.6= 1.5321106 (N)

18、A2.2.5計算操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp：由表2.2.5可知，軟鋼圓環(huán)墊的墊片系數(shù)m為5.5 ;由式2.2.5 ）可計算得到操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力Fp為:Fp = 2 DgA2.2.6A2.2.7=2 3.14= 4.1298323.85 1.984 5.5105 (N)18.6由式（2.2.6 ）計算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載WP= F+ Fp= 1.5321106+4.1298 105= 1.9451 106 (N)計算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa：由表2.2.5可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片比壓力y 為 124.1緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa為：A2.2.8a)

19、b)c)d)Wp：由式（2.2.7 ）計算預(yù)Wa=DG b y=3.14 323.85= 2.5049 1051.984 124.1計算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載按式（Aa按式（ApWy：2.2.8-1 ）計算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積2.5049 105254 = 986.182.2.8-2 )_ Wp_ 1.9451221Aa :(mm2)計算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Ap :106= 8801.36(mm2)因AP大于Aa,所以需要的螺栓總面積Am為:Am = Ap = 8801.36根據(jù) GB/T 196 1981 ,d1 二 46.752 mm 。按式A =一 (d)2463

20、 14=3-(46.7524(mm2)對于公稱直徑為 50 mm、螺距為3 mm的螺栓,（2.2.8-5 ）計算單個螺栓實際面積A:= 1680.11(mm2)e)實際螺栓總面積 Ab為：Ab=n A= 12 1680.11 =20161.34(mm2)因為Ab大于Am,所以該 Ab即為所求。利用上述計算結(jié)果，按式(2.2.8-3 )計算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載Wy：Wy Am +Ab b 2 8801 .36+20161 .34 ”， =2542= 3.6783 106 (N)A2.2.9螺栓設(shè)計總荷載W為：W = Wy= 3.6783 106 (N)A2.2.10 按式(2.2.10 )

21、計算法蘭每個螺栓所需的緊固力矩T:3T : 10 k W dB n 36100.13 3.6783 1050=12= 1992.41( N m)附錄B常用的法蘭螺栓緊固力矩從附錄 A中例題可以看出，螺栓的斷面和緊固力矩主要與操作狀態(tài)下的壓力有關(guān)，操作壓力均小于法蘭公稱壓力，按公稱壓力計算的螺栓斷面和緊固力矩是最大的，在此緊固力矩下又不致引起法蘭、螺栓和墊片的破壞和失效。為方便使用，將操作壓力等于公稱壓力，操作溫度等于150 C條件下計算得到的緊固力矩列表如下。一般情況下可直接采用。a） 法蘭壓力等級：PN15.0 MPa （相當(dāng)于 ANSI CLASS 900 ）;螺栓材料：25Cr2MoVA

22、 ;墊片形式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-1列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對應(yīng)的法蘭螺栓緊固力矩。表B-1 法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑 DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個數(shù) 個單個螺栓緊固力矩， N m不銹鋼墊片軟鋼墊片1520467.6766.462020470.1468.7925244132.43130.5840274203.24200.4650248145.18142.7580248164.30161.16100308322.86318.101503012342.50338.012003612625.00618.112503616633.90627.703003620650.9

23、1645.083503920861.22851.3040042201110.641098.6545048201680.661662.0050052202189.332167.19b） 法蘭壓力等級： PN15.0 MPa （相當(dāng)于 ANSI CLASS 900 ）;螺栓材料：35CrMoA ;墊片型式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-2列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對應(yīng)的法蘭螺栓緊固力矩。表B-2法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑 DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個數(shù) 個單個螺栓緊固力矩， N m不銹鋼墊片軟鋼墊片1520467.6766.462020470.1468.7925244123.89

24、122.0440274190.57187.7950248136.64134.2180248155.76152.62100308304.92300.161503012324.56320.072003612592.50585.612503616601.40595.203003620618.41612.583503920819.16809.2440042201057.311045.3245048201599.091580.4250052202189.332167.19c） 法蘭壓力等級：PN25.0 MPa （相當(dāng)于 ANSI CLASS 1500 ）;螺栓材料：25Cr2MoVA ;墊片型式：圓環(huán)

25、墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-3列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對應(yīng)的法蘭螺栓緊固力矩。表B-3 法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑 DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個數(shù) 個單個螺栓緊固力矩， N m不銹鋼墊片軟鋼墊片1520476.9174.902020481.0578.7925244148.36145.2740274231.42226.7650248169.61165.5580308353.64346.39100338498.01488.541503612650.33640.0620042121127.311108.1825048121742.351716.1230052162196.18216

26、1.7735056162818.472770.9540064164193.824125.3045072165986.725899.2250076167225.387163.23d） 法蘭壓力等級：PN25.0 MPa （相當(dāng)于 ANSI CLASS 1500 ）;螺栓材料：35CrMoA ;墊片型式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-4列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對應(yīng)的法蘭螺栓緊固力矩。表B-4法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑 DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個數(shù)個單個螺栓緊固力矩， N m不銹鋼墊片軟鋼墊片1520476.9174.902020481.0578.7925244139.81136.7340274218.75214.0950248161.06157.0180308336.55329.29100338474.53465.061503612617.83607.5620042121073.971054.8525048121660.781634.5530052162196.182161.7735056162818.472770.95400