ASME PCC-1—2019《压力边界螺栓法兰连接安装指南》的解析

螺栓法兰连接一直是压力容器使用与维护领域的重要内容,然而在实际生产过程之中,由于螺栓法兰连接的安装质量没有得到有效保证,导致了连接处发生泄漏。2000年ASME颁布了第一版《压力边界螺栓法兰连接安装指南》,并分别于2010年、2013年进行了修订,2019年又颁布了最新的ASME PCC-1—2019。ASME PCC-1—2019对2013版指南中存在的问题进行了修正,同时还基于工程实践经验,对指南进行了多处增删与更新,如删除了附录G《螺栓服务中承包商的使用》的内容,增加了一个最新的附录Q 《动力设备使用的注意事项》,并在附录O中引入了新的参考扭矩表。根据新版指南的修订内容,对ASME PCC-1—2019进行分析解读,为我国螺栓法兰连接的工程安装提供参考。     

ASME PCC-1—2010《压力边界螺栓法兰连接安装指南》的解析

螺栓法兰连接的正确安装对保证法兰接头的结构完整性和连接密封性两者都具有重要意义。2010年ASME颁布了ASME PCC-1《压力边界螺栓法兰连接安装指南》修订版,以替代2000年的第一版。2010年修订版体现了螺栓法兰连接的最新研究成果和工程实践经验。主要对2010年修订版中的新增内容及其特点进行了介绍和分析。     

ASME PCC-1与Taylor-Waters法螺栓载荷计算分析与对比

对ASME PCC-1与GB/T 150. 3—2011中(Taylor-Waters法)螺栓载荷计算模型进行了分析与对比。以两组数据进行了实例计算和数据分析。从分析结果可以看出,两种计算方法对于螺栓载荷的计算模型基本一致,但按照ASME PCC-1算得的需要螺栓面积远大于Taylor-Waters法算得的面积。这对法兰接头的设计有很大的影响,对按照ASME PCC-1和API 660等标准进行非标法兰的设计有参考意义。     

浅谈ASME标准螺栓扭矩计算方法

2014年我公司中标了位于菲律宾北拉瑙省考斯瓦根市4×135MW(净输出)燃煤电站以及相关设施项目EPC总承包合同,参与了“一带一路”的建设大潮中。国外业主方要求按照美国ASME标准施工。其中,对螺栓扭矩要求严格按照《ASME-PCC-1压力边界螺栓法兰连接装配指南》附录O进行螺栓扭矩应力计算,并考虑目标装配垫片应力、法兰屈服应力等。     

加载方式对垫片应力的影响及其泄漏率预测

垫片是螺栓法兰连接系统中的关键密封元件，在实验室对其进行泄漏率测量时，多采用刚性法兰通过试验机进行均匀加载，而忽略了生产实际中螺栓加载方式对泄漏率的影响。采用数值模拟方法研究实际操作常用的交叉加载、顺次加载和ASME PCC-1-2013标准中传统星形加载方式对垫片应力的影响，并将这3种加载方式与均匀加载方式进行比较。结果表明：3种加载方式都存在着螺栓预紧载荷不均匀的情况，但相比之下传统星形加载方式的预紧效果最佳，最接近均匀加载时的预紧效果；在相同载荷下，不同加载方式所得垫片上的应力不同。考虑垫片应力分布的不均匀性，对现有泄漏率预测公式进行了修正，并通过试验对修正后的公式进行验证。结果表明：修正后的公式所预测的泄漏率与试验结果更为接近。研究工作对提高螺栓法兰连接系统泄漏率预测的准确性具有重要意义。     

螺栓法兰连接设计方法对比分析及国内研究现状综述

螺栓法兰连接接头是工业设备和管道中最常用的静密封连接方式,因为其结构简单和拆装检修方便的特点,在炼化、制药、食品等众多行业中得到了广泛的应用.简要介绍了螺栓法兰连接系统设计方法的发展历程,重点对比分析了3种主要螺栓法兰设计方法——Waters法、PVRC法以及EN13445-3附录G方法(EN1591法)的异同.ASME规范Ⅷ-1篇附录2给出了法兰强度的校核方法,但不能保证法兰连接密封的泄漏率;EN13445-3附录G方法不仅给出了螺栓法兰强度计算方法,还考虑了螺栓法兰连接的紧密性.近年来我国的专家学者在垫片泄漏计算模型、垫片性能参数及测试方法研究、螺栓载荷计算等方面取得了众多成果,也是探讨的重点内容.最后对基于控制泄漏率的螺栓法兰连接设计方法研究工作的重点方向进行了展望.     

压力管道与容器密封结构螺栓预紧载荷确定方法的探讨

基于对ASME规范与EN1591-1中螺栓法兰接头设计计算方法的比较,分析了确定螺栓载荷中存在的问题。通过有限元分析,计算接头各元件柔度,并建立密封结构的载荷-变形曲线,从而提出了确定合适的螺栓预紧载荷的方法。     

具有非线性垫片的螺栓法兰连接的理论计算与实验研究

按现行规范设计的螺栓法兰连接不能保证有效的密封,本文基于A.I.Soler等人对螺栓法兰连接的分析,对一具有非线性垫片的螺栓法兰连接进行理论计算与实验。该计算从螺栓——法兰——垫片系统出发,考虑垫片的物理非线性以及螺栓的拉伸和弯曲,分别模拟了系统在预紧和操作阶段的螺栓应力、法兰应力和垫片应力。此外,对一实际的法兰连接进行了实验研究,试验结果与计算结果吻合较好。     

压力容器螺栓法兰连接规范设计新方法

本文全面介绍了国际上螺栓法兰连接规范设计方面的进展以及ASME压力容器规范对此进行修订的情况。     

螺栓法兰连接的失效案例分析及有关进展的讨论

根据2010年在英国机械工程师学会专题讨论会上介绍的法兰失效案例,简要讨论了螺栓法兰连接设计中应注意的问题,并介绍近期紧凑法兰和螺栓法兰连接标准的一些进展。为了防止法兰密封面泄漏,对重要法兰应进行实际螺栓载荷下的整体塑性变形分析。     

液压拉伸法紧固法兰螺栓的载荷损失研究

法兰连接系统被广泛应用于航天、石油、化工等相关领域，法兰发生泄漏会造成严重的危害，故法兰螺栓的紧固工作显得尤为重要。工程中常用液压拉伸法来紧固管法兰螺栓，鲜有学者对液压拉伸紧固法兰螺栓的螺栓载荷损失情况展开研究。在研究螺栓载荷损失情况时，首先进行螺栓材料的力学性能测试试验来测试螺栓材料的弹性模量、屈服强度等力学性能参数，为拉伸紧固试验提供理论计算；然后按照ASME PCC-1中对螺栓分步拉伸紧固的方法，采用3种不同的拉伸应力且每种拉伸应力下均运用四步加压法对其进行紧固；最后根据螺栓剩余载荷和拉伸力的关系可以得出螺栓载荷损失的情况。结果表明，35CrMo的M27螺栓的温度越高，其弹性模量和屈服强度越低；拉伸紧固螺栓时，螺栓所受拉伸载荷越大，则螺栓载荷的损失率也越大。     

螺栓法兰连接系统应力强度的研究

螺栓、法兰、垫片连接系统中各元件的应力大小和分布情况,是影响连接系统密封性能的主要因素。将非金属垫片的非线性性能及螺栓、法兰、垫片之间的变形协调关系考虑进去,建立了整个螺栓、法兰、垫片连接系统的有限元模型;研究在螺栓的预紧应力和连接系统的内压载荷作用下,螺栓、法兰、垫片的应力大小和分布情况,为定量研究接头的泄漏奠定基础。     

直驱式抽油机法兰连接螺栓的有限元分析

基于ANSYS Workbench软件对新型高效节能直驱式抽油机8型机法兰连接螺栓进行分析研究,建立了直驱式抽油机的有限元简化模型,对法兰螺栓进行了理论计算,仿真数据与理论值基本吻合,证明了模型简化的合理性以及有限元分析可以满足工程需要。针对工作载荷和极限情况下的抽油机法兰连接螺栓进行分析计算,得到了连接螺栓的应力分布云图,同时分析了不同法兰连接筋板和连接螺栓失效情况对法兰螺栓受力影响,可以有效的预测法兰螺栓的断裂,为该系列抽油机安全性能分析提供有力的依据,同时提高了该产品市场竞争力。     

风电机组主轴法兰螺栓连接疲劳损伤分析

高强度螺栓是MW级风电机组轮毂法兰与主轴法兰之间重要连接部件。针对其疲劳损伤分析,基于VDI2230高强度螺栓设计准则,首先提出并建立了以等效梁模拟主轴法兰螺栓连接的疲劳损伤有限元模型,同时验证了等效梁模拟螺栓连接的正确性。最后依据Eurocode3规范、Palmgren-Miner线性累积损伤理论对主轴法兰高强度螺栓连接疲劳损伤进行了计算。分析结果表明,螺栓在20年设计寿命中,不会发生疲劳失效。论文的研究成果为高强度螺栓连接建模与疲劳失效分析提供参考依据,具有一定的工程应用价值。     

非金属垫片螺栓法兰连接寿命评价

分析非金属垫片密封的时效特性,考虑高温条件下材料退化和垫片载荷松弛过程对密封性能的影响,依据多孔介质理论,建立非金属垫片密封的时效泄漏模型.将螺栓法兰连接系统寿命划分为密封寿命和部件寿命.提出密封寿命试验方法,在考虑垫片泄漏特性变化的基础上,基于指标泄漏率分析螺栓法兰连接系统密封寿命;基于蠕变和疲劳损伤准则分析高温螺栓的剩余寿命,探讨螺栓法兰连接系统的密封寿命和各部件寿命之间的关系.建立螺栓法兰连接系统的寿命预测最弱环模型,将垫片的变形特性和泄漏特性统一于螺栓法兰连接系统中进行研究,提出基于指标泄漏率和结构完整性的螺栓法兰连接系统寿命评价方法.     

组合垫法兰接头高温密封性能研究

本文通过常温和高温垫片性能试验,结合对法兰接头进行整体的瞬态温度和密封性能有限元分析,对一使用特殊组合垫片法兰接头的密封性能进行了定量分析,回答了两个问题:(1)该组合垫是否适用于介质温度和压力大幅度变化的工况;(2)需多大的预紧力,才能确保法兰连接安全可靠。     

个体失效对均布螺栓组连接传递动力功能的影响

在汽车发动机动力输出过程中,＂曲轴飞轮＂组件起着十分重要的作用,具体来说,乃是通过曲轴法兰与飞轮之间的螺栓组连接传递扭矩的方式来完成的。图1是一种小排量汽车发动机曲轴法兰被连接部位的示意图,从中可见六个螺栓孔在圆周方向呈均匀分布。     

螺栓法兰连接的可视化设计

应用Visual Basic编程语言和Microsoft Access数据库管理系统实现了螺栓法兰连接的可视化设计。应用该软件可使传统的规范设计程序化和智能化，有效地提高了螺栓法兰连接设计的效率和质量。     

大尺寸非标准容器法兰螺栓优化加载方案研究

针对工业中遇到的轴向力作用下大尺寸非标准容器法兰的泄漏问题,搭建了相应的试验装置,研究了不同预紧力、不同初始压力及不同加载方案下,螺栓载荷、法兰内部压力及泄漏率的变化规律。试验结果表明,基于ASME PCC-1,JIS B 2251的加载方案应用于本法兰时仍为较优化方案,但基于JIS B 2251的加载方案下螺栓载荷均匀性最好,加载轮次最少。当法兰接头初始压力为200,800 kPa时,预紧力的增加难以有效降低法兰内部最大泄漏速率,当初始压力为400,600 kPa,预紧力由6.0 kN增加至9.0 kN时,最大泄漏速率分别降低了30.4%和18.2%。     

法兰密封系统螺栓加载方式试验研究

均匀的螺栓载荷对法兰密封性能有极为重要的意义,由于螺栓间存在弹性交互作用,采用扭矩增量控制法按一定加载顺序加载才能降低螺栓载荷离散程度。试验研究了ASMEPCC-1传统的加载方法（LEGACY方法）和JISB2251加载方法在DNl00法兰8螺栓结构中的加载规律,以及载荷渐增顺次螺栓加载方法。采用应变片和应变仪实时监测螺栓载荷,采用力矩扳手加载。结果表明,ASME传统加载方法较为繁琐,JISB2251加载方法效率高且不易出错;以扭矩增量控制法顺次加载也能获得均匀的螺栓载荷;在保证充足预紧轮次的情况下,加载方式对最终螺栓载荷的离散程度影响不大,最后以目标载荷顺次加载几轮非常有必要。