淺析各標(biāo)準(zhǔn)法蘭用螺栓長(zhǎng)度

劉欣玉，鄒培軒，姜智文

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

在化工、煉油以及地面工程等行業(yè)的壓力容器和壓力管道設(shè)計(jì)中，法蘭螺栓連接配合至關(guān)重要。隨著海外項(xiàng)目的不斷深入擴(kuò)展，業(yè)主對(duì)于設(shè)計(jì)質(zhì)量的要求不斷提高，在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，對(duì)于螺栓長(zhǎng)度的準(zhǔn)確度要求也隨之提高。螺栓長(zhǎng)度的不準(zhǔn)確，會(huì)產(chǎn)生以下影響：(1)螺栓長(zhǎng)度不夠，螺母與螺栓不能完全嚙合，使連接減弱，導(dǎo)致法蘭連接配合失效；(2)外露螺栓過(guò)長(zhǎng)，由于油漆、生銹或碰損等原因?qū)е虏鹦独щy，檢修時(shí)經(jīng)常需要切割，浪費(fèi)很大；(3)外露螺紋不僅沒(méi)有提高法蘭栓接的強(qiáng)度，而且增加了裝卸的工作量；(4)螺栓過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成耗材過(guò)多，成本提高。

國(guó)內(nèi)外螺栓標(biāo)準(zhǔn)體系主要有美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(ASME)、石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SH)和化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(HG)，這些標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)于螺栓長(zhǎng)度的計(jì)算不盡相同，不能相互替換。因此，有必要對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)體系法蘭用螺栓計(jì)算和推薦長(zhǎng)度進(jìn)行梳理和總結(jié)。在實(shí)際工程中，常用的螺栓有六角頭螺栓和全螺紋螺柱兩種，本文主要研究的是目前工程上應(yīng)用最為廣泛的全螺紋螺柱。

1 ASME B16.5全螺紋螺柱長(zhǎng)度

ASME標(biāo)準(zhǔn)體系法蘭用全螺紋螺柱長(zhǎng)度一般按照ASME B16.5的推薦長(zhǎng)度選取，其中非強(qiáng)制性附錄C[1]詳細(xì)闡述了計(jì)算螺栓長(zhǎng)度的方法。需要注意的是，按照螺柱數(shù)據(jù)表推薦的螺柱長(zhǎng)度L為有效螺柱長(zhǎng)度，也就是不包括兩端不包含螺紋的端部高度，如圖1所示。

圖1 全螺紋螺柱及螺母示意圖(ASME B16.5)

法蘭用全螺紋螺柱長(zhǎng)度計(jì)算公式為(1)：

LCSB=2(tf+t+d)+G+F-a+n

(1)

CL150突面法蘭用螺柱計(jì)算表格如表1所示，LCSB為螺柱計(jì)算長(zhǎng)度，LSSB為ASME B16.5推薦長(zhǎng)度，從二者長(zhǎng)短關(guān)系可以看出一部分公稱直徑的法蘭用螺柱計(jì)算長(zhǎng)度整化后大于推薦長(zhǎng)度，這部分差值可作為伸長(zhǎng)量考慮。由于ASME B31.3對(duì)螺栓長(zhǎng)度的要求為螺母要全部擰入螺栓，如果未完全嚙合的螺紋小于1牙，仍可認(rèn)為合格。因此在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，ASME標(biāo)準(zhǔn)系列的螺柱可以對(duì)推薦長(zhǎng)度適當(dāng)增加來(lái)滿足工程的需要。

表1 CL150突面法蘭用螺柱計(jì)算表格(ASME B16.5)

表1(續(xù))

2 SH/T3406全螺紋螺柱長(zhǎng)度

SH標(biāo)準(zhǔn)體系法蘭用全螺紋螺柱長(zhǎng)度一般按照SH/T3406的推薦長(zhǎng)度選取，其中附錄B[2]詳細(xì)介紹了緊固件長(zhǎng)度的計(jì)算方法。與ASME標(biāo)準(zhǔn)體系相比，SH標(biāo)準(zhǔn)體系法蘭用全螺紋螺柱計(jì)算長(zhǎng)度L包括倒角端長(zhǎng)度，如圖2所示。

圖2 全螺紋螺柱及螺母示意圖(SH/T3406)

法蘭用全螺紋螺柱長(zhǎng)度計(jì)算公式為(2)：

LS=2(Q+ΔQ+d)+F+G+n+2c

(2)

CL150突面法蘭用螺柱計(jì)算表格如表2所示，倒角端長(zhǎng)度的取值可以參照表3選取。LS為螺柱計(jì)算長(zhǎng)度， L為SH/T3406推薦長(zhǎng)度，L圓整為以5 mm為基數(shù)進(jìn)行圓整后的長(zhǎng)度，圓整原則為1 mm以內(nèi)向下圓整，1 mm以外向上圓整。從L圓整和L二者長(zhǎng)短關(guān)系可以看出推薦長(zhǎng)度L能完全覆蓋圓整長(zhǎng)度L圓整，還有一部分的余量。這部分余量是由于SH標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中，對(duì)螺栓長(zhǎng)度有多出2～3個(gè)牙的要求。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，SH標(biāo)準(zhǔn)系列的螺柱推薦長(zhǎng)度可以滿足實(shí)際工程的需要。

表2 CL150突面法蘭用螺柱計(jì)算表格(SH/T3406)

表2 CL150突面法蘭用螺柱計(jì)算表格(SH/T3406)

表3 倒角長(zhǎng)度尺寸表

3 HG/T20634全螺紋螺柱長(zhǎng)度

HG標(biāo)準(zhǔn)體系法蘭(美洲體系)用全螺紋螺柱長(zhǎng)度一般按照HG/T20634的推薦長(zhǎng)度[3]選取。HG標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)螺栓長(zhǎng)度的計(jì)算方法進(jìn)行介紹，推薦長(zhǎng)度包括倒角端長(zhǎng)度，如圖3所示。通過(guò)對(duì)SH/T3406的推薦長(zhǎng)度LS，圓整長(zhǎng)度L圓整以及HG/T20634推薦長(zhǎng)度LZR進(jìn)行對(duì)比，可以看出L圓整和HG/T20634推薦長(zhǎng)度LZR更為接近。因此HG體系標(biāo)準(zhǔn)螺栓長(zhǎng)度的選擇沒(méi)有考慮2～3個(gè)牙的余量，因此推薦長(zhǎng)度介于SH標(biāo)準(zhǔn)體系和ASME標(biāo)準(zhǔn)體系之間。

圖3 CL150突面法蘭用全螺紋螺柱長(zhǎng)度對(duì)比(包括倒角端)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ASME標(biāo)準(zhǔn)體系、SH標(biāo)準(zhǔn)體系以及HG標(biāo)準(zhǔn)體系全螺紋螺柱長(zhǎng)度計(jì)算表格的設(shè)計(jì)及對(duì)比，得到各標(biāo)準(zhǔn)螺栓計(jì)算長(zhǎng)度，圓整長(zhǎng)度和推薦長(zhǎng)度的取值規(guī)則，對(duì)于實(shí)際工程螺栓的選擇有如下的建議：

(1)ASME標(biāo)準(zhǔn)系列的全螺紋螺柱計(jì)算長(zhǎng)度整化后大于推薦長(zhǎng)度，因此在實(shí)際工程中可以對(duì)推薦長(zhǎng)度適當(dāng)增加來(lái)滿足工程的需要；

(2)SH標(biāo)準(zhǔn)系列的全螺紋螺柱在應(yīng)用中采用推薦長(zhǎng)度會(huì)多出2～3個(gè)牙，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行長(zhǎng)度選擇；

(3)HG標(biāo)準(zhǔn)系列的全螺紋螺柱長(zhǎng)度介于SH標(biāo)準(zhǔn)體系和ASME標(biāo)準(zhǔn)體系之間，可以根據(jù)推薦長(zhǎng)度或適當(dāng)增加推薦長(zhǎng)度來(lái)滿足工程的需要。

當(dāng)然在實(shí)際工程應(yīng)用中，還有很多復(fù)雜的情況，例如法蘭具體安裝的位置，是否有孔板等情況，只有正確計(jì)算螺栓的長(zhǎng)度，才能減少頻繁的設(shè)計(jì)變更，節(jié)省施工工期，也更能減少不必要的浪費(fèi)，體現(xiàn)出工程公司設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)水平和精度。