大直径非标准螺纹法兰作为高压管件紧固件是高压容器的关键部件之一，其合理设计对于安全生产． 节省材料． 具有重要意义： 目前国内高压管件紧固件标准较多，常用的有H标准、阀门标准和HG20582—1998规定等。由于各单位选用标准不同．在实际设计和生产中造成很多不必要的麻烦，因此，规范螺纹法兰的设计标准应该是当务之急。选用不同的设计规范，螺纹法兰的厚度有很大差别。下面按HG20582—1998《钢制化工容器强度计算规定》和H标准《高压管件紧同件通用设计及有关标准》对同一设计条件下的螺纹法兰分别进行计算。
1 计算
以DN1400 醇化塔下部凸缘与四通配对的螺纹法兰为例。设计参数： 设计压力P=31．4MPa，设计温度t=300℃ ，凸缘开孔直径~b425mm1．1按HG20582-1998 《钢制化工容器强度计算规定》计算透镜垫、螺栓及螺纹法兰尺寸，r 一／ b ／／ I( {fdO ／}、、／／／j
1．1．1透镜垫的计算(附图)
透镜垫材料取：1Crl8Ni9Ti螺栓大小取： M68x4 光杆直径为：d=62mm 数量为：n=12螺栓材料取：35CrMoA
根据GB150—1998：35CrMoA【cr]b=254Mpa t=300~C [盯] b=210Mpa
螺栓实际总截面积为：Ab=d／2)2-rrn=(62／2) x-rrxl2=36210．48mm
透镜垫的外径：d =[4／-rrAb+di ] =[4／-rr36210．48+425~]= 476．19mm取do=480mm透镜垫的接触圆直径：dk=d,+l／3(d。--d~=425+1／3(480-425)--443．33mm取dL=444mm
透镜垫的球面半径：R=dJ(2sin[3)=444／(2sin20)=649．08mm取R=649+_0．8mm
透镜垫的内侧厚度：6 =6：+2{[R 一(di／2) ] 一[R 一(d。／2)2] }=6z+2{[6492-(425／2)2] [6492-(480／2)2】∞}= 62+2x 10．27=82+20．45
62取8mm，取6】=56mm
透镜垫在预紧状态受到最大螺栓载荷的作用时，可能因压紧过度而失去密封性能．为此透镜垫须有足够的宽度Wmin按式校核：W =1．5Ab[cr]b／(3"rrdkcr3≤W
盯 —— 常温下透镜垫材料的屈服强度，Mpa：1Crl8Ni9Ti的盯 I>205N／mm =205MPa
W =1．5x36210．48~254／(3-rr×
A
,
A
,4X205)=16．09mm
1．1．2 螺栓设计载荷：
(1)操作状态下需要的最小载荷：Wp =P-rrdk2／4+3 15394 m。∞4dk( +p)／(o．1 1 2E cospsin13)
式中：315394。n叫 =0．6
13=20。
oL=90。一13。=90。一20。=70。
p=8．5。
oL+p=70。+8．5。=78．5。化成弧度制为1-37
cosp=cos8．5。=0．989
sin13=sin20。=0．342
E =187x10 Mpa
W p=3 1．4x,rrx4442／4+O．6x444 X
1．37／(0．1 1 2x 1 87000x0．989x0．3421
W p=4859228．14MPa
(2)操作状态下需要的最小螺栓总截面积：Ap=Wp／[o'] b= 4859228．14／210= 23 139MPa
Ap小于Ab，故所选的螺栓、透镜垫合格。
1．1．3螺纹法兰的计算：
螺纹法兰材料取：35CrMo
根据GB150—1998： 35CrMo【盯”=207MPa 四通材料选1Cr5Mo【01 F197MPa=PDi／(2[o']tf-P1= 3 1．4x425／(2x 197—3 1-41= 36．80ram
取g．=45mm
故螺纹选用M500x6D中径=496．103mm=D D =493．505mm取Db=650mm (螺栓圆直径)D。=780mm (螺纹法兰外径)dh=71ram(螺栓孔直径)
(1)螺纹法兰直径断面的弯曲应力：
o'=3Wp(Db—Di)／『叮『(D。一Di-2db)
8 ≤【cr¨
3~4859228．14x(650—496．103)／
【wx(780-496．1 03-2~7 1)×8 ≤207
8r2≥24324．59
8，≥ 156mm
(2)螺纹弯曲应力：
o'f=kWp／('n'DiZS)≤【cr]k一螺纹断面形状系数，公制螺纹K=0．81Z__螺纹高度上的螺旋圈数S一螺距取Z=35 S=6
m=0．81~4859228．14／(Trx496．103~35~6)=12．032MPa12．032<207 故合格
(3)螺纹部分剪切应力：
【T] =50Mpa(对钢材料)'r=P／('rrDiZS)≤【T]T=31．4／('rr x496．103 x35 x61=9．6x10—4 MPa<50Mpa
故合格
f4)螺纹挤压应力：盯 =4P／['rr (d1 一d22)Z]≤【盯]【cr] =207 MPa盯 =4x31．4／['rrX(622-68 )x6]=一8．55x 10 MPa<207 MPa
故合格
1．2 按H 标；住《高压管件紧固件
通用设计及有关标准》计算透镜垫、螺栓及螺纹法兰(除厚度外) 尺寸参照按HG20582—1998《钢制化工容器强度计算规定》计算结果。
(1)透镜垫螺栓力：pg320p=5．85DkD —— 透镜垫接触圆直径(mm)取444p=5．85Dk= 5．85x444= 1 153245．6 (kgf／cm )
(2)法兰厚度计算：o'gon=5．72P1Otx／(Dib ) or= (K—Di)／2X=I／M 【M21ogM／(M2-1)+0．177] M=D／Di
D— —法兰外径(mm)取780
Di— — 法兰螺纹的平均直径(mm)取496．163
Pi—— 双头螺栓把紧力取(kgf／cm )取1 153245．6
K—— 双头螺栓中心圆直径(ram)取650
b— — 法兰厚度(mm)盯g0n一法兰计算压力(MPa)
n —— 法兰安全系数，取2．5
盯s=60 kgf／mmns=O- ／o'gono'gon=60／2．5=24= (K—Di)／2=650—496．163)／2= 76．92
M=D／Di=780／496．1 63= 1．572
X=I／(M-1)【M21ogM／(M -1)+0．177]
= 1／(1．572-1)【1．572 log1．572／(1．572 一1)+0．1771
= 0．886o'gon=5．72P1otx／(Dib )
= 5．72 X1 1532456 x76．92 X0．886／(496．163b2)≤24b ≥37753．33b≥195(mm)
2 结论
通过上面计算，得出在相同的设计参数下，在应力校核合格的情况下，透镜垫和螺栓选用一致时，按HG20582—1998《钢制化工容器强度计算规定》设计的螺纹法兰厚度为不小于156mm，按H标准《高压管件紧固件通用设计及有关标准》设计的螺纹法兰厚度为不小于195mm。即在相同设计参数下，用H标准设计的螺纹法兰厚度比按HG20582—1998规定设计的螺纹法兰增大了25％。因此，大直径螺纹法兰的设计计算采用HG20582—1998规定比较合理，不仅节省材料，降低制造成本，减轻设备总质量，而且设备运行可靠安全。