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& C Technology
工程技术
高压法兰螺栓预紧力计算
杨玉勇邱波付云峰赵齐军陈亮
中国石油天然气第一建设有限公司河南洛阳471023
摘要以云南石化1000万t/a炼油项目,渣油加氢脱硫装置内循环氢脱硫塔富胺液出口法兰螺栓预紧力的计算为例,对
炼油及其他行业里的高温高压法兰螺栓的预紧力和预紧力矩的计算过程进行阐述,方便日后施工。
关键字法兰螺栓预紧力应力线应变系数弹性模量
中图分类号TE682文献标识码B文章编号1672-9323(2016)06-0057-02
目前,石油化工行业以及一些化工厂里面法兰连接形式是对螺栓产生的力和螺栓由于受温度影响而产生的温度应力。
比较常见的,而且大多数法兰的工作环境都处在高温、高压状态2.1.1容器或管线内部压强对螺栓产生的力
下,一旦法兰螺栓预紧力矩不够,就会导致设备或管线内介质泄
F=PS=15,5×!xrx400×400=1946800N
露,造成严重的后果。施工过程中往往是参照力矩扳手上的参数
表进行紧固的,然而这样査询仅仅适用于常温工况下,在高温情
F
F_1946800
16=121675N
况下,此表上的数据就不准确了。因此,为了保证施工和生产安
其中:P容器或管道内的压强
全,准确的螺栓预紧力和预紧力矩的计算是很有必要的。下面以
S-一容器或管道内压强作用在法兰的面积(偏保守);
渣油加氢脱硫裝置内循环氢脱硫塔富胺液出口法兰为例,对其
F。一单根螺栓所受的力
螺栓的预紧力和预紧力矩进行阐述。
n法兰面螺栓的个数。
2.1.2温度对单根螺栓产生的温度应力
1循环氬脱硫塔富胺液出口法兰及螺栓参数
温度应力表达式为:
循环氢脱硫塔富胺液出口法兰及其连接螺栓见下表1。
o度=a?T?E(选自《材料力学》第五版,第43页
表1法兰及螺栓参数表
受温度影响单根螺栓所受的力为
法兰名称法兰规格(MP
设计压力设计温度螺栓规格螺栓个数
温度一O温度
(c)(m
(套)
带入数据可得:F温度=1898091N
富胺液出口DN400
15.5250(-2.8)M64*3+58016Mn
其中:α一螺栓的线应变系数
12.56
法
PN26
10mm/mm. C:
T螺栓温度的变化量,T=250℃(偏保守);
2螺栓预紧力和预紧力矩的计算
E一螺栓的弹性模量,E=188×10MPa
循环氢脱硫塔富胺液出口法兰联接螺栓的材质为16Mn。在
综上所述:
250℃C时,16Mn的弹性模量为188×10MPa,平均线膨胀系数
单根螺栓所受的总拉力为:F总=F+F温度=2019766N
a=12.56×10mm/mm·℃(选自GB150-2011《压力容器》,第
所以单根螺栓所受的预紧力大小为:Fe=2019766N
85页)。
2.2螺栓的预紧力矩的计算
2.1螺栓的预紧力的计算
螺栓的预紧力矩计算公式为
螺栓的预紧力由两部分组成,分别为容器或管线里的压强
T=0.2Fd(选自《饥械设计手册》,第67页)
石油化工建设2066157
万方数据
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帯人数据得:T=25853Nm。
降低温度应力所产生的预紧力矩。具体的减少量需要在实践中
其中:T螺栓的预紧力矩;
不断实践获得,希望本文能为日后法兰连接施工提供参考。
F螺栓的预紧力;
参考文献
d一螺栓的直径。
中国国家标准化委员会,GB150.2-2011《压力容器》.北京:中国标准
本文的计算都过于保守,因为在实际工作中,螺栓一般都是
出版社,2011
外置的,螺栓的温度不可能和设备或管道内介质的温度相同,所
闻邦樁.机械设计手册》,机械工业出版社,2010
以在实际的计算中可以适当的减小温度的变化量的数值,从而
3刘鸿文.《材料力学》第五版.北京:高等教育出版社,2011.1
(收稿日期:2015-09-11)
(上接54页
本装置硝酸镁浓度在66,5%~74%之间,当温度低于约
50℃时就会析出堵塞管道,因而管道布置时应尽可能避免死点
在本装置中,8条单线会出现不同时运行的状况,因而硝酸镁主
管和分支管的相对位置非常重要。原设计中,各支管间距离很
远,存在很长的死管段,极易出现物料析出堵塞管道。对此,我们
依据现场各套单线的位置,对硝酸镁管线进行改造,最大限度消
除了盲点(见图2)。
去浓缩段A-H
去浓缩段A-H
回流管?
回流管
回流管B
图3排气阀和压力表方向改造
(浓酸
浓酸镁
7装置框架新增0.5MPa低压氮气、0.TMPa工厂空气
改造前
改造后
管线
图2硝酸镁管线布置改造
在本浓硝酸装置运行中,正常工况下不需要低压氮气和工
厂空气,因而图纸未设计低压氮气和工厂空气。但经过考察其他
5对开法兰选型
厂家,发现在若干单线停车时高硅铸铁管线需充氮保护,可有效
高硅铸铁管线外径等参数同常规英制管不一样,管道连接减缓锈蚀;塔类、大罐检修时,也需要氮气和空气置换。因而我们
对开法兰参数和HG20615-2009也不一致。但是其管道上的阀在项目建设期间引入上述两种介质主管,并在适宜位置甩头。
门和仪表检测件法兰端都是标准尺寸,图纸设计的304L对开法
兰参数还是同高硅铸铁件一致,安装时不能使用。重新采购对开8结语
法兰,其内径同高硅铸铁管外径,外径和螺栓按照
纵观本次浓硝酸装置建设,发现设计上存在许多不合适的
HG20615-2009标准件制造。将剩余的原规格304L对开法兰当
细节,各方的图纸审核工作也不够精细,造成材料浪费和返工作
高硅铸铁管道连接用备件。
业。只有设计单位、建设单位和施工单位都全面把控,严抓细节,
紧跟国家安全环保、节能高效政策,才能建设起真正的优良工
6塔尾、镁尾泵出口排气阀及压力表方向
程
在图纸设计中,塔尾、镁尾泵出口排气阀都设置在切断阀参考文献
后,无法起到作用,将其移至止回阀下部。塔尾、镁尾泵出口压力1浓硝酸装置操作规程,山东华鲁恒升化工股份有限公司,2013
表图纸设计朝向电机方位,这样要是发生泄漏物料就会腐蚀电2刘德仁?淮化硝酸生产工艺优化及效果.中氮肥,2007年第4期
机,带来安全隐患和财产损失,对其进行改造移至侧面,不影响
(收稿日期:2015-10-16
机泵检修(见图3)。
58,破