SESA0301-2001螺栓緊固力矩標(biāo)準

1、設(shè)計標(biāo)準管道法蘭螺栓緊固力矩SESA 0301 -2001實施日期2001年4月28日1 M 18iT1 總則1.1 范圍1.2 引用標(biāo)準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)準規(guī)定了法蘭螺栓緊固力矩的計算方法。1.1.2 本標(biāo)準適用于設(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)準使用本標(biāo)準時。應(yīng)使用下列標(biāo)準最新版本。GB 150鋼制壓力容器。GB/T 196普通螺紋基本尺寸（直徑 1600 mm ）。SESA 0301 -2001第19頁共1

2、8頁2計算方法2.1 一般要求2.1.1 本標(biāo)準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b0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b0 (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) b0

3、< 6.4 mm 時，b = b0;b) 當(dāng) b°>6.4 mm 時，b = 2.53qb7。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)b006.4 mm時，Dg等于墊片接觸面的平均直徑；b) 當(dāng)b°>6.4 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：_ 冗 _。_F = M D： MP(2.2.4 )4式中：F操作狀態(tài)

4、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)下需要的最小墊片壓緊力按式(2.2.5 )計算：Fp = 2 冗黑DGbmiMP(2.2.5 )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。壓緊面形狀（簡圖）表 2.2.1墊片基本密度寬度1c）J、- 上r_ < N1d；& N墊片基本密封寬度b0IRNN.22。+ $gs+ 6g226 + N8+ N（4 最大）（4 最大）。+ N© + 3N48N3N483N7N816N3N488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

5、 1b或1d的壓緊面形狀。表2.2.5 墊片參數(shù)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75肖氏硬度不低于750.501.0001.41（a、b、c、d）、4、5n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1.252.8內(nèi)有石棉纖維的橡 膠，具有金屬加強 絲或不具有金屬加 強絲3層2.2515.22層2.5020L蜉1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

6、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3.2538公 '廣1a、 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

7、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、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注：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

8、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 + Fp(2.2.6 )Wp操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載,No2.2.7預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載按式（2.2.7 )計算:式中:(2.2.7 )Wa 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載,N；Wa=兀 xDgxbxy式中:y墊片比壓力，MPa,由表2.2.5查得。2.2.8-1 )計算: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

9、按式（AaWa(2.2.8-1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。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:ApWp(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；二b 設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力,照 GB 150 - 1998 表 4-7 。MPa ;螺栓材料的許用應(yīng)力數(shù)值可參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:Wy =AmA

10、b口(228-3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 = nA(228-4 )式中:n 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= -x(di -P1)2(228-5 )416GB/T 196 - 1981式中：d1 外螺紋小徑，mm。d1可根據(jù)所選螺栓公稱直徑及螺矩由查得；P1螺矩， mm o2.2.9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 )3e

11、10 k W dB1 =n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 ;2.2.11附錄BdB 螺栓公稱直徑，mm。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TP31

12、6 ,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ob為254 MPa ;設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力仃；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 b°= 3/8 = 2.778 (mm)。A1.2.2確定墊片有效密封寬度b :因為 b0< 6.4 mm ,所以 b=b0= 2.778(mm)。A1.2.3確定墊片壓緊力作用中心圓直徑Dg :因為b

13、0<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= 三 mP4 G=3_14 279.4 2 20 4= 1.2262 父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兀皿。5卬=2 3.14 279.4 2.778 6.5 20= 6.3397 M10 5 (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W

14、p：Wp= F + Fp=1.2262 父106+6.3397 父105= 1.8602 m106 (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 MDGMbMy= 3.14 279.4 2.778 179.3= 4.372 父105 (N)A1.2.8計算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載Wy：a)按式（2.2.8-1 ）計算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Aa :Aa-5=4.37210254= 1721.26(mm2)b)按式（2.2.8-2 ）計算操作狀

15、態(tài)下需要的最小螺栓總面積Ap：ApWp1.860210 618510055.14(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)GB/T 196 -1981 ,對于公稱直徑為 52 mm、螺矩為3 mm的螺栓,d1 = 48.752 mm 。按式（2.2.8-5 ）計算單個螺栓實際面積A:=3.14,3、0黑(48.752 -)2 6= 1828.55(mm2)e)實際螺栓總面積 Ab為:Ab=nMA=12M1828.55 =21942.6(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(228-3 )計算預(yù)

16、緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載Wy：Wy=210055 .14 21942 .62542= 4.0637 x106 (N)A1.2.9螺栓設(shè)計總荷載W為：W = Wy = 4.0637 父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 dBn100.13 4.0637 106 52122289.22(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，

17、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。k為254 MPa ;設(shè)計溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力仃；為221 MPa ;螺栓公稱直徑 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b0：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b0<6.4 mm ,所以Dg =墊片接觸面的平均

18、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:3.142=4323.8518.6= 1.5321 父106 （N）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 = 2jrxDGMbMmxP=2 3.14 323.85 1.984 5.5 18.6= 4.1298 x105 (N)Wp：由式（2.2.7 ）計算預(yù)A2.2.6 由式（2.2.6 ）計算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wp = F + Fp=1

19、.5321 X106+4.1298 父105=1.9451 x106 （N）A2.2.7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 y為124.1 緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa為：Wa=啟 DGMbMy= 3.14 323.85 1.984 124.1=2.5049 父105 (N)A2.2.8 計算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載 Wy：a)按式（2.2.8-1 ）計算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Aa：AaWa u5= 2.5049 10254Ap := 986.18(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 =W

20、pU1.9451 106221= 8801.36(mm2)c） 因Ap大于Aa,所以需要的螺栓總面積 Am為:Am = Ap = 8801.36（mm2）d） 根據(jù)GB/T 196 -1981 ,對于公稱直徑為50 mm、螺距為3 mm的螺栓，d1 = 46.752 mm。按式(2.2.8-5 )計算單個螺栓實際面積A:A = x(d旦)2 463.14 /3、2=x(46.752 -)46= 1680.11(mm2)e） 實際螺栓總面積 Ab為：Ab= nxA= 12x1680.11 =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

21、)計算預(yù)緊狀態(tài)下的螺栓設(shè)計總荷載Wy：Wy = Am + Ab 2 8801 .36 + 20161 .34 254 2= 3.6783 父106 (N)A2.2.9螺栓設(shè)計總荷載 W為：W = Wy=3.6783 父106 (N)A2.2.10 按式(2.2.10 )計算法蘭每個螺栓所需的緊固力矩T:10" k W dB I =n_ 10，0.13 3.6783 106 5012= 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

22、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 ;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.

23、5840274203.24200.4650248145.18142.7580248164.30161.16100308322.86318.101503012342.50338.012003612625.00618.112503616633.90627.703003620650.91645.083503920861.22851.3040042201110.641098.6545048201680.661662.0050052202189.332167.19b） 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：

24、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1520467.6766.462020470.1468.7925244123.89122.0440274190.57187.7950248136.64134.2180248155.76152.62100308304.92300.161503012324.56320.072003612592.50585.612503616601.40595.203003620618.41612.58350392081

25、9.16809.2440042201057.311045.3245048201599.091580.4250052202189.332167.19c） 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)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1520476.9174.902020481.0578.7925244148.36145.27402742

26、31.42226.7650248169.61165.5580308353.64346.39100338498.01488.541503612650.33640.0620042121127.311108.1825048121742.351716.1230052162196.182161.7735056162818.472770.9540064164193.824125.3045072165986.725899.2250076167225.387163.23d） 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

27、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 DN螺栓公稱直徑螺栓個數(shù)單個螺栓緊固力矩， N mmmmm個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