SESA0301-2001螺栓紧固力矩标准[务实运用]

1、目 次1 总则1.1 范围1.2 引用标准2 计算方法2.1 一般要求2.2 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1.1 范围1.1.1 本标准规定了法兰螺栓紧固力矩的计算方法。1.1.2 本标准适用于设计压力不大于35 MPa、钢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。1.2 引用标准使用本标准时。应使用下列标准最新版本。GB 150 钢制压力容器。GB/T 196 普通螺纹 基本尺寸（直径1600 mm）。2 计算方法2.1 一般要求2.1.1 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。2.1.2 法兰螺栓紧

2、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。2.2 计算步骤2.2.1 垫片基本密封宽度b0根据垫片型式及尺寸，按表2.2.1确定垫片基本密封宽度b0（mm）。2.2.2 垫片有效密封宽度b垫片有效密封宽度b（mm）按以下规定计算：a) 当b06.4 mm时，bb0；b) 当b06.4 mm时，b2.53。2.2.3 垫片压紧力作用中心圆直径DG2.2.3.1 对于活套法兰，

3、垫片压紧力作用中心圆直径DG（mm）即为法兰与翻边接触面的平均直径。2.2.3.2 对于其他型式的法兰，按下述规定计算DG（mm）：a) 当b06.4 mm时，DG等于垫片接触面的平均直径；b) 当b06.4 mm时，DG等于垫片接触面外直径减2b。2.2.4 操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力按式（2.2.4）计算： （2.2.4）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，MPa。2.2.5 操作状态下需要的最小垫片压紧力按式（2.2.5）计算：FP2DGbmP （2.2.5）式中：FP操作状态下需要的最小垫片压紧力，N；m垫片系数，由表2.2.5查得。表2.2.1 垫片基

4、本密度宽度压紧面形状（简图）垫片基本密封宽度b01a1b1c N（ 最大）（ 最大）1d N2 N/23 N/2456注： 当锯齿深度不超过0.4 mm，齿距不超过0.8 mm时，应采用1b或1d的压紧面形状。表2.2.5 垫片参数垫片材料垫片系数m比压力yMPa简图压紧面形状类别无织物或少含量石棉纤维的合成橡胶肖氏硬度低于750.5001(a、b、c、d)、4、5肖氏硬度不低于751.001.4具有适当加固物的石棉（石棉橡胶板）厚度3 mm2.0011厚度 1.5 mm2.7525.5厚度0.75 mm3.5044.8内有棉纤维的橡胶1.252.8内有石棉纤维的橡胶，具有金属加强丝或不具有金

5、属加强丝3层2.2515.22层2.50201层2.7525.5植物纤维1.757.61(a、b、c、d)、4、5内填石棉缠绕式金属碳钢2.5691(a、b)不锈钢或蒙乃尔3.0069波纹金属板类壳内包石棉或波纹金属板内包石棉软铝2.5020软铜或黄铜2.7526铁或软钢3.0031蒙乃尔或4 %6 %铬钢3.2538不锈钢3.5044.8软铝2.7525.51(a、b、c、d)软铜或黄铜3.0031铁或软钢3.2538蒙乃尔或4 %6 %铬钢3.5044.8不锈钢3.7552.4续表垫片材料垫片系数m比压力yMPa简图压紧面形状类别平金属板内包石棉软铝3.25381a、1b、1c、1d、2软

6、铜或黄铜3.5044.8铁或软钢3.7552.4蒙乃尔或3.5055.24 %6 %铬钢3.7562.1不锈钢3.7562.1槽型金属软铝3.25381(a、b、c、d)、2、3软铜或黄铜3.5044.8铁或软钢3.7552.4蒙乃尔或4 %6 %铬钢3.7562.1不锈钢4.2569.6金属平板软铝4.0060.71(a、b、c、d)、2、3、4、5软铜或黄铜4.7589.6铁或软钢5.50124.1蒙乃尔或4 %6 %铬钢6.00150.3不锈钢6.50179.3金属环铁或软钢5.50124.16蒙乃尔或4 %6 %铬钢6.00150.3不锈钢6.50179.3注：见表2.2.1。本表所列

7、各种垫片的m、y值及适用的压紧面形状，均属推荐性资料。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。2.2.6 操作状态下需要的最小螺栓总荷载按式（2.2.6）计算：WPFFP （2.2.6）式中： WP操作状态下需要的最小螺栓总荷载，N。2.2.7 预紧状态下需要的最小螺栓总荷载按式（2.2.7）计算：WaDGby （2.2.7）式中：Wa预紧状态下需要的最小螺栓总荷载，N；y垫片比压力，MPa，由表2.2.5查得。2.2.8 确定

8、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（2.2.8-1）计算：（2.2.8-1）式中：Aa预紧状态下需要的最小螺栓总面积，mm2；b常温下螺栓材料的许用应力，MPa；螺栓材料的许用应力数值可参照GB 150-1998表4-7。b) 确定操作状态下需要的最小螺栓总面积，其数值按式（2.2.8-2）计算：（2.2.8-2）式中：AP操作状态下需要的最小螺栓总面积，mm2；设计温度下螺栓材料的许用应力，MPa；螺栓材料的许用应力数值可参照GB 150-1998表4-7。c) 需要的螺栓总面积Am取Aa与AP之间的大值。d) 确定预紧状态下的螺栓

9、设计总荷载，其数值按式（2.2.8-3）计算：Wy （2.2.8-3）式中：Wy预紧状态下的螺栓设计总荷载，N；Ab实际螺栓总面积，它应不小于需要的螺栓总面积Am。其数值按式(2.2.8-4)计算：AbnA （2.2.8-4）式中：n螺栓个数；A单个螺栓实际面积A，mm2；其数值按式（2.2.8-5）计算：A （2.2.8-5）式中：d1外螺纹小径，mm。d1可根据所选螺栓公称直径及螺矩由GB/T 196-1981查得；P1螺矩，mm。2.2.9 螺栓设计总荷载W（N）取预紧状态下的螺栓设计总荷载，即WWy。2.2.10 法兰每个螺栓所需的紧固力矩按式（2.2.10）计算： （2.2.10）式

10、中：T法兰每个螺栓所需的紧固力矩，Nm；k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k值可通过抽样进行测定，其数值一般在0.110.15之间。在无法测定的情况下，建议将k值取为0.13；dB螺栓公称直径，mm。2.2.11 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A和附录B。附录A 法兰螺栓紧固力矩的计算实例A1 计算实例一A1.1 已知数据A1.1.1 法兰等级PN42.0 MPa，公称直径DN200，设计温度450 ，螺栓材料25Cr2MoVA。A1.1.2 垫片为圆环垫，垫片材料为TP316，垫片宽度为22.224 mm

11、；垫片接触面平均直径为279.4 mm；设计压力P为20 MPa；常温下螺栓材料的许用应力sb为254 MPa；设计温度下螺栓材料的许用应力为185 MPa；螺栓公称直径dB为52 mm；螺矩P1为3 mm。螺栓个数n为12个。A1.2 计算法兰螺栓紧固力矩A1.2.1 确定垫片基本密封宽度b0：查表2.2.1可知，对园环垫b0/82.778（mm）。A1.2.2 确定垫片有效密封宽度b：因为b06.4 mm，所以bb02.778 （mm）。A1.2.3 确定垫片压紧力作用中心圆直径DG：因为b06.4 mm，所以DG垫片接触面的平均直径279.4 （mm）。A1.2.4 由式（2.2.4）计

12、算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F：F 279.42201.2262106 （N）A1.2.5 计算操作状态下需要的最小垫片压紧力FP：由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片系数m为6.5；由式（2.2.5）中计算得到操作状态下需要的最小垫片压紧力FP：FP2DGbmP23.14279.42.7786.5206.3397105 （N）A1.2.6 由式（2.2.6）计算操作状态下需要的最小螺栓总荷载WP：WPFFP1.22621066.33971051.8602106 （N）A1.2.7 计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa：由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片比压力y为179.3；由

13、式（2.2.7）计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa为：WaDGby3.14279.42.778179.34.372105 （N）A1.2.8 计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：a) 按式（2.2.8-1）计算预紧状态下需要的最小螺栓总面积Aa：Aa1721.26 （mm2）b) 按式（2.2.8-2）计算操作状态下需要的最小螺栓总面积AP：Ap10055.14 （mm2）c) 因AP大于Aa，所以需要的螺栓总面积Am为：AmAP10055.14 （mm2）d) 根据GB/T 196-1981，对于公称直径为52 mm、螺矩为3 mm的螺栓，d148.752 mm。按式（2.2.8-5）计

14、算单个螺栓实际面积A：A1828.55 （mm2）e) 实际螺栓总面积Ab为：AbnA121828.5521942.6 （mm2）因为Ab大于Am，所以该Ab即为所求。利用上述计算结果，按式（2.2.8-3）计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：Wy4.0637106 （N）A1.2.9 螺栓设计总荷载W为：WWy4.0637106 （N）A1.2.10 按式（2.2.10）计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T：T2289.22 （Nm）A2 计算实例二A2.1 已知数据A2.1.1 法兰等级PN 25.0 MPa，公称直径DN250，设计温度150 ，螺栓材料35CrMoA。A2.1.2 垫片为圆

15、环垫，垫片材料为软钢，垫片宽度w为15.872 mm，垫片接触面平均直径为323.85 mm；设计压力P为18.6 MPa；常温下螺栓材料的许用应力sb为254 MPa；设计温度下螺栓材料的许用应力为221 MPa；螺栓公称直径dB为50 mm；螺距P1为3 mm。螺栓个数n为12个。A2.2 计算法兰螺栓紧固力矩A2.2.1 确定垫片基本密封宽度b0：查表2.2.1可知，对圆环垫b0w/81.984 （mm）。A2.2.2 确定垫片有效密封宽度b：因为b06.4 mm，所以bb01.984 （mm）A2.2.3 确定垫片压紧力作用中心圆直径DG；因为b06.4 mm，所以DG垫片接触面的平均

16、直径323.85 （mm）A2.2.4 由式（2.2.4）计算操作状态下内压力引起的螺栓总轴向力F：F 323.85218.61.5321106 （N）A2.2.5 计算操作状态下需要的最小垫片压紧力FP：由表2.2.5可知，软钢圆环垫的垫片系数m为5.5；由式（2.2.5）可计算得到操作状态下需要的最小垫片压紧力FP为：FP2pDGbmP23.14323.851.9845.518.64.1298105 （N）A2.2.6 由式（2.2.6）计算操作状态下需要的最小螺栓总荷载WP：WPFFP1.53211064.12981051.9451106 （N）A2.2.7 计算预紧状态下需要的最小螺栓

17、总荷载Wa：由表2.2.5可知，不锈钢圆环垫的垫片比压力y为124.1；由式（2.2.7）计算预紧状态下需要的最小螺栓总荷载Wa为:WapDGby3.14323.851.984124.12.5049105（N）A2.2.8 计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：a) 按式（2.2.8-1）计算预紧状态下需要的最小螺栓总面积Aa：Aa986.18 （mm2）b) 按式（2.2.8-2）计算操作状态下需要的最小螺栓总面积AP：Ap8801.36 （mm2）c) 因AP大于Aa，所以需要的螺栓总面积Am为：AmAP8801.36 （mm2）d) 根据GB/T 196-1981，对于公称直径为50 mm

18、、螺距为3 mm的螺栓，d146.752 mm。按式（2.2.8-5）计算单个螺栓实际面积A：A1680.11 （mm2）e) 实际螺栓总面积Ab为：AbnA121680.1120161.34 （mm2）因为Ab大于Am，所以该Ab即为所求。利用上述计算结果，按式（2.2.8-3）计算预紧状态下的螺栓设计总荷载Wy：Wy3.6783106 （N）A2.2.9 螺栓设计总荷载W为：WWy3.6783106 （N）A2.2.10 按式（2.2.10）计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T：T1992.41 （Nm）附录B 常用的法兰螺栓紧固力矩从附录A中例题可以看出，螺栓的断面和紧固力矩主要与操作状态下

19、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：PN15.0 MPa（相当于ANSI CLASS 900）；螺栓材料：25Cr2MoVA；垫片形式：圆环垫；垫片材料：不锈钢及软钢。表B-1列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。表B-1 法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径DNmm螺栓公称直径mm螺栓个数个单个螺栓紧固力矩，Nm不锈钢垫片软钢垫片1520467.676

20、6.462020470.1468.7925244132.43130.5840274203.24200.4650248145.18142.7580248164.30161.16100308322.86318.101503012342.50338.012003612625.00618.112503616633.90627.703003620650.91645.083503920861.22851.3040042201110.641098.6545048201680.661662.0050052202189.332167.19b) 法兰压力等级：PN15.0 MPa（相当于ANSI CLASS 90

21、0）；螺栓材料：35CrMoA；垫片型式：圆环垫；垫片材料：不锈钢及软钢。表B-2列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。表B-2 法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径DNmm螺栓公称直径mm螺栓个数个单个螺栓紧固力矩，Nm不锈钢垫片软钢垫片1520467.6766.462020470.1468.7925244123.89122.0440274190.57187.7950248136.64134.2180248155.76152.62100308304.92300.161503012324.56320.072003612592.50585.612503616601.40595.2030

22、03620618.41612.583503920819.16809.2440042201057.311045.3245048201599.091580.4250052202189.332167.19c) 法兰压力等级：PN25.0 MPa（相当于ANSI CLASS 1500）；螺栓材料：25Cr2MoVA；垫片型式：圆环垫；垫片材料：不锈钢及软钢。表B-3列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。表B-3 法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径DNmm螺栓公称直径mm螺栓个数个单个螺栓紧固力矩，Nm不锈钢垫片软钢垫片1520476.9174.902020481.0578.79252441

23、48.36145.2740274231.42226.7650248169.61165.5580308353.64346.39100338498.01488.541503612650.33640.0620042121127.311108.1825048121742.351716.1230052162196.182161.7735056162818.472770.9540064164193.824125.3045072165986.725899.2250076167225.387163.23d) 法兰压力等级：PN25.0 MPa（相当于ANSI CLASS 1500）；螺栓材料：35CrMoA；

24、垫片型式：圆环垫；垫片材料：不锈钢及软钢。表B-4列出了上述条件下各种公称直径法兰对应的法兰螺栓紧固力矩。表B-4 法兰螺栓紧固力矩法兰公称直径DNmm螺栓公称直径mm螺栓个数个单个螺栓紧固力矩，Nm不锈钢垫片软钢垫片1520476.9174.902020481.0578.7925244139.81136.7340274218.75214.0950248161.06157.0180308336.55329.29100338474.53465.061503612617.83607.5620042121073.971054.8525048121660.781634.5530052162196.182161.7735056162818.472770.9540064164193.824125.3045072165986.725899.2250076167225.387163.23e) 法兰压力等级