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人孔、可调缩孔及视镜等设备用法兰及紧固件要求

  人孔可调缩孔视镜等设备用法兰、垫片及螺栓三者组成管道中可拆卸的连接结构,它在石油化工生产装置中的应用很普遍,也是一种很重要的连接形式。通常,法兰、螺栓与垫片三者共同构成一个密封副,三者共同作用,相辅相承,才能保证接头的良好密封。因此,通常将它们放在一起研究。盲板、8字盲板、限流孔板、混合孔板等与法兰、垫片及螺栓的比较关系密切,常与它们配合使用,因此也放在一起进行介绍。

  一、法兰

  人孔、可调缩孔及视镜等设备用法兰是确定管道公称压力等级的基准件。由第二章中的介绍可知,法兰的种类很多,不同型式的法兰,其密封性能不同,应用场合也不同。第三章从理论上给出了不同型式的法兰特点和密封性能,在这类仅讨论不同型式的法兰应如何选用。

  关于法兰的应用,这是一个很复杂的问题,它不仅要求材料工程师具有相关的理论知识,还应有一定的工程经验。在第三章中,已经介绍了法兰公称压力等级的选用方法,这里则重点介绍结构型式和密封面型式的选用。应该说这里介绍的选用方法并不是哪一个标准的规定,而是作者的工作经验,仅供参考。

  就人孔、可调缩孔及视镜等设备结构型式的选用来说,一般情况下,平焊法兰多用于介质条件比较缓和的情况下,如低压非净化压缩空气、低压循环水等。它的优点是价格比较便宜;对焊法兰则是最常用的一种,它与管子为对焊连接,焊接接头质量比较好,而且法兰的颈部利用锥度过渡,可以承受较苛刻的条件;承插焊法兰则常用于PN≤10.0MPa、DN≤40mm的管道中,原因见上节所述;松套法兰常用于介质温度和压力都不高而介质腐蚀性较强的情况。当介质腐蚀性较强时,法兰接触介质的部分(翻编短节)为耐腐蚀的高等级材料如不锈钢等材料,而外部则利用低等级材料如碳钢材料的法兰环夹紧它以实现密封;整体法兰则常常是将法兰与设备、管子、管件、阀门等做成一体,这种型式在设备和阀门上常用,管子及管件中不常用。

  就密封面型式的选用来说,一般情况下,人孔、可调缩孔及视镜等设备用全平面密封面常与平焊型式配合以适用于操作条件比较缓和的(PN£1.0)工况下。它通常用于铸铁法兰或与铸铁连接的钢法兰;凸台面密封面是应用最广的一种型式,它常与对焊和承插焊型式配合使用,在“美式法兰”中,常用在PN2.0、PN5.0和部分PN10.0MPa压力等级中,在“欧式法兰”中则常用在PN1.6、PN2.5MPa压力等级中;凹凸面密封面常与对焊和承插型式配合使用,在“美式法兰”中不常采用,在“欧式法兰”中常用在PN4.0、PN6.4MPa压力等级中。但它不便于垫片的更换;榫槽面密封面使用情况同凹凸面法兰;环槽面密封面常与对焊连接型式配合(不与承插焊配合)使用,主要用在高温、高压或二者均较高的工况。在“美式法兰”中,常用在PN10.0(部分)、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPa压力等级中。在“欧式法兰”中常用在PN10.0、PN16.0、PN25.0、PN32.0、PN40.0MPa压力等级中。

  二、螺栓/螺母

  人孔、可调缩孔及视镜等设备选择法兰连接用紧固件材料时,应同时考虑管道操作压力、操作温度、介质种类和垫片类型等因素。垫片类型和操作压力、操作温度一样,都直接对紧固件材料强度提出了要求。例如,对于采用缠绕式垫片密封的低压剧毒介质管道的法兰连接,尽管管道的操作压力和温度都不高,但是,因为使缠绕式垫片形成初始密封时所需要的比压力较大,从而要求紧固件的承受载荷也较大,因此,在这种情况下就要求紧固件采用高强度合金钢材料。常用的螺栓材料及使用条件在SH3059标准中已有明确的规定,在此不再论述。值得一提的是合金钢螺柱均应采用高级优质钢,即材料牌号后均应加字母A,如35CrMoA、25Cr2MoVA等。SH3059标准在规定螺栓的使用条件时,借鉴了ANSI B16.5标准的规定,即将螺栓简化为低强度螺栓(一般为碳钢材料)、中强度螺栓(一般为铬钢材料)、高强度螺栓(一般为铬钼钢或铬钼钒钢材料)三类,而我国的压力容器以及JB标准、HG标准则将螺栓的使用条件和使用材料分得比较细。

  根据人孔、可调缩孔及视镜等设备结构型式的不同,螺栓可分为六角头螺栓和双头螺栓(又称为螺柱)两类,而双头螺栓又分为通丝和非通丝两种。其中,六角头螺栓常与平焊法兰和非金属垫片配合用于操作条件比较缓和的工况下。六角头螺栓常用材料是BL3或者是Q235B;双头螺栓常与对焊法兰配合使用用在操作条件比较苛刻的工况下。其中,因为通丝型双头螺栓上没有截面形状的变化,故其承载能力强。而非通丝型双头螺栓则相对承载能力较弱。

  SH3404标准中同时给出了I型和II型两种螺母型式。其中,I型螺母厚度为0.8倍的螺母公称直径,常用在操作条件比较缓和的工况条件下。而II型螺母厚度为1.0倍的螺母公称直径,常与双头螺柱配合用在操作条件比较苛刻情况下。螺母的材料常根据与其配合的螺栓材料确定,这些组合在一般的标准中如SH3059中都有规定。一般情况下,人孔、可调缩孔及视镜等设备用螺母材料应稍低于螺栓材料,并保证螺母硬度比螺栓硬度低HB30左右。