标准梳理丨管法兰颈部及接管厚度
(学习笔记,有误还请指正)
一、HG/T20615关于法兰颈部厚度的规定
(1)、HG/T20615第8.3.3条及编制说明(第487页)写道“带颈对焊法兰的颈部厚度S一般不应小于钢管名义厚度”。
(2)、对于WN法兰,标准还注明“法兰内径B由钢管壁厚确定”。其中,钢管尺寸按HG/T20553 Ia系列。
或许不太被人注意的是,标准第8.3.2条对法兰直边段斜度和长度的要求。
二、ASME B16.5关于法兰颈部厚度的规定
ASME B16.5是HG/T20615的母本,其有关法兰颈部厚度的规定要比HG来得清楚,明了。
(1)、ASME B16.5的2.7条规定:法兰的压力-温度额定值(注:即指定温度下的最大允许工作压力)的基准是焊接端颈部厚度,该值至少应不小于Rel=276MPa(4000psi)管子的计算厚度。
对于DN50以上的WN法兰,要求任何情况下法兰的B≤Bmax。Bmax=Ah(1-CoPc/50000 ),其中Ah为法兰颈部外径,CO为无量纲系数,PC为常温下(38℃)的额定工作压力。
三、HG/T20165及GB/T150关于接管厚度的规定
(1)、HG/T20165仅涉及法兰,没有弯头、三通等管件的内容,所以对法兰接管的厚度要求也没有提及。
(2)、压力容器上管法兰接管的厚度至少应考虑三方面的内容:内外压作用(并计及腐蚀余量);开孔补强;外载作用产生的局部应力。
GB/T150.3在第6章开孔补强计算中提及了接管的计算厚度,标准中没有给出具体的计算式(没有像ASMEVIII-1之UG-31那样明确指出),但可在“问题解答及算例”中查到,如表16给出了内压接管计算厚度δt=Pcdo/(2[σ]ttΦt+Pc)。
接管的计算厚度仅满足内外压作用下强度需要。
对于等面积补强法,接管名义厚度扣除计算厚度之外的“富余”的金属面积,方能作为开孔补强。
此外,在需要运用WRC297公报等方法进行局部应力计算的场合,接管厚度还应保证局部应力不超标。
四、ASME B16.5及ASME VIII-1中关于接管厚度的规定
(1)、ASME B16.5第6.1是关于法兰管件厚度(Flange Fittings)的规定,并在非强制性附录A-1.3说明尺寸表中最小壁厚tm大于t。t=1.5[Pcd/(2SF-1.2Pc)],该式为内压作用下圆筒(内径为d)厚度的计算式,考虑到其他外载荷,取了放大系数。
从字面上来看,标准中法兰管件(Flange Fittings)指的是弯头、三通、歧管、变径接头、正Y型管等,并不包括接管(pipe)。但从原理上讲,上述对于tm的说明同样适用接管。
(2)、ASME VIII-1在UG-45中规定了接管颈部(Nozzle neck)的最小厚度tUG-45。可以将这个Nozzleneck理解为钢管(无缝或焊接)的厚度,或是整体补强中厚壁接管的脖子的厚度,如标准图UW-9-2中的tn。

对于内压,有:
tb=min(tb3,tb1),tUG-45=max[ta, min(tb3,tb1)]
若tb3<tb1,则tUG-45=max(ta,tb3),即最小厚度满足压力载荷及外载作用所需强度,并满足表UG-45所规定的最小值。
若tb3>tb1,则tUG-45=max(ta,tb1),即最小厚度满足压力载荷及外载作用所需强度,并满足仅有压力作用并取焊缝系数E=1下的强度需要。但有可能出现tUG-45小于表UG-45所规定的最小值。
一般来说,受外载的接管其应力水平会上升,即ta>tb1。
外压有同样的推论。

丁伯民老先生在《ASME VIII压力容器规范分析》一书的7.2.10节(第147页)中提到“ASME规定,压力容器所用接管壁厚至少相当于ANSI B36.10表2中规定的40号管的壁厚”。这句话的正确性存疑。首先,ANSI B36.10没有表2;其次,ASME VIII-1中 UG-16 (b)、UG-31及UG-45等关于接管厚度的规定中都没有这样的表述。表UG-45“Nozzle minimum thickness requirements”中的最小厚度大多在ASME B36.10 Table1中的Sch40之下。
(3)、第(2)点讨论的是最小厚度,并不是计算厚度或是名义厚度。在设计中接管的厚度至少应考虑压力载荷、开孔补强、外载荷(即局部应力)。
另
ASME VIII-1及GB150中法兰计算是基于WATERS法并补充修正了法兰刚度。但还没有查到ASME B16.5及HG/T20615管法兰的强度计算方法,求资料。
推荐一篇关于确定“管法兰压力-温度额定值”的文献:
魏亮. 基于欧美标准的管法兰压力等级的对比分析. 煤气与热力, 2016,36(10)
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