SESA0301-2001螺栓緊固力矩標準復習課程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。SESA0301-2001螺栓緊固力矩標準-目次1總則1.1范圍1.2引用標準2計算方法2.1一般要求2.2計算步驟附錄A法蘭螺栓緊固力矩的計算實例附錄B常用的法蘭螺栓緊固力矩1總則1.1范圍1.1.1本標準規(guī)定了法蘭螺栓緊固力矩的計算方法。1.1.2本標準適用于設計壓力不大于35MPa、鋼材的使用溫度在允許范圍之內的法蘭螺栓緊固力矩的計算。1.2引用標準使用本標準時。應使用下列標準最新版本。GB150鋼制壓力容器。GB/T196普通螺紋基本尺寸（直徑1600mm）。2計算方法2.1一般要求2.1.1本

2、標準考慮了流體靜壓力及墊片壓緊力的作用，未考慮外力、外力矩的作用。2.1.2法蘭螺栓緊固力矩是指為避免操作狀態(tài)下法蘭泄漏，在法蘭安裝時扭緊螺栓所需的扭力矩。該扭力矩在避免法蘭泄漏的同時,不致造成墊片損壞、法蘭永久變形和螺栓屈服。由于理論計算模型不可能與實際情況完全吻合，因此本標準的法蘭螺栓緊固力矩數(shù)值只作為施工中的參考，在操作狀態(tài)仍需考慮進行熱緊。2.2計算步驟2.2.1墊片基本密封寬度b0根據(jù)墊片型式及尺寸，按表2.2.1確定墊片基本密封寬度b0（mm）。2.2.2墊片有效密封寬度b墊片有效密封寬度b（mm）按以下規(guī)定計算：a)當b06.4mm時，bb0；b)當b06.4mm時，b2.53。

3、2.2.3墊片壓緊力作用中心圓直徑DG2.2.3.1對于活套法蘭，墊片壓緊力作用中心圓直徑DG（mm）即為法蘭與翻邊接觸面的平均直徑。2.2.3.2對于其他型式的法蘭，按下述規(guī)定計算DG（mm）：a)當b06.4mm時，DG等于墊片接觸面的平均直徑；b)當b06.4mm時，DG等于墊片接觸面外直徑減2b。2.2.4操作狀態(tài)下內壓力引起的螺栓總軸向力按式（2.2.4）計算：（2.2.4）式中：F操作狀態(tài)下內壓力引起的螺栓總軸向力，N；P設計壓力，MPa。2.2.5操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按式（2.2.5）計算：FP2DGbmP（2.2.5）式中：FP操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N；m墊

4、片系數(shù)，由表2.2.5查得。表2.2.1墊片基本密度寬度壓緊面形狀（簡圖）墊片基本密封寬度b01a1b1cN（最大）（最大）1dN2N/23N/2456注：當鋸齒深度不超過0.4mm，齒距不超過0.8mm時，應采用1b或1d的壓緊面形狀。表2.2.5墊片參數(shù)墊片材料墊片系數(shù)m比壓力yMPa簡圖壓緊面形狀類別無織物或少含量石棉纖維的合成橡膠肖氏硬度低于750.5001(a、b、c、d)、4、5肖氏硬度不低于751.001.4具有適當加固物的石棉（石棉橡膠板）厚度3mm2.0011厚度1.5mm2.7525.5厚度0.75mm3.5044.8內有棉纖維的橡膠1.252.8內有石棉纖維的橡膠，具有金

5、屬加強絲或不具有金屬加強絲3層2.2515.22層2.50201層2.7525.5植物纖維1.757.61(a、b、c、d)、4、5內填石棉纏繞式金屬碳鋼2.5691(a、b)不銹鋼或蒙乃爾3.0069波紋金屬板類殼內包石棉或波紋金屬板內包石棉軟鋁2.5020軟銅或黃銅2.7526鐵或軟鋼3.0031蒙乃爾或4%6%鉻鋼3.2538不銹鋼3.5044.8軟鋁2.7525.51(a、b、c、d)軟銅或黃銅3.0031鐵或軟鋼3.2538蒙乃爾或4%6%鉻鋼3.5044.8不銹鋼3.7552.4續(xù)表墊片材料墊片系數(shù)m比壓力yMPa簡圖壓緊面形狀類別平金屬板內包石棉軟鋁3.25381a、1b、1c、

6、1d、2軟銅或黃銅3.5044.8鐵或軟鋼3.7552.4蒙乃爾或3.5055.24%6%鉻鋼3.7562.1不銹鋼3.7562.1槽型金屬軟鋁3.25381(a、b、c、d)、2、3軟銅或黃銅3.5044.8鐵或軟鋼3.7552.4蒙乃爾或4%6%鉻鋼3.7562.1不銹鋼4.2569.6金屬平板軟鋁4.0060.71(a、b、c、d)、2、3、4、5軟銅或黃銅4.7589.6鐵或軟鋼5.50124.1蒙乃爾或4%6%鉻鋼6.00150.3不銹鋼6.50179.3金屬環(huán)鐵或軟鋼5.50124.16蒙乃爾或4%6%鉻鋼6.00150.3不銹鋼6.50179.3注：見表2.2.1。本表所列各種墊

7、片的m、y值及適用的壓緊面形狀，均屬推薦性資料。采用本表推薦的墊片參數(shù)（m、y）并按本章規(guī)定設計的法蘭，在一般使用條件下，通常能得到比較滿意的使用效果。但在使用條件特別苛刻的場合，如在諸如氰化物介質中使用的墊片，其參數(shù)m、y，應根據(jù)成熟的使用經(jīng)驗謹慎確定。2.2.6操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載按式（2.2.6）計算：WPFFP（2.2.6）式中：WP操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載，N。2.2.7預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載按式（2.2.7）計算：WaDGby（2.2.7）式中：Wa預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載，N；y墊片比壓力，MPa，由表2.2.5查得。2.2.8確定預緊狀態(tài)下的螺栓設

8、計總荷載，具體步驟如下：a)確定預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，其數(shù)值按式（2.2.8-1）計算：（2.2.8-1）式中：Aa預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，mm2；b常溫下螺栓材料的許用應力，MPa；螺栓材料的許用應力數(shù)值可參照GB150-1998表4-7。b)確定操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，其數(shù)值按式（2.2.8-2）計算：（2.2.8-2）式中：AP操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積，mm2；設計溫度下螺栓材料的許用應力，MPa；螺栓材料的許用應力數(shù)值可參照GB150-1998表4-7。c)需要的螺栓總面積Am取Aa與AP之間的大值。d)確定預緊狀態(tài)下的螺栓設計總荷載，其數(shù)值按式（2.2

9、.8-3）計算：Wy（2.2.8-3）式中：Wy預緊狀態(tài)下的螺栓設計總荷載，N；Ab實際螺栓總面積，它應不小于需要的螺栓總面積Am。其數(shù)值按式(2.2.8-4)計算：AbnA（2.2.8-4）式中：n螺栓個數(shù)；A單個螺栓實際面積A，mm2；其數(shù)值按式（2.2.8-5）計算：A（2.2.8-5）式中：d1外螺紋小徑，mm。d1可根據(jù)所選螺栓公稱直徑及螺矩由GB/T196-1981查得；P1螺矩，mm。2.2.9螺栓設計總荷載W（N）取預緊狀態(tài)下的螺栓設計總荷載，即WWy。2.2.10法蘭每個螺栓所需的緊固力矩按式（2.2.10）計算：（2.2.10）式中：T法蘭每個螺栓所需的緊固力矩，Nm；k扭

10、矩系數(shù)。它與螺栓、螺母的松緊配合，螺紋、螺母和法蘭的表面的光潔度和磨擦系數(shù)有關。在允許情況下k值可通過抽樣進行測定，其數(shù)值一般在0.110.15之間。在無法測定的情況下，建議將k值取為0.13；dB螺栓公稱直徑，mm。2.2.11法蘭螺栓緊固力矩的計算實例和常用的法蘭螺栓緊固力矩見附錄A和附錄B。附錄A法蘭螺栓緊固力矩的計算實例A1計算實例一A1.1已知數(shù)據(jù)A1.1.1法蘭等級PN42.0MPa，公稱直徑DN200，設計溫度450，螺栓材料25Cr2MoVA。A1.1.2墊片為圓環(huán)墊，墊片材料為TP316，墊片寬度為22.224mm；墊片接觸面平均直徑為279.4mm；設計壓力P為20MPa；

11、常溫下螺栓材料的許用應力b為254MPa；設計溫度下螺栓材料的許用應力為185MPa；螺栓公稱直徑dB為52mm；螺矩P1為3mm。螺栓個數(shù)n為12個。A1.2計算法蘭螺栓緊固力矩A1.2.1確定墊片基本密封寬度b0：查表2.2.1可知，對園環(huán)墊b0/82.778（mm）。A1.2.2確定墊片有效密封寬度b：因為b06.4mm，所以bb02.778（mm）。A1.2.3確定墊片壓緊力作用中心圓直徑DG：因為b06.4mm，所以DG墊片接觸面的平均直徑279.4（mm）。A1.2.4由式（2.2.4）計算操作狀態(tài)下內壓力引起的螺栓總軸向力F：F279.42201.2262106（N）A1.2.5

12、計算操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FP：由表2.2.5可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片系數(shù)m為6.5；由式（2.2.5）中計算得到操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FP：FP2DGbmP23.14279.42.7786.5206.3397105（N）A1.2.6由式（2.2.6）計算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載WP：WPFFP1.22621066.33971051.8602106（N）A1.2.7計算預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa：由表2.2.5可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片比壓力y為179.3；由式（2.2.7）計算預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa為：WaDGby3.14279.42.778179.3

13、4.372105（N）A1.2.8計算預緊狀態(tài)下的螺栓設計總荷載Wy：a)按式（2.2.8-1）計算預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Aa：Aa1721.26（mm2）b)按式（2.2.8-2）計算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積AP：Ap10055.14（mm2）c)因AP大于Aa，所以需要的螺栓總面積Am為：AmAP10055.14（mm2）d)根據(jù)GB/T196-1981，對于公稱直徑為52mm、螺矩為3mm的螺栓，d148.752mm。按式（2.2.8-5）計算單個螺栓實際面積A：A1828.55（mm2）e)實際螺栓總面積Ab為：AbnA121828.5521942.6（mm2）因為Ab大

14、于Am，所以該Ab即為所求。利用上述計算結果，按式（2.2.8-3）計算預緊狀態(tài)下的螺栓設計總荷載Wy：Wy4.0637106（N）A1.2.9螺栓設計總荷載W為：WWy4.0637106（N）A1.2.10按式（2.2.10）計算法蘭每個螺栓所需的緊固力矩T：T2289.22（Nm）A2計算實例二A2.1已知數(shù)據(jù)A2.1.1法蘭等級PN25.0MPa，公稱直徑DN250，設計溫度150，螺栓材料35CrMoA。A2.1.2墊片為圓環(huán)墊，墊片材料為軟鋼，墊片寬度為15.872mm，墊片接觸面平均直徑為323.85mm；設計壓力P為18.6MPa；常溫下螺栓材料的許用應力b為254MPa；設計溫

15、度下螺栓材料的許用應力為221MPa；螺栓公稱直徑dB為50mm；螺距P1為3mm。螺栓個數(shù)n為12個。A2.2計算法蘭螺栓緊固力矩A2.2.1確定墊片基本密封寬度b0：查表2.2.1可知，對圓環(huán)墊b0/81.984（mm）。A2.2.2確定墊片有效密封寬度b：因為b06.4mm，所以bb01.984（mm）A2.2.3確定墊片壓緊力作用中心圓直徑DG；因為b06.4mm，所以DG墊片接觸面的平均直徑323.85（mm）A2.2.4由式（2.2.4）計算操作狀態(tài)下內壓力引起的螺栓總軸向力F：F323.85218.61.5321106（N）A2.2.5計算操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FP：由表

16、2.2.5可知，軟鋼圓環(huán)墊的墊片系數(shù)m為5.5；由式（2.2.5）可計算得到操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FP為：FP2DGbmP23.14323.851.9845.518.64.1298105（N）A2.2.6由式（2.2.6）計算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載WP：WPFFP1.53211064.12981051.9451106（N）A2.2.7計算預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa：由表2.2.5可知，不銹鋼圓環(huán)墊的墊片比壓力y為124.1；由式（2.2.7）計算預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總荷載Wa為:WaDGby3.14323.851.984124.12.5049105（N）A2.2.8

17、計算預緊狀態(tài)下的螺栓設計總荷載Wy：a)按式（2.2.8-1）計算預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積Aa：Aa986.18（mm2）b)按式（2.2.8-2）計算操作狀態(tài)下需要的最小螺栓總面積AP：Ap8801.36（mm2）c)因AP大于Aa，所以需要的螺栓總面積Am為：AmAP8801.36（mm2）d)根據(jù)GB/T1961981，對于公稱直徑為50mm、螺距為3mm的螺栓，d146.752mm。按式（2.2.8-5）計算單個螺栓實際面積A：A1680.11（mm2）e)實際螺栓總面積Ab為：AbnA121680.1120161.34（mm2）因為Ab大于Am，所以該Ab即為所求。利用上述計算

18、結果，按式（2.2.8-3）計算預緊狀態(tài)下的螺栓設計總荷載Wy：Wy3.6783106（N）A2.2.9螺栓設計總荷載W為：WWy3.6783106（N）A2.2.10按式（2.2.10）計算法蘭每個螺栓所需的緊固力矩T：T1992.41（Nm）附錄B常用的法蘭螺栓緊固力矩從附錄A中例題可以看出，螺栓的斷面和緊固力矩主要與操作狀態(tài)下的壓力有關，操作壓力均小于法蘭公稱壓力，按公稱壓力計算的螺栓斷面和緊固力矩是最大的，在此緊固力矩下又不致引起法蘭、螺栓和墊片的破壞和失效。為方便使用，將操作壓力等于公稱壓力，操作溫度等于150條件下計算得到的緊固力矩列表如下。一般情況下可直接采用。a)法蘭壓力等級：

19、PN15.0MPa（相當于ANSICLASS900）；螺栓材料：25Cr2MoVA；墊片形式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-1列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對應的法蘭螺栓緊固力矩。表B-1法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個數(shù)個單個螺栓緊固力矩，Nm不銹鋼墊片軟鋼墊片1520467.6766.462020470.1468.7925244132.43130.5840274203.24200.4650248145.18142.7580248164.30161.16100308322.86318.101503012342.50338.012003612625.0061

20、8.112503616633.90627.703003620650.91645.083503920861.22851.3040042201110.641098.6545048201680.661662.0050052202189.332167.19b)法蘭壓力等級：PN15.0MPa（相當于ANSICLASS900）；螺栓材料：35CrMoA；墊片型式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-2列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對應的法蘭螺栓緊固力矩。表B-2法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個數(shù)個單個螺栓緊固力矩，Nm不銹鋼墊片軟鋼墊片1520467.6766.462020

21、470.1468.7925244123.89122.0440274190.57187.7950248136.64134.2180248155.76152.62100308304.92300.161503012324.56320.072003612592.50585.612503616601.40595.203003620618.41612.583503920819.16809.2440042201057.311045.3245048201599.091580.4250052202189.332167.19c)法蘭壓力等級：PN25.0MPa（相當于ANSICLASS1500）；螺栓材料：25C

22、r2MoVA；墊片型式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-3列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對應的法蘭螺栓緊固力矩。表B-3法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個數(shù)個單個螺栓緊固力矩，Nm不銹鋼墊片軟鋼墊片1520476.9174.902020481.0578.7925244148.36145.2740274231.42226.7650248169.61165.5580308353.64346.39100338498.01488.541503612650.33640.0620042121127.311108.1825048121742.351716.1230052162

23、196.182161.7735056162818.472770.9540064164193.824125.3045072165986.725899.2250076167225.387163.23d)法蘭壓力等級：PN25.0MPa（相當于ANSICLASS1500）；螺栓材料：35CrMoA；墊片型式：圓環(huán)墊；墊片材料：不銹鋼及軟鋼。表B-4列出了上述條件下各種公稱直徑法蘭對應的法蘭螺栓緊固力矩。表B-4法蘭螺栓緊固力矩法蘭公稱直徑DNmm螺栓公稱直徑mm螺栓個數(shù)個單個螺栓緊固力矩，Nm不銹鋼墊片軟鋼墊片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)法蘭壓力等級：