压力容器设计中法兰及紧固件的选用

QB 江苏永泰压力容器有限公司企业标准压力容器设计技术规定第一版编制：审核：批准：2008-08-10发布2008-08-30实施江苏永泰压力容器有限公司HLSH/设-3-2008压力容器设计技术规定1.本规定为各项目统一规定的原则和基础，各项目统一规定的具体一般不应与本规定相抵触。

2.压力容器设备施工图各项目（不含单项）的专业负责人必须在施工图开展之前指定该项目具体的统一规定。

为节省起见，允许专业负责人只规定新增部分及因特殊原因更新本规定的部分，其余按本规定执行。

2.1以下各项均须逐项填写：1）项目名称：XXXX2）设备位号：XXXX3）技术要求：a.技术特性表现附录2（一、二、三、四、五）b.焊接结构采用HG20583—1998，并须以节点图形式表达各种焊接接头结构，不得省略；c.焊条牌号：凡符合《压力容器安全技术监察规程》的二类和三类的压力容器应采用低氢焊条。

d.表中未尽事宜，允许以“注”表示。

例如：其他要求 1.本设备应按工艺管口方位图在适应位置设置“压力容器产品铭牌和注册铭牌”，其支托高度XXXmm，材料XXX，其余由制造厂决定。

（此条对一、二、三类的压力容器必须具备。

支托高度为保温层厚度+25mm，无保温时支托高度取50mm，铭牌位置应根据项目情况，如要求在指定位置，则在总图中以假想线画出）2.本设备须静电接地（视物料情况确定）3.1管口表形式，见附录2 (六)3.2密封面形式：1）当密封面为凹凸面、榫槽面且成对供应时，按设备一侧的法兰密封面填写。

2）当密封面带法兰盖时（包括人、手孔，带盖的仪表口），填写斜线。

4.基本设备条件：1）基本风压：XXX N/m2；2）地震烈度：X度；3) 场地土类型：X类；4）地面粗糙度：X类；5）雪载荷：X类；6）环境温度：对压力容器其环境温度为月平均最低气温的最低值。

例如辽阳的月平均最低气温的最低值为—18.8℃.5.标准、规范施工图中所采用的标准、规范，均应是国家、部正式颁布的现行标准和规范，不得采用作废的标准、规范。

表F.1 压力容器法兰、螺栓、螺母及垫片选用表法兰 螺栓(柱)螺母 垫片介质公称压力 (MPa)工作温度 (℃)法兰型式 密封面型式 钢号 型式钢号钢号 型式 材料 ≤200甲、乙型平焊RF、MFMQ235B、Q245R35(P≤0.6MPa)，40MnB25、35非金属平垫片合成纤维橡胶≤1.6201～250 长颈对焊 RF、MFM20、16Mn 等长双头螺柱40MnB、40Cr35、45、40Mn缠绕垫片、波齿复合垫08F+柔性石墨 ≤200乙型平焊Q235B、Q245R非金属平垫片合成纤维橡胶2.5201～450长颈对焊 RF、MFM20、16Mn等长双头螺柱35 40MnB、40Cr35、45、40Mn缠绕垫片、波齿复合垫S11306+柔性石墨 ≤20008F+柔性石墨201～350 40MnB、40Cr 40MnVB 45、40Mn4.0351～450 长颈对焊MFM20、16Mn、15CrMo等长双头螺柱35CrMoA30CrMoA缠绕垫片 波齿复合垫S11306+柔性石墨 S30408+柔性石墨≤20008F+柔性石墨08、10 201～350 40MnB、40Cr 40MnVB45、40Mn油品嗠油气6.4351～450长颈对焊MFM RJ20、16Mn、15CrMo等长双头螺柱35CrMoA 30CrMoA 缠绕垫片 波齿复合垫 金属环垫S11306+柔性石墨 S30408+柔性石墨 S11306、S30408、S30403 氢气、氢气与油气混和物4.0～6.4 ≤450 长颈对焊 MFM RJ Cr-Mo 等长双头螺柱 35CrMoA 25Cr2MoVA30CrMoA 35CrMoA缠绕垫片、波齿复合垫金属环垫 S11306+柔性石墨、S30408+柔性石墨S11306、S30408、S30403氨 ≤2.5 ≤150 乙型平焊 MFM Q235B、Q245R 等长双头螺柱 非金属平垫片合成纤维橡胶 压缩空气≤1.6 ≤150 甲、乙型平焊 RF Q235B、Q245R 等长双头螺柱 非金属平垫片 合成纤维橡胶 ≤1.6 ≤60 甲型平焊 RF Q235-B、Q245R 等长双头螺柱 非金属平垫片 合成纤维橡胶 2.5 ≤60 乙型平焊 RF Q235-B、Q245R 等长双头螺柱 40MnB、40Cr35、45非金属平垫片合成纤维橡胶 惰性气体4.0～6.4 ≤60 长颈对焊 MFM 20、16Mn 等长双头螺柱 40MnB、40Cr 40MnVB 45、40Mn 缠绕垫片 波齿复合垫 08F+柔性石墨 ≤1.6 ≤200 甲、乙型平焊 RF Q235B、Q245R 等长双头螺柱 35(P≤0.6MPa)，40MnB25、35 非金属平垫片 合成纤维橡胶 2.5 ≤280 长颈对焊RF20、16Mn等长双头螺柱40MnB、40Cr 35 缠绕垫片、波齿复合垫08F+柔性石墨 ≤40040MnB、40Cr 40MnVB45、40Mn 蒸汽4.0～6.4≤450 长颈对焊MFM RJ20、16Mn等长双头螺柱35CrMoA 25Cr2MoVA30CrMoA 35CrMoA 缠绕垫片 波齿复合垫 金属环垫 S11306+柔性石墨 S30408+柔性石墨 S11306、S30408、S304031.6 ≤50 长颈对焊 RF 20、16Mn 等长双头螺柱 液化烃 (储存容器)2.5 ≤50 长颈对焊 RF、 MFM20、16Mn 等长双头螺柱 40MnB、40Cr35缠绕垫片、 波齿复合垫 08F+柔性石墨 弱酸、弱碱≤1.6甲、乙型平焊 RF Q235B、Q245R 等长双头螺柱非金属平垫片合成纤维橡胶水≤1.6 ≤100 甲、乙型平焊 RF Q235B、Q245R 等长双头螺柱 35(P≤0.6MPa)，40MnB25、35非金属平垫片 合成纤维橡胶 剧毒介质≥1.6长颈对焊MFM20，16Mn等长双头螺柱40MnB、40Cr35 缠绕垫片08F+柔性石墨表F.2 接管法兰、螺栓、螺母及垫片选用表法兰 螺栓(螺柱)螺母 垫片介质公称压力 (MPa) 工作温度 (℃)法兰型式密封面型式钢号型式 钢号钢号型式 材料 ≤200非金属平垫片合成纤维橡胶 1.6、2.0201～250 带颈对焊(WN)突面(RF)20、16Mn等长双头螺柱 （全螺纹螺柱）35CrMoA30CrMoA柔性石墨复合垫片 缠绕式垫片08+柔性石墨 S30408+柔性石墨 ＜30020、16Mn08F+柔性石墨300～450 20、16Mn、Cr-Mo35CrMoA2.5451～540 带颈对焊(WN)突面(RF)Cr-Mo 等长双头螺柱（全螺纹螺柱）25Cr2MoVA 30CrMoA 35CrMoA柔性石墨复合垫片 缠绕式垫片 齿形组合垫 S30408+柔性石墨(见注2)＜30020、16Mn08+柔性石墨300～450 20、16Mn、Cr-Mo35CrMoA4.0、5.0451～540 带颈对焊(WN)突面(RF) 凹凸面(MFM)Cr-Mo 等长双头螺柱 （全螺纹螺柱）25Cr2MoVA 30CrMoA 35CrMoA柔性石墨复合垫片 缠绕式垫片 齿形组合垫 S30408+柔性石墨(见注2)＜300 20、16Mn 08+柔性石墨 300～450 20、16Mn、Cr-Mo35CrMoA油品嗠油气嗠油剂6.3、10.0451～540带颈对焊(WN)突面(RF) 凹凸面(MFM) 环连接面(RJ)Cr-Mo等长双头螺柱 （全螺纹螺柱）25Cr2MoVA30CrMoA柔性石墨复合垫片 缠绕式垫片、波齿组合垫金属环垫S30408+柔性石墨 S11306、S30403 8级 ≤200 带颈平焊(SO)六角头螺栓 8.8级 10级非金属平垫片 合成纤维橡胶1.6～2.0201-300 真空容器法兰≥2.5301-425带颈对焊(WN)突面(RF) 凹凸面(MFM)20、16Mn等长双头螺柱 （全螺纹螺柱） 35CrMoA 30CrMoA 柔性石墨复合垫片 缠绕式垫片、波齿组合垫08+柔性石墨Q235B 4.6级 5级 油品︑油气容器内部法兰1.0板式平焊(PL)突面(RF)0Cr18Ni9六角头螺栓A2-50(A2-70) A2-50(A2-70) 非金属平垫片合成纤维橡胶低温油气1.6～5.0 0～-20带颈对焊(WN) 突面(RF) 20、16Mn等长双头螺柱 （全螺纹螺柱） 35CrMoA30CrMoA非金属平垫片合成纤维橡胶1.6、2.0 带颈对焊(WN) 液化石油气（储存容器）2.5、5.0≤50 带颈对焊(WN)突面(RF) 凹凸面(MFM)20、16Mn 等长双头螺柱 （全螺纹螺柱）35CrMoA 30CrMoA 缠绕式垫片 S30408+柔性石墨 ≤25035CrMoA08+柔性石墨251～400 401～450 4.0、5.0451～540带颈对焊(WN)突面(RF)凹凸面(MFM) 环连接面(RJ)20、16Mn、Cr-Mo等长双头螺柱 （全螺纹螺柱）25Cr2MoVA30CrMoA 35CrMoA缠绕式垫片 波齿组合垫 金属环垫S30408+柔性石墨 S11306、S30403≤25035CrMoA08+柔性石墨251～380 381～400 氢气嗠氢气与油气混和物10.0401～540带颈对焊(WN)突面(RF)凹凸面(MFM) 环连接面(RJ)Cr-Mo等长双头螺柱 （全螺纹螺柱）25Cr2MoVA30CrMoA 35CrMoA波齿组合垫 金属环垫S30408+柔性石墨 S11306、S30408、S30403注1：采用非金属平垫片时允许采用其它材料，但应注意其使用条件（温度、压力、介质）的限制。

对压力容器设备法兰标准的一些总结----WORD文档，下载后可编辑修改----1.甲型平焊法兰直接与容器的筒体或封头焊接，法兰在上紧和工作时均会作用给容器器壁一定的附加弯矩。

法兰自身刚度小，所以其适用范围也较小。

2.乙型平焊法兰比甲型平焊法兰增加了一个厚度一般大于筒体壁厚的短节，这样既可增加整个法兰的刚度又可使容器器壁避免承受附加弯矩。

3.长颈对焊法兰是用根部增厚的颈取代了乙型法兰的短节，从而更有效地增大了法兰的整体刚度。

由于去掉了乙型法兰与短节的焊缝，所以也消除了可能发生的焊接变形及可能存在的焊接残余应力。

标准设备法兰是在规定设计温度为200℃，材料为16MnR或16Mn锻件，根据不同形式的法兰，规定了垫片的型式、材质、尺寸和螺柱材料的基础上，按照不同直径和不同压力，通过多种方案的比较计算和尺寸圆整得到的。

由于标准法兰是以16MnR或16Mn 锻件来制定的，所以，如果法兰材料强度低于16MnR或使用温度高于200℃，则其最大允许工作压力低于公称压力；反之，若法兰材料强度高于16MnR或使用温度低于200℃，则其最大允许工作压力便高于公称压力。

法兰的最大允许工作压力与公称压力孰高孰低，完全取决于法兰材料和使用温度。

在法兰连接中，法兰与壳体是焊在一起的，安装时，法兰与螺柱的温度相同，而操作时，法兰随壳体温度有所升高，一般法兰的温升值往往大于螺柱的温升值，于是法兰沿其厚度方向的热变形（即法兰增厚值）将大于螺柱的热伸长量。

由于法兰盘在沿其厚度方向的刚度远大于螺柱，所以在容器操作时，可以认为螺柱根本限制不了法兰的增厚，反过来倒是法兰强迫螺柱在其热伸长之外，还要产生一定量的弹性变形。

螺柱上所受到的附加轴向拉力的大小除与材料的弹性模量（E）、泊松比（ν）值有关外，还取决于螺柱与法兰工作时的温差以及螺柱杆的粗细。

螺柱的最危险截面在车螺纹处，采用A 型螺柱其危险截面上的附加热应力要比B型螺柱的附加热应力大，所以在使用温度较高时，优先选用B型螺柱。

法兰标准及选用石油、化工上用的法兰标准有两类，一类是压力容器法兰标准，一个类是管法兰标准。

㈠压力容器法兰标准1．平焊法兰平焊法兰的两种类型的比较情况如下表所示，参见示意图。

2．对焊法兰长颈对焊法兰由于具有厚度更大的颈(示意图c)，因而使法兰盘进一步增大了刚性。

故规定用于更高的压力范围(PN 0.6MP a～6.4MP a)和直径范围(DN300mm～2000mm)，适用温度范围为-20℃～450℃。

由表4-16中可看出，乙型平焊法兰中DN 2000mm以下的规格均已包括在长颈对焊法兰的规定范围之内。

这两种法兰的联接尺寸和法兰厚度完全一样。

所以DN2000mm以下的乙型平焊法兰，可以用轧制的长颈对焊法兰代替，以降低法兰的生产成本。

平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。

当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰7加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。

示意图中所示为带衬环的甲型平焊法兰。

使用法兰标准确定法兰尺寸时，必须知道法兰的公称直径与公称压力。

压力容器法兰的公称直径与压力容器的公称直径取同一系列数值。

例如DN 1000mm的压力容器，应当配用DN 1000mm的压力容器法兰。

表4-16 压力容器法兰分类和规格法兰公称压力的确定与法兰的最大操作压力、操作温度以及法兰材料有关。

因为在制定法兰尺寸系列、计算法兰厚度时，是以16MnR在200℃时的机械性能为基准制定的。

所以规定以此基准所确定的法兰尺寸，在200℃时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。

例如，所谓公称压力PN O.6MPa的法兰，就是指具有这样一种具体尺寸的法兰，该法兰是用16MnR制造的，在200℃时，它的最大允许操作压力是0.6MPa。

如果把这个PN0.6MPa的法兰用在高于200℃的条件下，那么它的最大操作压力将低于它的公称压力0.6MPa。

反之，如果将它用于低于200℃的条件下，仍按200℃确定其最高工作压力。

如果把法兰的材料改为Q235-A，那么Q235一A钢的机械性能比16MnR差，这个公称压力PN0.6MPa的法兰，即使是在200℃时操作，它的最大允许操作压力也将低于它的公称压力。

法兰垫片紧固件管理细则第一章总则第一条为规范法兰、垫片、紧固件选择及安装工作，防止发生安全事故，根据《中国石油炼油与化工企业设备管理办法》转化制定《法兰垫片紧固件管理细则》。

第二条钢制法兰、垫片、紧固件的设计、制造、选用所依据的标准应为最新国家标准，新建项目同一装置应采用同一标准，改造项目应与原装置标准一致，严禁混用。

新建装置原则使用化工部HG/T20592~20635-2021《钢制管法兰、垫片、紧固件》标准（美标）。

第二章管理职责第三条机动设备处的主要职责：一、机动设备处为法兰、垫片、紧固件归口管理部门，负责制定法兰、垫片、紧固件的安全管理规章制度，组织生产装置建立法兰螺栓紧固台帐，完善相关法兰、垫片、紧固件的资料。

二、参与审查法兰、垫片、紧固件选型、安装、使用、检验、修理、改造的全过程管理。

三、负责组织法兰、垫片、紧固件管理人员、操作人员和检修人员的培训和管理工作。

四、组织或参与法兰、垫片、紧固件失效原因的调查、分析和处理。

第四条设备属地单位职责：一、负责建立法兰螺栓紧固台账（针对定力矩专业紧固工具方式），台账中要明确记录工艺条件和螺栓、垫片规格型号、紧固方式及紧固单位提供的核算后的预紧步骤（预紧力）等内容。

二、负责监督紧固单位按照法兰螺栓紧固台账或参照扭矩对照表和实际工况核算后的预紧力进行紧固。

三、属地单位负责对法兰、垫片、紧固件的存放、保管和发放。

第三章法兰、垫片、紧固件选型第五条法兰、垫片、螺栓的选型应符合化工部《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG/T20592~20635-2021标准的技术要求。

第六条法兰选型参照《Class系列各种类型法兰的密封面型式及其常用范围》，详见附表-1。

第七条螺纹法兰、对焊松套法兰不应使用于剧烈循环工况。

在剧烈循环工况下，应选用带颈对焊法兰或整体法兰。

第八条螺纹法兰和承插焊法兰不应使用于可能发生缝隙腐蚀或严重腐蚀的场合。

第九条设备垫片选用时，应选用金属包垫、缠绕垫、石墨复合垫和波齿垫，选用缠绕垫时，当密封面为突面RF，应选用带外加强环型缠绕垫，法兰面为凹凸面FM时，应选用带内加强环型缠绕垫。

NB/T 47020~47027-2012〈压力容器法兰，垫片、紧固件〉1.NB/T 47020-2012压力容器法兰分类与技术条件●引用标准进行了更新●取消了法兰用材料Q235A和15MnVR●增加了长颈法兰用锻件材料14Cr1MO●长颈对焊法兰的尺寸作了进一步扩充●增加了垫片规格，与长颈对焊法兰系列规格相一致●Q235B钢板不得用作毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器法兰●法兰用厚度大于50mm的Q245R、Q345R钢板应正火状态下使用●甲型、乙型法兰的法兰环与圆筒或短节的连接焊缝应全焊透，长颈法兰与圆筒的对接焊缝应全焊透●对长颈法兰当工作压力大于或等于0.8倍本标准中规定的最大允许工作压力时，法兰与圆角的对接焊缝必须100%射线检RTⅡ级合格●对甲型平焊法兰、乙型平焊法兰，法兰与圆筒或短节间的连接焊缝表面100%磁粉或渗透，检测Ⅰ级合格✧NB/T 47020-2012规定用作法兰钢板应符合GB 150-2011的规定。

✧Q235B，Q235C钢板用作容器法兰的限制。

1)钢的化学成分应符合GB/T 700-2006的规定，钢板的质保书中磷的含量P≤0.035%，硫的含量S≤0.035%的要求。

2)厚度等于大于6mm的钢板应进行冲击试验，结果应符合GB/T 700-2006的规定。

3)设计压力小于1.6MPa。

4)使用温度Q235B为20~300℃Q235C为0~300℃5)用作其他受压元件（除容器壳体外）Q235B为30mmQ235C为40mm6)Q235系列的钢板不得用于毒性程度为极度和高度危害的介质。

2.NB/T 47021-2012 甲型平焊法兰●引用标准进行了更新●材料牌号进行了相应的更新●将衬环平密封面的衬环尺寸D3增至尺寸D23.NB/T 47022-2012 乙型平焊法兰●引用标准进行了更新●材料牌号进行了相应的更新●将衬环平密封面的衬环外径尺寸D3增至D24. NB/T 47023-2012 长颈对焊法兰●引用标准进行了更新●材料牌号进行了相应的更新●将衬环平密封面的衬环外径尺寸D3增至D2●PN0.6MPa~2.5 MPa的法兰直径规格增至DN2600●PN4.0MPa的法兰直径规格增至DN2000●PN6.4MPa的法兰直径规格增至DN1200●相应增加了长颈法兰高度H的修正值5. NB/T 47024-2012 非金属软垫片●规范性引用文件进行了更新●增加了橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨等非金属软性垫片材料●修改部分技术要求●垫片的尺寸进行扩充非金属垫片的典型材料和代号6.NB/T 47025-2012 缠绕垫片●规范性引用文件进行了更新●取消了金属带的沸腾钢牌号●取消了金属带0Cr18Ni12Mo2Ti牌号，並对典型金属带牌号进行了更新●增加了填充带的材料“非石棉纤维”●增加了典型金属带材料和填充带材料的使用温度范围●垫片的尺寸进行扩充金属带的典型材料和代号填充带材料和代号a 不同种类的非石棉纤维带材料有不同的使用温度，按生产厂的规定垫片的结构型式和代号7.NB/T 47026-2012 金属包垫片●规范性引用文件进行增加和更新●对典型金属板材料牌号进行更新●增加了典型金属板材料的最高工作温度●增加了填充带材料的类型和最高工作温度●垫片的尺寸进行了扩充金属板材料标准和代号填充材料标准和最高工作温度8. NB/T 470027-2012 压力容器法兰用紧固件●规范性引用文件进行了更新●由螺柱扩充到紧固件●螺柱的尺寸进行扩充●增加了全螺纹螺柱●修改了部分技术要求●增加了检验、验收和包装要求●A型螺柱：无螺纹部分直径d2等于螺纹大经（公称直径）●B型螺柱：无螺纹部分直径d2等于螺纹小径●C型螺柱：为全螺纹螺柱●用于公称压力PN≥4.0MPa法兰的螺柱，应逐根按JB/T4730.4进行磁粉检测，Ⅱ级合格●合金钢紧固件应进行法兰处理●螺柱的材料有20，35，40MnB，40MnVB，40Cr，35CrMOA，25Cr2MOV A●与螺柱相匹配螺母材料有15,20,25,45,40Mn,30CrMOA，35CrMOA，25Cr2MOV A●螺母的厚度相当于Ⅱ级螺母的厚度。

对压力容器设备法兰标准的一些总结1.甲型平焊法兰直接与容器的筒体或封头焊接，法兰在上紧和工作时均会作用给容器器壁一定的附加弯矩。

法兰自身刚度小，所以其适用范围也较小。

2.乙型平焊法兰比甲型平焊法兰增加了一个厚度一般大于筒体壁厚的短节，这样既可增加整个法兰的刚度又可使容器器壁避免承受附加弯矩。

3.长颈对焊法兰是用根部增厚的颈取代了乙型法兰的短节，从而更有效地增大了法兰的整体刚度。

由于去掉了乙型法兰与短节的焊缝，所以也消除了可能发生的焊接变形及可能存在的焊接残余应力。

标准设备法兰是在规定设计温度为200℃，材料为16MnR或16Mn锻件，根据不同形式的法兰，规定了垫片的型式、材质、尺寸和螺柱材料的基础上，按照不同直径和不同压力，通过多种方案的比较计算和尺寸圆整得到的。

由于标准法兰是以16MnR或16Mn锻件来制定的，所以，如果法兰材料强度低于16MnR或使用温度高于200℃，则其最大允许工作压力低于公称压力；反之，若法兰材料强度高于16MnR或使用温度低于200℃，则其最大允许工作压力便高于公称压力。

法兰的最大允许工作压力与公称压力孰高孰低，完全取决于法兰材料和使用温度。

在法兰连接中，法兰与壳体是焊在一起的，安装时，法兰与螺柱的温度相同，而操作时，法兰随壳体温度有所升高，一般法兰的温升值往往大于螺柱的温升值，于是法兰沿其厚度方向的热变形（即法兰增厚值）将大于螺柱的热伸长量。

由于法兰盘在沿其厚度方向的刚度远大于螺柱，所以在容器操作时，可以认为螺柱根本限制不了法兰的增厚，反过来倒是法兰强迫螺柱在其热伸长之外，还要产生一定量的弹性变形。

螺柱上所受到的附加轴向拉力的大小除与材料的弹性模量（E）、泊松比（ν）值有关外，还取决于螺柱与法兰工作时的温差以及螺柱杆的粗细。

螺柱的最危险截面在车螺纹处，采用A型螺柱其危险截面上的附加热应力要比B型螺柱的附加热应力大，所以在使用温度较高时，优先选用B型螺柱。

1.设计整体法兰时，如果强度不能满足要求，可试着做以下调整：首先检验垫片尺寸和螺栓、螺栓孔中心圆直径是否尽可能的小，以最大限度的降低作用于法兰的弯矩；在此条件满足的前提下，若是轴向应力不能满足要求，则可增加锥颈厚度和锥颈高度；若是径向应力或环向应力不能满足要求，则可增加法兰盘厚度。