1. 設計條件
選擇法蘭連接用緊固件材料時,應同時考慮管道操作壓力、操作溫度、介質種類和墊片類型等因素。墊片類型和操作壓力、操作溫度一樣,直接對緊固件材料強度提出了要求。例如,采用纏繞式墊片密封的低壓劇毒介質管道的法蘭連接,盡管管道的操作壓力和溫度都不高,但因為使纏繞式墊片形成初始密封時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或高溫條件下應采用全螺紋螺柱或等長雙頭螺柱。屈服強度不超過235MPa的低強度緊固件,僅使用于PN≤2.0MPa非金屬墊片的法蘭連接,不得應用于劇烈循環操作工況,碳鋼低強度緊固件使用溫度范圍為-20~200℃。經變形硬化的奧氏體不銹鋼緊固件用于非軟質墊片法蘭連接時,應驗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):沒有頭部的,僅有兩端均外帶螺紋的一類緊固件。常與對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有截面形狀的變化,故其承載能力強。而非通絲型雙頭螺栓則相對承載能力較弱。
④. 螺柱適用于所有公稱壓力等級的管法蘭,以往規定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《石油化工管道設計器材選用通則》規定除PN<5.0MPa,采用軟質墊片的法蘭連接可選用六角頭螺栓外,其他法蘭連接均應選用全螺紋螺柱。ASME B16.5也有類似規定,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,細牙螺紋均比粗牙螺紋要大,中國石化集團公司標準規定M≥36mm一律用螺距為3mm的細牙M≥36m螺紋。原化工部標準規定螺紋直徑M10~27時,采用粗牙螺紋;M30~45時采用細牙螺紋。
⑥. 螺母材料常根據與其配合的螺栓材料確定,這些組合在一般的標準中都有規定。一般情況下,螺母材料應稍低于螺栓材料,并保證螺母硬度比螺栓硬度低HB30左右。
①. 螺柱應為通絲,并帶有兩個螺母,螺母應選用Ⅱ型(m=1d)六角螺母。六角頭螺栓應配用I型((m=0.8d)78d)六角螺母。
②. 商品級六角螺栓,其產品公差等級采用A級和B級,性能等級為8.8級,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合。其最高使用溫度為250℃相應的螺母性能等級為8級。
③. 商品級雙頭螺柱,其產品公差等級采用A級和B級,性能等級為8.8級,僅用于PN<4.0M Pa,配用非金屬軟墊片。其最高使用溫度為250℃,相應的螺母性能等級為8級。
④. 專用級的螺栓(柱)、螺母的選配應符合HG/T 20613和20634《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》中的有關規定。其材質的選擇要以使用溫度一壓力為基準。
⑤. 墊圈在一般情況時不宜使用,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才使用。
⑥. 螺柱,螺栓和螺母的公差等級均分A、B、C三級。C級過去稱粗制,A、B級過去有的分別叫精制、半精制,也有的統稱為精制。石油化工管法蘭緊固件標準規定一律符合B級產品要求。HG規定壓力≤0.6MPa時可采用C級產品。
3. 螺栓/螺母材料的選擇
①. 螺母材料常根據與其配合的螺栓材料確定,這些組合在一般的標準中都有規定。一般情況下,螺母材料應稍低于螺栓材料,并保證螺母硬度比螺栓硬度低HB30左右。
②. 墊片類型和操作壓力、操作溫度一樣,都直接對緊固件材料強度提出了要求。例如,采用纏繞式墊片密封的低壓劇毒介質管道的法蘭連接,盡管管道的操作壓力和溫度都不高,但因為使纏繞式墊片形成初始密封時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度合金鋼材料。
③. 合金鋼螺柱均應采用高級優質鋼.即材料牌號后均應加字母A,如35CrMoA、25CrMoVA。
④. 管法蘭大量采用專用級緊固件,這種用材料牌號表示的螺栓螺母的機械性能根據GB150的規定。
⑤. 螺母的機械性能稍低于螺栓/螺柱。
①. 低溫用緊固件,應對其材料的低溫沖擊韌性作出規定。
②. 緊固件在蠕變溫度范圍內使用時,應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與法蘭材料具有相近的熱膨脹系數。
④. 低強度緊固件僅用于公稱壓力小于或等于PN16、采用非金屬平墊片的法蘭接頭,不應使用于劇烈循環的工況。
⑤. 六角頭螺栓僅適用于公稱壓力小于或等于PN16的場合。公稱壓力大于或等于PN40或高溫工況下,應采用全螺紋螺柱。
6. 螺柱/螺栓的長度及數量應符合法蘭的標準要求。
7. 設計壓力和溫度。
①. 公稱壓力≥10.0MPa時,或溫度壓力變化急劇頻繁時,可采用全螺紋螺柱。
②. 公稱壓力≤6.3MPa時,可采用等長雙頭螺柱。
③. 公稱壓力≤1.6MPa可選用六角頭螺栓。