尹俊杰 北京航天萬(wàn)源煤化工工程技術(shù)有限公司蘭州分公司 蘭州 730050

李克海 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司 銀川 750011

大口徑盲板厚度的確定

尹俊杰*北京航天萬(wàn)源煤化工工程技術(shù)有限公司蘭州分公司 蘭州 730050

李克海 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司 銀川 750011

介紹大口徑盲板厚度的3種計(jì)算方法，并討論各種方法的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及可行性。

大口徑盲板厚度

盲板設(shè)置在要求管道或設(shè)備需要切斷的部位，如設(shè)備接管口切斷閥前后或兩法蘭之間，主要作用是將工藝介質(zhì)完全隔斷，防止由于切斷閥關(guān)閉不嚴(yán)影響生產(chǎn)和造成事故。從外觀看，一般分為8字盲板、盲板以及墊環(huán)(盲板和墊環(huán)互為盲通)。通常DN600及以下的8字盲板、盲板和墊環(huán)的厚度可通過(guò)查閱國(guó)外工程公司，如Shell和TEC的標(biāo)準(zhǔn)附圖或《管道用鋼制插板、墊環(huán)、8字盲板》HG 21547－93來(lái)取得。DN600以上的大口徑盲板和墊環(huán)厚度在Shell和TEC標(biāo)準(zhǔn)附圖以及HG 21547中并未給出，但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中又不可避免會(huì)遇到，因此必須設(shè)法確定大口徑盲板厚度。

1 厚度確定

某殼牌煤氣化工程中，高溫高壓過(guò)濾器的粗合成氣進(jìn)口設(shè)置DN1000的大口徑盲板和墊環(huán)，該盲板厚度在Shell提供的DEP標(biāo)準(zhǔn)附圖中未給出。以這塊DN1000/PN10.0的盲板為例說(shuō)明大口徑盲板厚度的確定方法。

該管道的操作溫度為340℃，設(shè)計(jì)溫度為380℃，操作壓力為3.96 MPa(G)，設(shè)計(jì)壓力為4.40 MPa(G)，管道材料為0Cr18NiTi，法蘭為DN1000/600lb。

(1)《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50316－2008第6.7.2條給出了夾在兩法蘭之間的盲板厚度計(jì)算公式，夾在兩法蘭之間的盲板見(jiàn)圖1。

其計(jì)算厚度可按式(1)確定;對(duì)于永久性盲板應(yīng)按式(2)增加厚度附加量。

式中，tm為盲板計(jì)算厚度，mm;dG為凹面或平面法蘭墊片的內(nèi)徑或環(huán)槽式墊片平均直徑，mm;P為設(shè)計(jì)壓力，MPa;［σ］t為在設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa;Ej為焊接接頭系數(shù);tpd為盲板設(shè)計(jì)厚度，mm;C2為磨蝕或腐蝕附加量，mm;C1為厚度減薄附加量，mm。

圖1 夾在法蘭間的盲板

查得該法蘭處墊片內(nèi)徑dG為956 mm;380℃下0Cr18NiTi鋼板的［σ］t為80.8 MPa;焊接接頭系數(shù)Ej取1.0;磨蝕或腐蝕附加量C2取0 mm;厚度減薄附加量C1取0.15倍盲板設(shè)計(jì)厚度。

該DN1000/PN10.0的盲板厚度可取114 mm。

(2)根據(jù)剪應(yīng)力的定義來(lái)計(jì)算:

式中，τ為剪切面上的工作剪應(yīng)力;Q為剪切面上的內(nèi)力，即剪力;AQ為剪切面面積。

剪切面上的工作剪應(yīng)力不得超過(guò)材料的許用剪應(yīng)力［τ］即:

因此，盲板厚度tpd≥P dG/(4［τ］)，若查得鋼板的許用剪切力［τ］，根據(jù)工藝參數(shù)可求得該盲板所需的最小厚度。

(3)對(duì)剪應(yīng)力的定義公式進(jìn)行推導(dǎo)，受力分析見(jiàn)圖2。

圖2 受力分析

根據(jù)剪切強(qiáng)度條件，剪切面上的工作剪應(yīng)力不得超過(guò)材料的許用剪應(yīng)力［τ］，即盲板厚度取最小值時(shí)，τ=［τ］得:

dG/tpd=4［τ］/P

對(duì)不同材質(zhì)用在不同場(chǎng)合的管線，設(shè)計(jì)壓力P和許用剪切力［τ］是不同的，假設(shè)dG/tpd為常數(shù)，通過(guò)表1、表2和表3驗(yàn)證其能否成立。

表1 Shell提供的DEP標(biāo)準(zhǔn)附圖參數(shù)(PN10.0/D2222)

表2 TEC提供的盲板厚度圖參數(shù)(PN10.0/D2222)

表3 HG 21547提供的盲板厚度表參數(shù)(PN10.0/D2222)

通過(guò)以上表格，以PN10.0的不銹鋼材質(zhì)盲板為研究對(duì)象，計(jì)算Shell，TEC和HG 21547的dG/ tpd，發(fā)現(xiàn)其基本是定值，且有緩慢增大的趨勢(shì)。因此，可根據(jù)DEP標(biāo)準(zhǔn)附圖中DN600/PN10.0的dG/ tpd值來(lái)計(jì)算DN1000/PN10.0盲板厚度，即:

2 分析討論

下面分析討論這三種方法計(jì)算出的盲板厚度的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及可行性。

(1)第一種方法計(jì)算出的盲板厚度不但安全可靠，而且非常經(jīng)濟(jì)，但由于設(shè)計(jì)者受設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)資料的限制，計(jì)算公式中Ej、C1和C2參數(shù)的確定會(huì)因人而異或無(wú)法查到，因此計(jì)算結(jié)果也就不完全一致。另外特殊材質(zhì)的盲板無(wú)法用該方法進(jìn)行計(jì)算。

(2)第二種方法從盲板的受力原理進(jìn)行受力分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果的安全性和經(jīng)濟(jì)性也毋庸置疑，但由于材料的許用剪應(yīng)力［τ］查找較困難，因此，該方法的可行性較差。

(3)第三種方法是第二種計(jì)算方法的推導(dǎo)，避免了查找材料許用剪應(yīng)力［τ］，對(duì)于鋼板設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力［σ］t等數(shù)據(jù)無(wú)法查到而用第一種方法無(wú)法計(jì)算的特種鋼材盲板，可用該方法進(jìn)行計(jì)算。由于Shell提供的DEP標(biāo)準(zhǔn)附圖以及HG 21547的盲板厚度較權(quán)威和安全，dG/tpd是定值且有緩慢增大的趨勢(shì)，以DN600推算出DN1000的厚度是安全的，因此該方法計(jì)算出的盲板厚度也是安全可靠的。Shell提供的盲板厚度對(duì)碳鋼和不銹鋼是通用的，因此該方法計(jì)算出的大口徑盲板厚度對(duì)碳鋼和不銹鋼也是通用的，就上述計(jì)算結(jié)果而言，DN1000/PN10.0的盲板厚度均可采用123 mm。該方法沒(méi)有第一種計(jì)算方法經(jīng)濟(jì)，特別對(duì)大口徑盲板而言更明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析對(duì)比，大口徑盲板厚度的計(jì)算在數(shù)據(jù)齊全時(shí)推薦采用第一種方法，數(shù)據(jù)不全時(shí)可采用第三種方法。

1 GB 50316－2000，工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

2 HG/T 20570．23－1995，盲板的設(shè)置［S］．

3 湯善甫，朱思明．化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)［M］．上海:華東理工大學(xué)出版社，1991．

Introduce three kinds of calculating method for large diameter blind flange and discuss the safety，economy and possibility for various methods．

Determination of Thickness for Large Diameter Blind Flange

Yin Junjie，et al
(Lanzhou Branch of Beijing Aerospace Wan Yuan Coal Chemical Engineering Technology Co.，Ltd.，Lanzhou 730050)

large diameterblind flangethickness

*尹俊杰:高級(jí)工程師。1999年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程系。一直從事化工工藝設(shè)計(jì)。聯(lián)系電話:13993116144，E－mail:yin－jj@ 163.com。

2011－05－20)