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钢制管法兰技术条件与相关要求简要归纳与分析(一)

来源: 上海阀门 时间: 2012-05-29 点击: 3,538

1.概述

法兰作为一种连接件,是管线配管设计不可缺少的零件,也是阀门设计外接口的主要设计输入。准确理解标准的相关规定,设计并制造符合标准规定的连接法兰,是保证管线与阀门正确连接的基础,同时也是阀门与管道正常运行的保证。

目前国际上流行的管法兰标准主要有两大体系,即以德国DIN标准为代表的欧洲管法兰标准体系和以美国ANSI管法兰为代表的美洲管法兰标准体系。随着国际交流和国际贸易的日益增加,各类产品标准作为国际技术平台的作用也越来越重要,世界上一些工业先进国家都希望将本国标准纳入世界公认的标准体系中去,特别是日本,其钢制管法兰的压力等级和公称尺寸与上述两个法兰标准体系都存在较大差异,不能与之互换,目前正在努力争取在修订ISO 7005.1 金属管法兰第一部分《钢制法兰》的标准时,将日本国家管法兰标准纳入到ISO 7005.1 中去,因此,将其原有的JIS B2220:2001《钢焊接型管法兰》和JIS B2238:1996《钢管法兰通则》统一综合修订为JISB2220:2004,并将修订后的JIS B2220:2004提交国际标准化机构(ISO),以便使其纳入ISO 7005.1之标准中,如能成为现实,到那时国际管法兰标准可能将由欧洲体系、美洲体系和日本体系三大标准体系构成。

多年来,我国根据国内外市场的需求,一直致力于管法兰和密封垫片等的研究和标准制定工作,各行业和部门也都根据实际需要制定各自的钢制管法兰标准,可以说是种类繁多,各成体系,同时又互相关连,通用性很大。现在主要有GB/T9112~9124:2000(欧洲体系与美洲体系共存),HG 20592~20604:1997(欧洲体系),HG20615~20625:1997(美洲体系),JB/T74~90:1994:(欧洲体系),SH 3406:1996(美洲体系)等标准体系的管法兰标准。其中的GB/T和HG标准中的欧洲体系标准,完全采用了ISO 7005.1标准中的欧洲体系,而JB/T则是在延用原苏联标准的基础,纳入了ISO 7005.1的相关尺寸。但PNl6.0MPa和PN20.0MPa系列、PNl.0 MPa DN80、PN0.6MPa和PN0.25MPa DN500 与欧洲体系不同。在美洲体系中,都是按ANSI标准转化的,因此,可以达到互换。

为了方便使用,本文主要对钢制管法兰的各标准的技术条件和相关要求进行总结归纳。欧洲体系则主要以国内各标准为主。

2.法兰类型与密封面形式代号及密封面表面

2.1 法兰类型及代号见表1

表1 法兰类型及代号
法兰类型 代号
GB/T HG JB/T
欧体
SH3406
美体
ANSI JIS B2220
欧体 美体 欧体 美体 B16.5 16.47
整体 (1) IF LF     IT


(带颈)
对焊
WN WN WN(2) WN
平焊 板式   DL         SOP
带颈 SO SO   SO   SOH
(带颈)
承插焊
  SW SW   SW   SW
(带颈)螺纹 Th Th   PT   TR




对焊环带颈       LJ   LJ
对焊环板式   PJ/SE LT/SE      
平焊环板式   PJ/RJ          
翻边环板式              
法兰盖 BL BL 不标注 BL
衬里法兰盖     LB(S)            

注:(1)在代号栏中划“V”者为标准中有该种法兰类型,但未有给定代号。

(2)SH3406标准中,DN>600时,只有带颈对焊(WN)一种类型。

(3)格中空白时,表明该标准中无此类型法兰。

2.2密封面形式及代号见表2

表2 法兰密封面型式及代号
密封面型式 代号
GB/T HG SH JIS ANSI
全平面 FF/FF(A) FF FF FF
凸面 RF/RF(A) RF/RF(A) RF RF
凸凹面 凸面 MF M MFM M MF LM MF MF-M
凹面 F FM LF MF-F
凖槽面 凖面 TG T TG T TG TF   TG-T
槽面 G G GF TG-G
环槽面 RJ RJ RJ /

2.3 密封面表面要求

2.3.1 密封面表面粗糙度各标准的规定见表3

表3 密封面表面粗糙度
标准编号 全平面与凸面 凸凹面
MF
凖槽面
FG
环槽面
RJ
FF、RF FF(A)、RF(A)(密纹水线)
(平面) 粗糙度 深度 节距 刀具圆角
GB/T 3.2~6.3 3.2~12.5 0.05 0.8 1.6 3.2~12.5 0.8~3.2 0.4~1.6
HG 6.3~12.5
1.6~6.3
6.3~12.5 0.05 0.8 1.6 1.6~3.2 1.6~3.2 0.4~1.6
JB/T 3.2~12.5         1.6~6.3 0.8~3.2 0.4~1.6
SH3406 6.3         <6.3 <6.3 <1.6
ANSI B16.5   3.2~12.5   0.6~1.0 1.6 <3.2 <3.2 <1.6
ANSI B16.47   6.3~12.5   0.46~0.56 1.6     <1.6
JIS B2220 3.2~6.3 3.2   0.25~0.30 0.8 <3.2 <3.2  
  0.36~0.42 1.6
6.3   0.35~0.42 0.8
  0.52~0.60 1.6

注:(1)FF (A)和RF (A)栏内的深度、节距和刀具圆角的单位为mm;

(2)HG标准中,FF与RF栏内的上下两组数据,上方为FF的数据,下方为RF的数据;

(3)JB/T标准中没有全平面(FF)法兰的型式。

2.3.2密纹水线适用密封面型式

(1)B16.5标准中,也适用于宽凸凹面,数据与凸面相同。

(2)JB/T与SH标准中对密纹水线没有做出规定,用户如要求,应在合同中规定要求。

2.3.3 密封面表面允许的缺陷

一般情况下,法兰密封面表面是不应该允许有任何缺陷的,这也是一般所公认的,但美国标准B16.5与B16.47考虑到铸造工艺的特殊性,在使用非金属垫片的情况下,做出了对密纹水线型密封面表面允许的缺陷规定,归纳为表4。

表4 密纹水线最终加工允许存在的缺陷
公称管径
in
不超过齿底部缺陷的最大径向突起 超过齿底部深度缺陷的最大深度与径向突起
in mm in mm
≤2-1/2 0.12 3.05 0.06 1.52
3 0.18 4.57 0.06 1.52
4~6 0.25 6.35 0.12 3.05
8~14 0.31 7.87 0.18 4.57
16 0.38 9.65 0.18 4.57
18~36 0.50 12.70 0.25 6.35
38~48 0.56 14.22 0.28 7.11
50~60 0.62 15.75 0.31 7.87

注:(1)缺陷问的距离必须大于4倍的允许缺陷的距离。

(2)径向超过锯齿槽的缺陷是不允许的。

本文表4是按B16.5中表3和B16.47表16(6.1.5条规定)两表进行归纳的。最大径向突起,标准中的定义为:按缺陷的外半径与内半径之差进行计算的。且两个半径均以法兰孔分布圆中心为圆心。在B16.47中还规定,深度小于齿深一半的缺陷不应做为拒收的原因。

国内各法兰标准中(包括转化美国标准的HG与GB/T标准等)均没有对密纹水线表面的缺陷做出规定。几个标准中对加工后表面的验收规定基本相同,主要有以下两条:机械加工表面不得有毛刺,有害的划伤和其他降低法兰强度及连接可靠性的缺陷;二是环连接面槽的两侧面不得有机械加工引起的裂纹、划痕、创伤等表面缺陷。

MSS SP—44《钢制管道法兰》由于其规定的材料为锻件和钢板,因此也没有上述规定。

3.尺寸公差与形位公差

3.1 法兰厚度C

3.1.1 法兰厚度均有不同的正向公差,具体见表5

表5 法兰厚度公差
标准编号 法兰类型 尺寸范围 公差尺寸
法兰厚度(C) 公称通径(DN)
GB/T、JB/T、HG欧体 标准中
所有类型
C<18   0、+2.0
18<C<50   0、+3.0
C>50   0、+4.0
HG欧体
SH3406、B16.5
标准中
所有类型
  DN≤450 0、+3.2
  DN>450 0、+4.8
B16.47 标准中
所有类型
C<25.4   0、+3.05
25.4<C<50.8   0、+4.83
50.8<C<76.2   0、+7.87
C<76.2   0、+9.65
JIS B2220 所有类型 C<20   0、+1.5
20<C<50   0、+2.0
C>50   0、+3.0

3.1.2 法兰厚度公称尺寸的确定

法兰厚度公称尺寸由于法兰标准体系、密封面型式或压力等级不同,在不同的标准中有不同的规定。欧洲体系中,突面法兰、凸凹面法兰、榫槽法兰(JB/T除外),一般将突台和槽深尺寸计算在法兰厚度尺寸之内,JB/T的凸凹面法兰、榫槽面法兰和环连接面法兰的突台不计算在法兰厚度之内。美洲体系中,压力等级小于等于300磅级(PN≤5.0MPa)的凸面法兰,其0.06in(1.6mm)的突台尺寸计算在法兰厚度之内;压力等级大于等于400磅级(PN≥6.8 MPa)的凸面法兰,其O.25 in(6.4mm)的突台高度和所有凸凹面、榫槽面和环连接面法兰凸台高度和槽深则不计算在法兰厚度之内。JIS B2220 标准则将突台和槽深计算在法兰厚度之内。具体见表6。

表6 法兰厚度公称尺寸的规定
类别 标准及体系 压力等级 密封面型式
突台与槽深
计算在法兰
厚度之内
GB/T
HG、SH
欧体 所有压力等级 RF、MF、TG
美体 PN≤5.0MPa(300#) RF
JB/T 所有压力等级 RF、MF
ANSI ≤300磅级(PN5.0MPa) RF
JIS B2220 5K、10K、16K、20K、30K FF、RF、MF、TG
突台与槽深
不计算在法兰
厚度之内
HG、SH 欧体 所有压力等级 RJ
美体 PN≤6.8MPa(400#) RF
  所有压力等级 MF、TG、RJ
JB/T 所有压力等级 MF、TG、RJ
ANSI ≥400磅级(PN6.8MPa) RF
所有压力等级 MF、TG、RJ

注:SH3406标准中只有美洲体系。

3.2 法兰外径

法兰外径公差主要与通径和法兰厚度有关,具体见表7。

表7 法兰外径公差
标准及体系 法兰种类 尺寸范围 公差范围
公称通径DN 法兰外径ΦD
GB/T
JB/T
HG(欧体)
所有型式 DN≤150   ±2.0
DN200~500   ±3.0
DN600~1200   ±5.0
DN≥1400   ±7.0
HG(美体) WN DN>600   ±4.0
SH3406 所有型式 DN≤600时 DN≤Φ610 ±1.6
DN>Φ610 ±3.2
WN DN>600   ±4.0
JIS B2220 IT DN≤1000   -2,上限不规定
DN>1000   -3,上限不规定
IT以外 DN≤600   ±1.5
DN>600   ±3.0

注:(1)HG欧体标准中,DN≥1800时,公差范围为±10.mm;

(2)HG美体标准中,DN≤600,ANSI B16.5及B16.47中均以法兰外径公差来做具体规定。

3.3 密封面公差

3.3.1 密封面直径公差

(1)突面突面的直径公差,各标准体系的给定方法不同,欧洲体系和日标中是按法兰的公称通径分段给出,而美洲体系则是按突台的高度给出,具体见表8。

表8 法兰突台直径公差
标准及法兰体系 法兰类型 尺寸范围 公差范围
公称通径 突台高
GB/T(欧)、JB/T、
HG(欧)
所有类型 DN≤250   -1.0,+2.0
DN>250   -1.0,+3.0
GB/T(美)、SH、
HG(美)、B16.5
所有类型 (DN≤600) 1.6 ±0.8
6.4 ±0.5
WN、BL DN>600   ±0.8
B16.47 WN、BL (DN>600) 1.6 ±1
6.4 ±2
JIS B2220 所有类型 DN≤700   ±0.8
DN>700   ±1.5

注:在 GB/T(美体)中,其突台高度分别为2与7,突台直径公差分别为±1.O和±2.O。

(2)凸凹面和榫槽面其相互配合的公称尺寸间隙不同。在欧体中,其名义尺寸的间隙一般为1 mm,其直径公差分别按基孔制和基轴制原则单向给出,公差值为0.5。在美洲体系中,其公称尺寸的间隙一般为1.5mm(DN00 为2.0mm),其公差值则按公称尺寸双向给出.公差值为±O.5,这样扩大了加工尺寸的公差带。日标也是按通径分段,按公称尺寸给出双向公差。具体见表9。

表9 凸凹面和凖槽面直径公差
标准与体系 尺寸类别 法兰类型 尺寸范围 公差范围
GB/T、JB/T、
HG(欧)
台内径、槽内径 所有类型 所有尺寸 -0.50、0
台内径、槽内径 0、+0.50
HG(美)、
SH、B16.5
  所有类型 所有尺寸 ±0.5
JIS B2220   LJ之外 DN≤500 ±0.3
500<DN<1000 ±0.35
1000<DN<1500 ±0.40
DN>1500 ±0.50

注:HG美标体系中的HG 20624中没有发现公差范围规定,按其他美洲体系标准一并给出。

3.3.2突台高度和槽深公差

(1)突面法兰突台高度

突面法兰突台高度为非重要控制尺寸。除在国内的JB/T与HG(包括欧洲体系和美洲体系)标准有规定外,其他标准都来做具体规定。在有规定的两个标准中,其公差也是相当大的,即当突台高度分别为2、3、4、5时,规定的公差上限为0,下限分别为-1、-2、-3、-4,即保证突台高度在1mm以上即可。

(2)凸凹面和榫槽面的台高与槽深

在各自的标准中有不同的规定,在欧洲体系中一般台高为正向公差(+O.50),槽深为负向公差(-0.50),而JIS标准中则为双向公差(±O.2),美洲体系中一般没做具体规定。标准中有规定的见表10。

表10 凸凹面和凖槽面台高于槽深公差
标准代号 法兰类型 尺寸范围 公差范围
台高 槽深
GB/T、JB/T、HG 所有类型 所有尺寸 0、+0.50 -0.50、0
SH 所有类型 所有尺寸 0、+0.40 -0.40、0
JIS B2220 所有类型 所有尺寸 ±0.20 ±0.20

注:HG中美洲体系没有此项公差规定。

3.3.3环连接面(RJ)

在有环连接面尺寸公差的标准中,其规定都是相同(包括项目和数值)。日标中没有RJ密封面法兰。环连面的尺寸公差见表11。

表11 环连接面密封
环槽尺寸 环槽深度
E
环槽顶宽
F
中心圆直径
P
环槽角度
23°
环槽圆角
Rmax
密封面直径
d
公差值 0、+0.40 ±0.20 ±0.13 ±0.5° ±0.10 ±0.50

3.4 螺栓孔

3.4.1 螺栓孔直径

在欧洲体系中,螺栓与螺栓孔的间隙是按螺栓的直径给出的,螺栓直径大,其间隙则越大。而美洲体系和日标其间隙基本是固定的。日标中的间隙均为3mm,美标中经公英制换算其间隙为3.05、3.18、3.3 (0.12、O.125、0.13in)三个数据。法兰螺栓孑L直径公差,在国内各标准中(欧洲体系和美洲体系)均为±O.50,在美国ANsI标准中,则为单向正公差,DN≤250时,其正向偏为0.8;DN≥300时,其正向公差为1.6。

3.4.2 螺栓孔分布圆直径

螺栓孔分布圆的公差成两个体系,即欧洲体系的以螺栓直径进行分档,而美洲体系和日标则按公称通径进行分档,具体数值见表12。

表12 螺栓孔分布圆直径公差
标准代号及体系 法兰类型 尺寸范围 公差值
公称通径 螺栓直径
GB/T、JB/T、HG(欧体) 所有类型   M10~M24 ±1.0
M27~M33 ±1.25
M36~M52 ±1.5
≥M56 ±2.0
HG(美体) 所有类型 所有尺寸 ±1.6
SH、B16.5、B16.47   DN≤300   ±0.8
DN>300   ±1.6
JIS B2220   DN≤950   ±0.8
DN>950   ±1.5

3.4.3两相邻螺栓孔弦心距

在欧洲体系中,按螺栓直径分段给出相邻两孔弦心距的公差;美洲体系和JIS标准中所有尺寸的公差均为±0.8,具体公差值见表13。

表13 两邻螺栓孔弦心距公差
标准代号及体系 法兰型式 尺寸范围 公差值
GB/、HG(欧体) 所有类型 M10~M24 ±0.50
M27~M33 ±0.625
M36~M52 ±0.75
≥M56 ±1.0
JB/T 所有类型 M10~M24 ±0.5
M27~M56 ±0.8
HG(美体)、SH、ANSI、JIS 所有型式 所有尺寸 ±0.8

3.4.4 任意两螺栓孔弦心距

在欧洲体系中,按公称通径分段给出了任意两螺栓孔的弦心距公差。美洲体系和JIS标准中则无此项规定,只有上条中的相邻两螺栓孔的弦心距公差,即保证在未注公差的范围内即可满足要求。欧洲体系中的任意两孔弦心距公差见表14。

表14 任意两螺栓孔弦心距公差
标准代号及体系 法兰类型 尺寸范围 公差值
GB/T、JB/T、HG(欧体) 所有类型 DN≤500 ±1.0
DN600~DN1200 ±1.5
DN>1400 ±2.0

3.4.5螺栓孔分布圆与密封面的同轴度

在欧洲体系和美洲体系中,分别按公称通径分段给出了螺栓孔分布圆与密封面的同轴度公差,具体见表15,JIS标准对该项公差没有做具体规定。

标准代号及体系 法兰类型 尺寸范围 公差值
表15 螺栓孔分布圆与密封面的同轴度公差
GB/T 所有型式 DN≤65 Φ1.0
DN80~DN150 Φ2.0
DN200~DN500 Φ3.0
DN≤600 Φ4.0
JB/T
HG(欧体)
所有型式 DN≤100 Φ1.0
DN≥125 Φ2.0
HG(美体)
ANSI、(SH)
所有型式 DN≤≤65 <0.8
DN≥80 <1.6

3.4.6 螺栓支撑面与密封间不平行度(夹角)

ANSI标准对该项公差没做具体规定。国内各标准及JIS标准中均不大于1°(SH3406在6.3.5条中申明,没有列入公差表中)。

未完,待续……

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