【国家标准】SESA 0301-2001 管道法兰螺栓紧固力矩

设计标准 301施日期 200 1年4月28日中国石化工程建设公司管道法兰螺栓紧固力矩 第 1 页 共 18 页 目 次 1 总则 范围 引用标准 2 计算方法 一般要求 计算步骤 附录A 法兰螺栓紧固力矩的计算实例 附录B 常用的法兰螺栓紧固力矩 1 总则 围 本标准规定了法兰螺栓紧固力矩的计算方法。 本标准适用于设计压力不大于35 材的使用温度在允许范围之内的法兰螺栓紧固力矩的计算。 引用标准 使用本标准时。应使用下列标准最新版本。 50 钢制压力容器。 196 普通螺纹 基本尺寸（直径1600 。 301 2 页 共 18 页2 计算方法 一般要求 本标准考虑了流体静压力及垫片压紧力的作用，未考虑外力、外力矩的作用。 法兰螺栓紧固力矩是指为避免操作状态下法兰泄漏，在法兰安装时扭紧螺栓所需的扭力矩。该扭力矩在避免法兰泄漏的同时, 不致造成垫片损坏、法兰永久变形和螺栓屈服。由于理论计算模型不可能与实际情况完全吻合，因此本标准的法兰螺栓紧固力矩数值只作为施工中的参考，在操作状态仍需考虑进行热紧。 计算步骤 垫片基本密封宽度 垫片有效密封宽度b 垫片有效密封宽度b（以下规定计算： a) 当.4 bb) 当.4 b对于活套法兰，垫片压紧力作用中心圆直径DG（为法兰与翻边接触面的平均直径。 对于其他型式的法兰，按下述规定计算DG（ a) 当.4 b) 当.4 操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力按式（算： =2） 式中： F操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力，N； P设计压力，操作状态下需要的最小垫片压紧力按式（算： DGbmP （式中： 操作状态下需要的最小垫片压紧力，N； m垫片系数， 301 3 页 共 18 垫片基本密度宽度 垫片基本密封宽度紧面形状（简图） 1a 1b 1c N 1d N （ 最大） （ 最大） 2 N/2 3 N/2 456 4 42 N83N4N83 当锯齿深度不超过0.4 距不超过0.8 采用1 301 4 页 共 18 垫片参数 垫片材料 垫片系数m 比压力y 图 压紧面 形状类别肖氏硬度低于75 无织物或少含量石棉纤维的合成橡胶 肖氏硬度不低于75 度3 1 厚度 1.5 有适当加固物的石棉（石棉橡胶板） 有棉纤维的橡胶 层 层 0 内有石棉纤维的橡胶，具有金属加强丝或不具有金属加强丝 1层 (a、b、c、d)、 4、5 1(a、b、c、d)、 4、5 碳钢 9 内填石棉缠绕式金属 不锈钢或蒙乃尔 9 软铝 0软铜或黄铜 6 铁或软钢 1 蒙乃尔或 4 %6 %铬钢 8 波纹金属板类壳内包石棉或波纹金属板内包石棉 不锈钢 (a、b) 1 铁或软钢 8 蒙乃尔或 4 %6 %铬钢 锈钢 (a、b、c、d) 301 5 页 共 18 页续表 垫片材料 垫片系数m 比压力 y 图 压紧面 形状类别软铝 8软铜或黄铜 %6 %铬钢 金属板内包石棉 不锈钢 b、1c、 1d、28 软铜或黄铜 %6 %铬钢 型金属 不锈钢 (a、b、c、d)、 2、3 %6 %铬钢 属平板 不锈钢 (a、b、c、d)、2、3、4、5 %6 %铬钢 属环 不锈钢 注： 本表所列各种垫片的m、属推荐性资料。采用本表推荐的垫片参数（m、y）并按本章规定设计的法兰，在一般使用条件下，通常能得到比较满意的使用效果。但在使用条件特别苛刻的场合，如在诸如氰化物介质中使用的垫片，其参数m、y，应根据成熟的使用经验谨慎确定。 301 6 页 共 18 操作状态下需要的最小螺栓总荷载按式（算： ） 式中： 操作状态下需要的最小螺栓总荷载，N。 预紧状态下需要的最小螺栓总荷载按式（算： DGby （式中： 预紧状态下需要的最小螺栓总荷载，N； y垫片比压力，确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，具体步骤如下： a) 确定预紧状态下需要的最小螺栓总面积，其数值按式（算： （式中： 预紧状态下需要的最小螺栓总面积，b常温下螺栓材料的许用应力，栓材料的许用应力数值可参照 50b) 确定操作状态下需要的最小螺栓总面积，其数值按式（算： （式中： 操作状态下需要的最小螺栓总面积，设计温度下螺栓材料的许用应力，栓材料的许用应力数值可参照50c) 需要的螺栓总面积d) 确定预紧状态下的螺栓设计总荷载，其数值按式（算： Wy2+ 式中： 预紧状态下的螺栓设计总荷载，N； 实际螺栓总面积，它应不小于需要的螺栓总面积数值按式(算： 301 7 页 共 18 页AbnA （式中： n螺栓个数； A单个螺栓实际面积A，数值按式（算： A21164）（式中： 外螺纹小径，mm。 196螺矩，螺栓设计总荷载W（N）取预紧状态下的螺栓设计总荷载，即W兰每个螺栓所需的紧固力矩按式（算： （式中： T法兰每个螺栓所需的紧固力矩，Nk扭矩系数。它与螺栓、螺母的松紧配合，螺纹、螺母和法兰的表面的光洁度和磨擦系数有关。在允许情况下无法测定的情况下，螺栓公称直径，法兰螺栓紧固力矩的计算实例和常用的法兰螺栓紧固力矩见附录录B。 301 8 页 共 18 页附录A 法兰螺栓紧固力矩的计算实例 计算实例一 已知数据 称直径计温度450 ，螺栓材料25垫片为圆环垫，垫片材料为片接触面平均直径为279.4 计压力温下螺栓材料的许用应力计温度下螺栓材料的许用应力为185 栓公称直径2 矩栓个数计算法兰螺栓紧固力矩 确定垫片基本密封宽度园环垫 确定垫片有效密封宽度b： 因为.4 以b 确定垫片压紧力作用中心圆直径因为.4 以片接触面的平均直径 由式（算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F： F 24 0 3414.06（N） 计算操作状态下需要的最小垫片压紧力式（计算得到操作状态下需要的最小垫片压紧力DGbmP 20 05（N） 由式（算操作状态下需要的最小螺栓总荷载 301 9 页 共 18 页0605 06 （N） 计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载式（算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载DGby 05（N） 计算预紧状态下的螺栓设计总荷载a) 按式（算预紧状态下需要的最小螺栓总面积b) 按式（算操作状态下需要的最小螺栓总面积c) 因以需要的螺栓总面积Pd) 根据 196于公称直径为52 矩为3 式（算单个螺栓实际面积A： A ）（e) 实际螺栓总面积AbnA12因为以该 301 10 页 共 18 页利用上述计算结果，按式（算预紧状态下的螺栓设计总荷载06（N） 2+螺栓设计总荷载W06（N） 按式（算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T： T N计算实例二 已知数据 法兰等级称直径计温度150 ，螺栓材料35垫片为圆环垫，垫片材料为软钢，温下螺栓材料的许用应力计温度下螺栓材料的许用应力为221 栓公称直径0 距栓个数计算法兰螺栓紧固力矩 确定垫片基本密封宽度圆环垫 确定垫片有效密封宽度b： 因为.4 以b确定垫片压紧力作用中心圆直径因为.4 以片接触面的平均直径由式（算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F： F 4 301 11 页 共 18 页 06（N） 计算操作状态下需要的最小垫片压紧力式（计算得到操作状态下需要的最小垫片压紧力DGbmP 205 （N） 由式（算操作状态下需要的最小螺栓总荷载0605 06 （N） 计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载式（算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载DGby 05（N） 计算预紧状态下的螺栓设计总荷载a) 按式（算预紧状态下需要的最小螺栓总面积 按式（算操作状态下需要的最小螺栓总面积c) 因以需要的螺栓总面积P 301 12 页 共 18 页d) 根据 1961981，对于公称直径为50 距为3 式（算单个螺栓实际面积A： ）（e) 实际螺栓总面积AbnA12因为以该利用上述计算结果，按式（算预紧状态下的螺栓设计总荷载06（N） 螺栓设计总荷载W06 （N） 按式（算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T： T N 301 13 页 共 18 页附录B 常用的法兰螺栓紧固力矩 从附录栓的断面和紧固力矩主要与操作状态下的压力有关，操作压力均小于法兰公称压力，按公称压力计算的螺栓断面和紧固力矩是最大的，在此紧固力矩下又不致引起法兰、螺栓和垫片的破坏和失效。为方便使用，将操作压力等于公称压力，操作温度等于150 条件下计算得到的紧固力矩列表如下。一般情况下可直接采用。 a) 法兰压力等级：当于00）； 螺栓材料：25垫片形式：圆环垫； 垫片材料：不锈钢及软钢。 表表法兰螺栓紧固力矩 单个螺栓紧固力矩，N兰公称直径DN 栓公称直径 栓个数个 不锈钢垫片 软钢垫片 15 20 4 0 20 4 5 24 4 0 27 4 0 24 8 0 24 8 00 30 8 50 30 12 00 36 12 50 36 16 00 36 20 50 39 20 00 42 20 50 48 20 00 52 20 301 14 页 共 18 页b) 法兰压力等级：当于00）； 螺栓材料：35垫片型式：圆环垫； 垫片材料：不锈钢及软钢。 表表法兰螺栓紧固力矩 单个螺栓紧固力矩，N兰公称直径DN 栓公称直径 栓个数个 不锈钢垫片 软钢垫片 15 20 4 0 20 4 5 24 4 0 27 4 0 24 8 0 24 8 00 30 8 50 30 12 00 36 12 50 36 16 00 36 20 50 39 20 00 42 20 50 48 20 00 52 20 301 15 页 共 18 页c) 法兰压力等级：当于500）； 螺栓材料：25垫片型式：圆环垫； 垫片材料：不锈钢及软钢。 表表法兰螺栓紧固力矩 单个螺栓紧固力矩，N兰公称直径DN 栓公称直径 栓个数个 不锈钢垫片 软钢垫片 15 20 4 0 20 4 5 24 4 0 27 4 0 24 8 0 30 8 00 33 8 50 36 12 00 42 12 50 48 12 00 52 16 50 56 16 00 64 16 50 72 16 00 76 16 301 16 页 共 18 页d) 法兰压力等级：当于500）； 螺栓材料：35垫片型式：圆环垫； 垫片材料：不锈钢及软钢。 表表法兰螺栓紧固力矩 单个螺栓紧固力矩，N兰公称直径DN 栓公称直径 栓个数个 不锈钢垫片 软钢垫片 15 20 4 0 20 4 5 24 4 0 27 4 0 24 8 0 30 8 00 33 8 50 36 12 00 42 12 50 48 12 00 52 16 50 56 16 00 64 16 50 72 16 00 76 16 301 17 页 共 18 页e) 法兰压力等级：当于500）； 螺栓材料：25垫片型式：圆环垫； 垫片材料：不锈钢及软钢。 表表 法兰螺栓紧固力矩 单个螺栓紧固力矩，N兰公称直径DN 栓公称直径 栓个数个 不锈钢垫片 软钢垫片 15 20 4 0 20 4 5 24 4 0 30 4 0 27 8 0 33 8 00 39 8 50 52 8 00 52 12 50 64 12 00 72 12 50 60 16 50 72 16 301 18 页 共 18 页f) 法兰压力等级：当于500）； 螺栓材料：35垫片型式：圆环垫； 垫片材料：不锈钢及软钢。 表表法兰螺栓紧固力矩 单个螺栓紧固力矩，N兰公称直径DN 栓公称直径 栓个数个 不锈钢垫片 软钢垫片 15 20 4 0 20 4 5 24 4 0 30 4 0 27 8 0 33 8 00 39 8