法兰管理

法兰管理（共7篇）

法兰管理 篇1

在油气管道建设中, 站场、阀室工艺管线和阀门、设备等大多以法兰形式进行连接。法兰连接的质量, 直接关系到管道运行的安全。特别是在高压运行条件下, 受管内石油、天然气等介质的不断冲刷, 再加上温度、压力、振动、应力以及地质变化等因素的影响, 油气管道的法兰连接很容易发生密封失效的问题, 从而造成很大安全隐患。因此, 按照相应的规范和程序做好法兰管理是一项非常有意义的工作。

1 法兰管理的定义

法兰管理 (Flange Management) 是指对法兰片的保管、预制、组装、相应的螺栓紧固、现场紧固状态检查、挂牌及后续资料编制等所有活动的总称, 是壳牌业主“第一次就做对”的质量创新理念的重要组成部分。

法兰管理主要有以下优点:第一, 体现了对法兰从领用存放到投产运行阶段全过程的管理, 所有现场资料可追溯。第二, 螺栓紧固有明确的力矩数值, 使用工具专业规范, 紧固按规定次序进行。第三, 法兰端面受力均匀有效, 彻底解决法兰片因紧固不均匀而造成的泄漏问题;第四, 有效减少因法兰紧固不当而造成的法兰泄漏返工成本;第五, 安全性能提高;第六, 操作简单, 具有推广性。

2 法兰管理的工作内容

法兰管理是对法兰的全过程管理, 具体工作分以下几个阶段进行描述:

预制阶段:严禁法兰面直接接触地面、积水;在工艺管预制过程中, 应使用合适的材料, 如塑料管帽、胶皮等对法兰端面进行保护, 防止损伤水纹线;发现任何法兰损伤的情况, 要及时进行记录和汇报。

安装阶段:使用适当的法兰组装方式, 并确保垫片、螺栓等安装正确;防止对法兰及附近的管路产生应力集中;对组装好的法兰进行挂牌, 注明法兰紧固的操作、检查人员以及其他法兰信息;

试运行阶段:选择合适的介质和测试压力对系统进行密封性测试;试运行开始启动后, 检查运行的设备、管路, 是否出现泄漏、渗漏、位移和振动。

运行阶段:每周要对场区检查一次, 查看法兰是否有泄漏和渗漏情况出现;注意对法兰标牌进行维护。

3 施工步骤

3.1 法兰接头预制、组装

在工艺管的预制阶段, 必须严格按照规范执行, 做到以下几点: (1) 下料时管件尺寸要严格按照图纸施工, 为了便于安装, 可以适当预留一些余量。 (2) 保证法兰端面与管中心轴线垂直。 (3) 做好法兰端面的保护工作。法兰管件进行组装时, 必须保证以下几点: (1) 安装前要将法兰面清理到规范要求的光洁度。为了保护水纹线, 不能使用高转速的电动钢丝刷进行清理, 只能用手动钢丝刷。 (2) 法兰密封面组对时保持平直, 要保证两个相邻法兰片的中心对中心和相对竖直。

3.2 垫片安装

(1) 垫片一般都是要保存在原始包装内并水平放置, 严禁压重物。垫片安装之前才能打开包装。 (2) 安装前要认真检查垫片的规格和颜色, 以确保垫片的种类和安装位置正确, 绝不能混用。 (3) 安装时, 任何情况下不要在垫片上涂抹油脂等润滑剂。 (4) 安装垫片时, 要确保安装到位, 即垫片中间的金属缠绕部分要和两边的法兰面对正。 (5) 金属缠绕垫片不能重复使用。

3.3 螺栓的选用

(1) 螺栓安装前要进行仔细检查, 螺栓螺母材质要符合设计要求, 螺栓长度要保证螺栓紧固完成后, 两头各露出螺母2-3个丝扣。 (2) 螺栓螺母可以重复使用, 前提是外观检查状况良好, 且没有过载使用或超出螺栓自身的屈服点。 (3) 只有表面干净没有油渍的螺栓和螺母才能用于法兰管理工作。螺栓螺母要保证丝扣无损坏。 (4) 螺栓安装前, 要在螺栓与螺母接触的范围涂抹润滑剂, 以减少螺栓拧紧过程中的摩擦力。应选用MO-LYKOTE1000或者其他等同的润滑剂。

3.4 初始拧紧

螺栓的初始拧紧可以使用扳手、套筒扳手等工具手动完成。敲击扳手和其他自制工具是严禁使用的。

3.5 螺栓紧固

根据工作原理和使用工具的不同, 螺栓紧固主要分为两种方式:

3.5.1 螺栓拉紧

主要靠螺栓拉伸器来完成。螺栓拉伸器主要是以高压油泵为动力源, 输出的高压油经高压软管输送至拉伸体内的活塞缸, 在压力作用下活塞缸中的活塞上移, 带动拉伸螺母向上移动。拉伸螺母与工作螺栓螺纹联接, 从而拉长工作螺栓, 使螺栓伸长达到所要求的变形量, 变形控制在弹性变形范围之内, 然后进行预紧或拆卸作业, 最后通过液力或者机械回位的方式使工作螺栓回复原来的形状, 完成作业。

理论上讲, 螺栓张紧需要同时作用在所有螺栓上, 一次完成。如果受设备和现场情况制约, 无法一次完成, 螺栓拉紧可以分两次进行。

如下图所示, 当8孔法兰分两次进行紧固时, 可以按如下顺序进行。需要指出, 由于第一遍螺栓拉伸时需要克服较大摩擦力, 所以第一遍的拉伸力A一般都比第二遍的拉伸力B大15%-30%左右。

第二遍拉紧完成后, 紧跟着要用第二遍的拉力B作用在所有的螺栓上, 以检查在螺栓拉伸的情况下, 螺母是否有松动的现象。

如果采用螺栓拉紧方式紧固的法兰出现泄漏, 严禁直接在泄漏部位施加额外力进行紧固, 这样会导致法兰或者法兰端面发生变形, 从而增大进一步泄漏的倾向。在出现泄漏的情况下, 正确的做法应该是把法兰拆开, 查找泄漏的根本原因, 整改后重新进行法兰管理。

3.5.2 螺栓拧紧

螺栓的拧紧可以通过手动或液压的扭矩扳手来完成。当扭矩小于678Nm时, 一般使用扭矩扳手, 当大于678Nm数值时, 应选用液压扳手进行法兰管理。

在法兰组装之前, 应对照规范里的力矩数值表选择正确的力矩值并且准备好和规范里规定的润滑剂。实际使用的润滑剂的摩擦系数要做好记录。

总体来讲, 螺栓紧固要按法兰圆周直径对称进行, 为了便于施工, 螺栓紧固之前, 应按顺时针对螺栓进行编号, 如下图所示

编号完成后, 应该按照下表里规定的紧固顺序来进行螺栓紧固。

除了按照上述的紧固顺序进行外, 为了获得均匀一致的紧固程度, 螺栓紧固要分4遍进行:第一遍:施加40%的扭矩力第二遍;施加80%的扭矩力;第三遍:施加100%的扭矩力;第四遍:使用100%的扭矩力, 沿顺时针方向逐一对所有螺栓进行紧固, 以验证所需要的扭矩力是否已被均匀的施加到每个螺栓。

螺栓紧固完成后, 无论以何种原因将法兰拆开后, 再恢复时都需要按照完整的法兰管理程序进行。为了保证法兰完整性和操作安全, 气动或液压扳手或者螺栓拉伸器都应该满足规范要求, 一年内至少应该保养和校验一次。

3.6 记录和数据管理

为了使法兰施工可追溯, 法兰紧固过程中要填写记录表格, 并在法兰上进行挂牌。标牌上要体现法兰编号、法兰情况、螺栓情况、垫片种类、具体的施工人员和质量检查人员等信息。法兰紧固完成后, 标牌的附联要撕下来上交。另外, 施工单位还要编制法兰管理红线图, 该文件可以清晰的反映出法兰管理的标牌信息和法兰编号。所有这些现场记录表格、标牌、红线图都将作为系统文档的一部分。

4 法兰管理在马季努恩油田的实施情况

在马季努恩FCP天然气外输管道工程施工中, 项目部承担了1座发球站和1座截断阀室的工艺、设备安装任务, 施工中严格按照业主法兰管理相关规范和要求进行, 做到了各个环节有序可控, 累计完成大小法兰管理共计834处, 经过试压测试, 没有出现任何泄漏情况, 取得了非常好的应用效果。

摘要：法兰管理是伊拉克马季努恩油田强制推行的一项非常严格的工作程序, 是壳牌业主“第一次就做对”的质量创新理念的重要组成部分。本文介绍了法兰管理的工作内容、施工步骤, 以及在马季努恩FCP项目实际应用情况。

关键词：“第一次就做对”,法兰管理,扭矩值

法兰管理 篇2

随着世界陆地和浅海石油资源的日渐枯竭,石油资源的开发逐渐转向深海。深海石油资源的开发需要用海底管道将水下采油树、水下生产管汇和深水采油平台连接起来。深海管道法兰连接技术属于水下回接技术,是将海底管道通过法兰螺栓连接方式连接,实现管道敷设的技术[1]。由于深海环境复杂、水压高潜水员无法工作,只能使用自动化的机械设备,这些设备包括ROV、H架、轴向对准机具、轴向接应机具和法兰连接机具等。本文主要提出一套深水管道法兰连接的工艺方案,并设计了适用于深水环境的法兰连接机具,以便为深水管道法兰连接技术的发展提供思路。

2 连接工艺方案

深水区域的海底管道的连接方法大都是机械连接方法[2],法兰连接是常用机械连接方式[3]。下面以管道间的连接为例介绍海底管道法兰连接的工艺过程(见图1):

(1)工作母船携带工作机具,如ROV、H架、轴向对准机具和法兰连接机具等至待连接管道的上方,并吊放机具;

(2)安装H架,H架在ROV的操作下将管道从海底抬起,并进行管道的粗对中;

(3)分别在两侧管道上安装轴向对准机具和接应机具,在ROV的操作下将管道拉近完成精对中;

(4)安装法兰连接机具,在ROV的操作下完成法兰对孔、螺栓插入和螺栓预紧等动作,再实现法兰连接;

(5)拆卸机具,工作母船回收机具,管道法兰连接完成。

3 法兰连接机具总体方案

深水法兰连接机具由深水法兰连接机具的机械本体、液压系统和控制系统三部分组成,见图2。系统的控制盘柜安装在工作母船上,通过脐带缆与ROV相连,ROV通过法兰连接机具上的ROV接口与法兰连接机具相连,将控制信号、电能和液压油传递给法兰连接机具。机械本体采用整体式结构由外框架、内框架、螺栓库和螺母库等部分构成,能够完成法兰对孔、螺栓插入和预紧螺栓等功能。液压系统由液压油源、液压阀箱、液压缸和液压马达组成,其中液压油源由ROV携带。

1.工作母船2.控制柜3.脐带缆4.ROV5.液压油源6.液压阀箱7.法兰连接机具

4 法兰连接机具的机构设计

深水法兰连接机具的主要功能是完成海底管道的法兰连接,为了顺利完成这个功能,法兰连接机具应具备以下功能:(1)应具备螺栓和螺母的存储功能;(2)应具备将旋转法兰的螺栓孔与固定法兰的螺栓孔对齐的功能,以保证螺栓能顺利穿过法兰螺栓孔;(3)应具备将螺栓插入螺栓孔的功能;(4)应具备将螺母旋紧到螺栓上的功能;(5)应具备对螺栓拉伸预紧,并锁住预紧力的功能;(6)应具备与ROV对接,并从ROV上获得动力的功能;(7)应具备将机具固定在管道上的功能,以保证机具在法兰连接过程中不受外部环境的干扰;(8)应具备微弱的正浮力,便于ROV携带。

1.浮力块2.夹紧卡爪3.螺母库4.中间定位体5.螺栓库6.内框架7.外框架

为了实现上述功能,法兰连接机的结构采用三瓣式设计,主要包括浮力块、外框架、内框架、夹紧卡爪、螺栓库、螺母库和照明、摄像系统等,三维结构模型见图3。浮力块使法兰连接机具有一定正浮力,方便ROV在水下携带法兰连接机具;外框架采用桁架式结构,安装有ROV接口,作为法兰连接机具的机架,部件安装时保证各个部件间正确的相对位置关系;夹紧卡爪用于夹紧管道固定法兰连接机具;内框架携带螺栓库和螺母库,可以绕管道轴线旋转使螺栓和螺母与法兰的螺栓孔对准,可以使螺栓库和螺母库沿管道轴线滑动将螺栓插入法兰螺栓孔中;螺栓库和螺母库采用三瓣式结构,分别携带法兰连接用的螺栓和螺母,螺栓库安装有对螺栓拉伸预紧的液压张紧器,螺母库安装有拧紧螺母的扳手装置。

5 结论

深海环境复杂,水下作业困难,海底管道法兰连接需要通过一整套的自动化作业设备,这些设备的设计难度大。针对深海管道铺设的需求,综合考虑深海作业环境,提出了深海管道法兰连接的一种工艺方案和设计了法兰连接机具的结构,为深水法兰连接和法兰连接机具的研究指明方向。

摘要：我国海洋石油产业正在向深水进军,以法兰连接为主要连接方式的深水管道连接技术是必须攻克的难题。因此,设计了一套深水管道法兰连接的工艺方案,并对关键设备法兰连接机具进行了设计研究。该研究成果对促进我国深水作业设备发展,提高我国深水管道连接技术具有一定意义。

关键词：深水,连接工艺,法兰连接机具,ROV,方案

参考文献

[1]时黎霞,李志刚,赵冬岩,等.海底管道回接技术[J].天然气工业,2008,28(5):106-108.

[2]焦向东,周灿丰,陈家庆,等.海洋工程水下连接新技术[J].北京石油化工学院学报,2006,14(3):20-22.

法兰管理 篇3

1 机壳进口法兰孔加工

1.1 加工原理

如图1所示, 进口法兰孔由两个轴心线成一角度的锥形孔与一个四棱台孔相切而成, 对于锥形孔在镗床上利用平旋盘调整好锥度比可以很方便的加工出。对于该形状的进口法兰孔, 可以调整旋转工作台, 使其一个锥孔的轴心线与平旋盘中心重合, 按一定锥度比, 可加工出一个锥孔, 调整另一端的锥孔轴心线, 用同样的方法可加工出另一个锥孔。中间四棱台的加工, 可在事先加工出圆孔的情况下用棒铣刀走直线加工。为此需要计算出有关参数、锥度比I、旋转工作台旋转角a、各个参数的计算。

由图1所示的图形, 按实际尺寸计算画出的进口法兰孔平面图形如图3所示, 图中虚线平面为长轴平面。按图中给定尺寸已知R1、R2;长轴L2、短轴L1, 并由此计算出短轴平面两园中心线H1和长轴平面两图中心距H2。

①计算两平面的锥孔轴心线与法兰孔中心的夹角a。按图1给定的尺寸长轴 (543.4) 和短轴 (490) 的两平面垂直距离H可求。如图4所示。

H为长短轴平面间距离, OO2为长轴平面圆心距法兰孔中心的差, O1O2为左端锥孔轴心线。OO2由图2计算得

OO2= (H2-H1) /2

由此得出左端锥孔轴心线与进口法兰孔中心线的夹角为:

a=arctg (OO2/H)

②计算锥孔锥度比i在进口法兰孔的水平中分面图形中 (左半部) O1O2为左端锥孔轴心线。a为轴心线与法兰孔中心的夹角O2A=R2, O1B=R1

(图纸给定) 。

由于在镗床平旋盘加工锥孔中, 平旋盘轴向运动方向为:O1→O2, 径向运动方向为B→E (∵R2

③镗床旋转工作台转角a′的计算。机壳轴心线垂直于工作台面装夹、假定其装夹位置。

旋转工作台的旋转角度a′和锥孔轴线与转至与法兰孔中心线的角度a (平旋盘主轴中心线与锥孔轴的重合的角度) 的位置, 转动旋转工作台转角为∠5。使左端锥孔的轴线O1O2平行于平旋盘主轴中心线, 转a角后, 即O1、O2、P分别转至O1′、O2′、P′的位置。

所以当旋转工作台转动角为a时, 即可使锥孔轴线平行于主轴位置。当横向移动主轴使其处于锥孔轴线重合位置, 即可加工出左端锥孔。

1.3 加工方法

1.3.1 在进口法兰孔中心位置先加工出半径为R的圆孔并以此为中心加工出腰形孔

其两孔中心距:

H=H2

R= (L1-H2) /2 (按图3尺寸)

1.3.2顺时针转动工作台角度a, 加工左半部锥孔, 并调整平旋盘径向与轴向数比使:

i=S径/S轴

= (R1-R2) cosa/

1.3.3 以试切法 (或计算主轴横向移动座标值X) 加工左端锥孔, 测量外端面的长轴L1及R1达到图纸要求为止。以同样的方法使工作逆时针转动a角可加工出右端的锥孔。

1.4 加工后的两锥孔

法兰的非标设计 篇4

法兰连接的失效主要表现为泄漏, 但泄漏又是不可避免的。据调查, 日本炼油行业近十年, 70%以上的灾难性事故是由于泄漏造成的[1], 1989年美国德克萨斯石油化工厂聚氯乙烯设备中的异丁烷泄漏爆炸及同年俄罗斯乌法液化天然气管道泄漏爆炸则都是人类历史上的大灾难[2,3]。这些事故造成大量人员伤亡和财产损失, 并且对环境的污染是无法估量的。

从设计角度来说, 应该把法兰、螺栓和垫片看成是一个整体来考虑, 并把“泄漏”作为设计准则。但由于垫片性能异常复杂, 目前这方面的经验还不足, 所以现在法兰设计基本上从强度考虑, 即以控制法兰中的应力值作为设计依据。

1 法兰计算方法概述

在石化、化工行业中, 法兰连接一方面要确保其各零件有一定的强度, 使之在工作条件下长期使用而不被破坏, 另一方面是在工作条件下, 由法兰、螺栓和垫片组成的整体有足够的刚度, 能够将容器内介质向外或向内 (在真空或外压条件下) 的泄漏量控制在工艺和环境允许的范围内, 这也是对法兰连接最基本的要求。因为在石化和化工行业中, 设备的介质一般都具有一定的毒性或污染, 因此, 法兰要以此作为主要的设计依据。

法兰的设计方法主要有Waters法和Timoshenko法, 主要就是使法兰颈部轴向应力、法兰环的径向应力和切向应力尽量以相应的许用应力接近, 即:

式中:σH———法兰颈部轴向应力, MPa

σR———法兰环的径向应力, MPa

σT———法兰环的切向应力, MPa

[σ]ft———设计温度下法兰材料的许用应力, MPa

化工部HG/T 20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》[4]标准就是依据上述设计方法制定的, 但是, 在实际工作中, 我们往往会遇到一些不能满足标准的情况, 例如:某化工厂柴油加氢精制装置中, 有一富胺液闪蒸罐, 介质为富胺液, 其操作条件为最高工作压力0.85 MPa, 安全阀定压为3.5 MPa, 最高工作温度为61℃, 设备筒体材料选用的是Q345R+022Cr17Ni12Mo2复合钢板, 以其中一个吹扫口为例, 其开口大小为DN50, 材料为022Cr17Ni12Mo2锻件, 按照工部HG/T 20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》[4]标准选用长高颈整体法兰 (图1所示) , 法兰压力等级为5.0 MPa, 选用的垫片为内填石棉缠绕式不锈钢垫片, 在对其进行计算中发现, 选用整体法兰不能满足要求, 即法兰计算通不过:

设计温度 (设计温度为81℃) 下法兰材料的许用应力[σ]ft=101.8 MPa。

根据, 我们可以算得综合应力0.5 (σR+σH) =130.7 MPa>[σ]tf=101.8 MPa, 所以单一选用长高颈整体法兰不可行, 要进行法兰非标设计。

2 非标法兰设计

为解决上述问题, 可以从两方面着手考虑:一是增加法兰环厚度;一是增加锥颈的厚度。并且在设计过程中, 我们还发现, 由于该设备操作压力较高, 开口处补强面积不够, 需要对其进行开口补强。补强方法也有两种:一是加补强圈;再有就是采用厚壁管补强。

2.1 非标法兰应力计算

法兰力矩是由锥颈、圆筒、和法兰环共同承载的, 三者的承载比例与它们的旋转刚度有关, 刚度提高其承载比例也随之提高, 即刚度大承载比例就大。

2.1.1 法兰环尺寸对法兰应力的影响

首先先假设锥颈厚度不变, 增加法兰环厚度 (如图2所示) , 可以使法兰环的旋转刚度得到提高, 其承载比例加大, 则锥颈和圆筒部分分担的承载比例减小。由此会使法兰环的径向应力大大降低, 但也不能无限制的加大法兰环厚度, 当法兰环的刚度与锥颈的刚度相当时, 就有可能出现环向应力升高的情况。具体地讲, 锥颈作用于法兰环的边界力矩M1和横剪力Q1应减小。

由于, 而δ1 (锥颈大端厚度, mm) 不变, 则M1↓, σH↓, σH随δf (法兰环厚度, mm) 的变化情况可用图3来描述。

而σR, 由于M1↓和Q1↓, 且δf又增大, 所以导致σR↓, σR随δf的变化情形可以图3来描述。

σT随法兰厚度δf的变化可由图3来描述。

从图3可见, 法兰厚度的变化对σR影响最显著, 对σH较缓和, 而对σT则可能起反作用并很不敏感。

2.1.2 锥颈尺寸对法兰应力的影响

我们再假设法兰环尺寸不变, 只加大锥颈的尺寸, 如将锥颈尺寸由图4的实线原状改变为虚线状。其对法兰环的偏转能起到很大的抑制作用, 致使法兰环在法兰力矩作用下偏转很小, 于是法兰环的环向弯曲应力极小, 但与此同时, 法兰环的径向却产生很大的弯曲应力。也就是说增加锥颈尺寸, 会使法兰环的径向应力增加锥颈承载增大, 环向应力减小。所谓锥颈承载增大, 具体地讲就是锥颈作用于法兰环的边界力矩M1和横剪力Q1应增大 (见图5) 。

法兰的径向应力σR是由以下两部分组成的:

此时由于M1↑, Q1↑, 而δf不变, σR就上升, σR随锥颈尺寸的变化情形如图6所示。法兰的轴向弯曲应力, 式中δ0为锥颈小端厚度, M0为小端边界力矩。虽然M1↑ (M0也同时增大) 会导致σH增大, 但由于δ1↑, 锥颈的抗弯模量与δ1成二次方增大, 所以σH还是下降, 随σH锥颈尺寸δ1, h的变化可由图6来反映。

从图6中σH、σR、σT随锥颈尺寸的变化曲线可看出, 锥颈尺寸对σH的作用最显著, 对σT次之, 而σR则起反作用。如果锥颈尺寸减小, 则上述三个应力的变化就反向。

通过对法兰的计算结果分析可知, 法兰环的径向应力太大, 使得综合应力0.5 (σR+σH) =130.7 MPa>[σ]ft=101.8 MPa, 所以增加锥颈尺寸方法不可行, 不能再加大锥颈处的厚度, 只能加厚法兰环的厚度。

首先, 将法兰环的厚度由原来的20.7 mm增加到25 mm, 得:

算得综合应力:

将法兰环的厚度增加到26 mm, 得:

算得综合应力:

将法兰环的厚度增加到27 mm, 得:

算得综合应力:

将法兰环的厚度增加到28 mm, 得:

算得综合应力:

通过上算计算, 当法兰环厚度调整到27 mm和28 mm时, 各项应力值都要小于设计温度下的许用应力值, 也都满足要求, 但我们需要的是各项应力值趋近于对应的许用应力值, 使它们能够充分地发挥各项强度性能, 即趋近于满应力状态, 遵循“满应力准则”, 所以应力值过小也不好。因此得出法兰环厚度为26 mm时, 设计最为合理 (图7所示) 。

2.2 开口补强计算

还以此开口为例, 在有效补强范围内:

式中:Ae———补强面积, mm2

A1———壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积, mm2

A2———接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积, mm2

A3———焊缝金属截面积, mm2

在GB150.1~150.4-2011《压力容器》[5]中, GB150.3第6章开孔和开孔补强这一节中规定:

若Ae≥A, 则开孔不需另加补强;

若Ae<A, 则开孔需另加补强, 其另加补强面积:

式中:A———开孔削弱所需要的补强截面积, mm2

A4———有效补强范围内另加的补强面积, mm2

经过计算得出:还需加A4=991 mm2补强面积。

若采用补强圈结构, 算得补强圈外径为Φ130 mm, 内径为Φ88 mm, 厚度为30 mm, 具体结构见图8。

若采用厚壁管结构补强, 计算得厚壁管壁厚为26 mm, 此时A4=-71 mm2补强面积为负值, 开孔处不需另加补强, 具体结构见图9。

3 结论

(1) 锥颈尺寸和法兰环厚度对σH、σR、σT三个应力的影响关系是相互关联的, 应根据不同的情形进行调节, 才能得到明显的效果, 从而得出合理的设计结果。

(1) 在法兰设计过程中, 如果发现计算结果中轴向应力σH过大或过小, 即时, 应调节锥颈尺寸;

(2) 若时, 应调节法兰环的厚度;

(3) 若时, 应调节锥颈尺寸。

(2) 在本次设计中, 无论是采用补强圈补强还是厚壁管都是可以的, 相比较而言, 采用补强圈方法简单, 厚壁管方法相对要复杂一些, 但厚壁管结构受力较好, 另外, 本设备筒体为30 mm厚, 若采用补强圈, 补强圈的厚度也要30 mm, 这样的话, 补强圈厚度太厚, 很浪费, 从经济角度来说, 选用厚壁管要好一些, 这样就验证了在GB150.1~150.4-2011《压力容器》[5]6.3.2.1补强圈补强一节中, 对筒体开孔补强有一点规定, 说“若条件许可, 推荐以厚壁接管代替补强圈进行补强”。

摘要：通过对相关法兰尺寸的调整, 着重在:法兰环尺寸与锥颈尺寸对法兰应力的影响, 得出锥颈尺寸和法兰环厚度对σH、σR、σT三个应力的影响关系是相互关联的, 不能只调节其中一个值, 应根据不同的情形进行调节, 才能得到明显的效果, 从而才能得出合理的设计结果。并对整体法兰加补强圈与厚壁管两种补强方法进行对比, 根据具体情况得出有关结论。

关键词：非标法兰,设计,补强

参考文献

[1]顾伯勤, 陈永林, 陆晓峰.垫片密封技术研究现状与展望[J].石油化工设备, 2001, 30 (5) :41-43.

[2]何天荣.工业热灾害及其安全工程[J].安全, 2004 (1) :10-11.

[3]顾伯勤.垫片高温性能及其表示方法[J].化工设备与管道, 2001, 38 (4) :62-65.

[4]HG/T20592-20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》.

[5]GB150.1-150.4-2011《压力容器》.

[6]李世玉主编.压力容器设计工程师培训教程[M].北京:新华出版社.2005:213-225.

[7]吴泽炜主编.化工容器设计[J].武汉:湖北科学技术出版社出版.1985:121-143.

[8]中国石油化工集团公司工程建设管理部.压力容器设计人员培训教材[M].2003:33-38.

法兰克福市立剧场车间 篇5

业主:法兰克福市立剧院

建设地点:德国法兰克福

设计单位:gmp

建筑面积:1.4万m2

建筑设计:Volkwin Marg, Hubert Nienhoff, Holger Betz, Kristian Spenker

项目负责人:Bernd Gossmann

方案阶段设计人员:Rüdiger von Helmolt, Brigitta Kortz, Felix Gast, Daniel Lampe

实施阶段设计人员:Felix Gast, Nicole Jahn, Florian Klee, Brigitta Kortz, Christian Klimaschka, Felix Mantel, Antje Pfeifer

项目管理:Alexis Michalec, Carsten Nawrath, Knut Nell, J�rg Schlieckmann, Mohammed Whaby, Bernd Adolf, Christoph Rückle

设计时间:2007年~2010年

建成时间:2014年

图纸版权:gmp

摄影:Marcus Bredt

在2014~2015年新演出季即将开始之际, 随着交通和景观部分的完工, 法兰克福市立剧场布景和道具车间的改扩建工程正式竣工。

由于功能和管理上存在缺陷, 车间的扩建早在2007年就已开始。整个施工期间剧场的运营并未受到影响, 很多车间在由歌剧厅、戏剧厅和Kammerspiel剧场组成的综合体中进行了重建。

由于基地大小的限制, 工程必须在现有的东翼建筑之上加建服装道具车间。建成于20世纪80年代的Kammerspiel剧场入口前厅被拆除, 并由一座方形玻璃亭取而代之。

布景车间位于建筑南部霍夫大街 (Hofstrasse) 一侧。新建建筑中设有供所有车间使用的仓库。由上至下分别设有灯光车间、细木车间、金属车间、雕塑和装饰车间。一个占地20 m×40 m的巨大的绘画车间位于建筑顶层。戏鞋、戏服、工艺美术车间, 以及一个带有喷漆室的画室都设置于东翼建筑顶部的加建建筑内。顶层空间设有两个办公单元, 包括办公室和会议厅。

建筑立面简洁内敛, 其结构以及材料的选择与原有建筑相呼应, 使不同形状的剧场舞台得以统一。裸露的屋面桁架结构设有透光的金属网格。立柱与屋面横梁刻画了建筑通透的整体形象, 并令所有车间都拥有自然光。

剧场和歌剧厅的布景都将通过剧院自己的车间制作完成。自2010年9月起, 布景车间已经可以投入使用, 平均每个演出季约60名工作人员可完成35~40套舞台布景。崭新、现代、功能完备的服装道具车间每个演出季可完成约1 000件道具。

Kammerspiel剧院的新入口厅是整个剧场的亮点所在, 其外部为东翼加建建筑的立柱所形成的柱廊。

新建筑为美因河 (Main River) 畔的水岸增添了一道崭新的城市景观。当人们从美因河桥上经过, 将自然而然地被建筑立面上悬挂的醒目的上演剧目海报吸引。

With the completion of the transport and landscaped areas, the conversion and extension of the workshops for the scenery and costumes of the Städtische Bühnen were completed on time for the new 2014/2015 season.

Owing to functional and regulatory shortcomings, the extensive workshop conversion work started as ear ly as 2007.The operation of the stage was maintained unrestricted throughout the construction period and the various workshops were replaced by a new building in the existing complex comprising the opera house, the theatre and the"Kammerspiel"theatre.

The restricted space available on the site made it necessary to build the costume workshops above the existing eastern wing.The entrance building of the"Kammerspiel"theatre dating from the 1980s was demolished and re-erected in the form of a glass pavilion in the shape of a cube.

The scenery workshops are located in the southern part of the building, at Hofstrasse.The new building accommodates storage rooms for a ll workshop areas.The following facilities are stacked above each other:lighting workshop, joinery, metal workshop, sculptor's and decorator's workshop.A large painter's room measuring 20 x 40 m is situated on the top floor.Further workshops for shoemakers, artisans and tailors and a painter's studio with spray cabin have been located in the part of the building above the east wing.Two office units with staff rooms, offices and meeting rooms complement the areas on the upper l oors.

The building's facade design has been kept low-key.In its structure and choice of material, it corresponds to the existing buildings and thereby contributes to calming the heterogeneous shape of the stages.The roof surface with its external load bearing space frame is enclosed by a lightpermeable lattice fabric.This transparent facade, which is heavily structured with supports and ceiling beams, allows daylight to penetrate into all workshop areas.

The stage scenery for theatre and opera performances is produced in the Städtische Bühnen's own workshops.The premises of the scenery workshops were ready for occupation as early as September 2010.They are used by about 60 members of staff who will produce an average of35 to 40 stage sets during a season.In the new modern and functional rooms of its workshop, the costume department will produce about 1, 000costumes in one season.

The new entrance for the"Kammerspiel"theatre is the jewel of the entire stage premises and, on the outside, is framed by the arcades formed by the supports of the building above the eastern wing.

压力管道法兰连接密封实践 篇6

关键词：O型胶圈,压缩比,石棉橡胶垫片,预紧力矩

三个泉倒虹吸工程和小洼槽倒虹吸工程是新疆北疆引水工程两个重要一级建筑物, 管道最大工作压力分别为1.7 MPa和0.46 MPa, 管道直径分别为2.7, 2.8, 3.2 m, 单条管道设计流量为17.5 m3/s。为了确保倒虹吸管道的安全运行和放空, 无论是以PCCP管和钢管组成的三个泉倒虹吸工程, 还是以玻璃钢管道为主的小洼槽倒虹吸管道工程, 都安装了许多进排气阀、放空阀以及进人孔等管阀件, 它们均采用法兰连接, 密封件主要为O型胶圈和石棉橡胶垫片2种, 2个倒虹吸共使用了约700余件O型胶圈和石棉橡胶垫片。O型胶圈主要用在22对Φ700 mm的人孔盖板和62个Φ2 700 mm的伸缩节法兰上;石棉橡胶法兰垫片主要用于Φ300 mm的84套进排气阀和2套放空系统法兰密封件上 (见图1) 。

2005年10月, 北疆引水工程全线通水后, 三个泉倒虹吸压力钢管上的62个Φ2 700 mm伸缩节O型胶圈和22对Φ700 mm进人孔盖板法兰O型胶圈无一渗水现象发生。而连接进排气阀Φ300 mm法兰石棉橡胶垫片密封面则漏水处较多, 有些垫片甚至被破坏, 漏水严重。为确保工程安全, 2006年4月, 建设单位将原使用的石棉橡胶密封垫片全部更换成包边石墨增强垫片, 在安装管阀件时, 采用电动液压力矩搬手紧固法兰螺栓, 以保证每个法兰螺栓的预紧力矩均匀。但由于法兰螺栓预紧力过大, 造成部分阀件法兰根部出现了微小裂缝 (见图2) 。

为此, 重新对O型胶圈和石棉橡胶垫片两种形式法兰密封件的压缩比、螺栓预紧力、螺栓拧紧方法等进行了分析研究和计算, 在计算出螺栓预紧力矩的基础上, 又在上海冠龙阀门厂进行密封试验, 以求得满足密封的最佳螺栓预紧力矩, 密封垫片采用上海石棉制品厂生产的XB450和XB350两种石棉橡胶垫片, 并利用液压力矩扳手严格控制预紧力矩, 最终取得了较为满意的结果。

1 O型胶密封圈

O型胶圈用在压力管道伸缩节和进人孔盖上, 一般采用天然橡胶, 其主要物理特性见表1。

O型胶圈断面直径d, 须根据封水断面直径Do而确定。

1.1 O型胶圈在沟槽内应满足的条件

当O型胶圈直径d确定后, 其沟槽断面至关重要, 并应满足3个条件 (见图3) 。

1.1.1 压缩比

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式中 d——O型胶圈压缩前直径;

h——O型胶圈压缩后高度。

压缩比ε如过小, 则密封性差;如过大, 则其使用寿命短。为此, 应在保证密封前提下, ε以小为好。根据国际标准化组织 (ISO) 规定:ε=10 %～30 %, 并且d越小, ε越大, 当d≥5 mm时ε=10 %～20 %。在现有设计手册中提到法兰静密封用ε值一般为15～25 %。

1.1.2 面积比

对O型胶圈断面和沟槽断面进行比较, 一般应满足:

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式中 b——沟槽宽度 (见图2) 。

即O型胶圈断面应小于沟槽断面, 但应大于0.85倍的沟槽断面。

1.1.3 光洁度

对沟槽的光洁度要求不低于6.3, 并应倒圆角, 以免橡皮变形后在尖角处受损坏。胶圈应在制造厂模压后整体出厂。

1.2 O型胶圈密封实践

(1) 压力管道人孔盖板Φ700 mm, Pn=1.7 MPa, 原采用O型胶圈直径d=9 mm, 沟槽断面b×h=12 mm×7.3 mm, 则其压缩比ε=19 %。不能满足不等式 (2) 要求, O型胶圈断面积小于沟槽断面积的0.85倍, 当倒虹吸管道运行时进人孔盖板发生漏水现象。由于沟槽已加工, 不宜更改, 只能将O型胶圈直径增大至d=10 mm, 则其压缩比为ε=27 %。经修改后已满足上述不等式 (2) 的要求, 其密封性可靠。

(2) 伸缩节在出厂时均作过水压试验, 在伸缩节的法兰连接上共有O型胶圈248件, Φ2 700 mm, Pn=1.7 MPa, O型胶圈直径d=24 mm, 原沟槽断面b×h=28 mm×14 mm=392 mm2, 沟槽断面偏小, 但未压到底, 如压缩δ=6 mm, 则压缩比ε=25 %, 大量漏水。如压缩δ=7～8 mm, 则ε=29.1 %～33.3 %, 密封较好。考虑到压缩比过大, 将沟槽断面修改为b×h=30 mm×16 mm, 基本满足上述不等式 (2) 的要求, 压缩率控制为ε=30 %, 经过几年的通水无渗漏现象发生。

1.3 几点探讨

(1) 对上述两处O型胶圈的工厂试压和倒虹吸通水实践考验, 达到了密封要求, 但其压缩比要比ISO和国内有关设计手册规定的值大得多, 由于长期过量压缩, 将会使橡皮失去了弹性, 容易老化, 以致影响橡皮的寿命, 对此问题尚需进一步研究。

(2) 对大管径, 宜研究采用自封式密封结构的可能性, 有二种形式可供探讨。

1) 采用楔形沟槽, 当受水压后, O型胶圈在楔形区如有漏水, 压力降低, 内水压力将O型胶圈外推, 并越压越紧 (见图4) 。

2) 采用V型胶圈, 这种胶圈能满足上述公式 (1) 、 (2) 的要求, 并靠内水压张开, 考虑到为防止开始低压时漏水, 在制造V型胶圈模型时, 应使之预张开t值。这种胶圈必须模压, 不允许在橡胶挤压成条形断面后再胶接的制造工艺 (见图5) 。

(3) O型胶圈的螺栓预紧力

由于橡胶弹性模量小, 欲使O型胶圈压至设定的压缩比, 其螺栓预紧力亦较小, 还是针对上述二例断面进行计算。

1) 人孔盖板Φ10 mm的O型胶圈

为便于计算, 假设O型胶圈在沟槽内未受侧向压力 (沟槽断面大于O型胶圈断面) , 并假设其断面为矩形断面, 其高为h=d=10 mm, 其等面积宽为undefinedmm, 并根据上述计算其压缩比为ε=27 %, 则需要总的压缩作用力为:

P1=Erεb0πD0 (3)

式中 Er——橡胶弹性模量, Er=6 MPa;

D0——O型胶圈大直径 (见图2) 。

通过计算, P1=29 165 N, 人孔盖有16个M30螺栓, 则每个螺栓所受预紧力为P1=1 822 N, 每个螺栓的预紧力矩:

T=KP1d (4)

式中 K——预紧力矩系数, 对粗牙螺纹通常在0.18～0.21范围内, 取K=0.2;

d——螺栓公称直径, d=30 mm。

计算后得T=10 930 N·mm=11 N·m

受水压力后每个螺栓的作用力为:

P2=Pn·πD024n (5)

式中 Pn——管内设计压力, Pn=1.7 MPa;

n——螺栓数量, n=16个。

计算后得P2=44 470 N, 由此可知螺栓所受水压力远大于预紧力, P2>P1。

螺栓受水压后的伸长量Δ⒣undefined

式中 ⒣——螺栓受拉长度, 取⒣=120 mm;

Es——钢的弹性模量, Es=2.1×105 MPa;

d0——螺栓直径, d0=30 mm。

代入后得Δ⒣=0.036 m, 比O型胶圈的压缩量d-h=2.7 mm要小得很多, 远在橡胶回弹以内, 不致影响其密封性。对于螺栓和法兰管的强度, 经计算是足够的, 不在此进行计算。

2) 伸缩节上的Φ24 mm的O型胶圈

根据上式 (3) 计算, 并代入undefinedmm, 得P=325 400 N, 共有64个M36螺栓, 每个螺栓P1=5 084 N, 根据上式 (4) , 其预紧力矩为T=36 600 N·mm=36.6 N·m。

由于本伸缩节不承受全断面轴向力, 而仅受部分圆环面积的轴向力和摩擦力, 所受力不大, 不再进行细算。

2法兰垫片

本工程所用法兰密封垫片主要是用于Φ300 mm (Pn=1.0 MPa, Pn=1.6 MPa, Pn=2.5 MPa) 和Φ400 mm (Pn=1.0 MPa) 的进排气阀上。法兰垫片的密封可靠性与法兰螺栓预紧力大小、紧固螺栓顺序、密封垫片材质和法兰配合面的沟槽等因素有关。特别是对法兰螺栓预紧力的大小计算要慎重, 重要管阀件的安装要通过试验来获得最小预紧力和预紧力矩, 以达到最佳效果。

2.1 石棉橡胶垫片

石棉橡胶板是由60 %～80 %的石棉与10 %～20 %的橡胶 (质量比) 为主要成分, 加入填充剂、硫化剂压制成板状, 其耐热、耐寒、耐化学腐蚀性能相对好, 却价格便宜。经裁制后石棉橡胶板用作法兰垫片是常用的管道密封垫片。但需根据使用条件进行择优选用以调准配比和制作工艺。2005年10月本工程试通水时, 进排气阀法兰连接处漏水严重, 甚至有部分垫片被高压水切断后沿半径方面将碎片冲了出来。经分析, 一致认为其主要原因与预紧力矩的大小、垫片质量等有关。本工程选用上海石棉制品厂生产的石棉橡胶板, 主要性能见 (表2) 。

2.2 预紧力和预紧力矩计算

2.2.1 预紧力

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式中 n——法兰上螺栓的数量;

D1——垫片有效密封外径;

D0——垫片有效密封内径;

Y——垫片预紧比压 (xp450石棉橡胶垫片预紧比压为23 MPa) 。

2.2.2 预紧力矩

T=KPd (8)

式中 k——垫片系数, 一般取0.2;

P——预紧力;

d——螺栓直径。

由 (1) 式和 (2) 式计算出不同管道压强 (不同螺栓个数、直径) 的理论预紧力和预紧力矩, 见表3。

2.2.3 分析

根据计算和分析, 理论计算出的预紧力矩与实验得出的最小预紧力矩有所差距, 一般试验值小于理论计算值20 %以上, 而实际最后的拧紧力矩一般大于试验值的20 %。经分析影响这些数据变化的原因很多, 因为上述计算是从理想的条件出发的, 在实际连接中, 影响预紧力矩的因素很多, 如螺栓与螺母的制造质量、法兰刚度、螺母与螺栓及法兰接触面的润滑情况、操作条件、螺栓上紧顺序等, 尤其是垫片的材质、加工质量影响最大, 因此, 在实际应用时, 要结合实际条件应用预紧力矩。

3实践与体会

通过三个泉倒虹吸和小洼槽倒虹吸压力管道上各类阀门法兰连接密封实践, 有以下几点体会。

(1) O型胶圈密封性优于法兰垫片, 其优点为密封性能好, 螺栓预紧力要比石棉橡胶垫片预紧力小得多, 但压缩比宜比手册上规定的大10 %左右, 即由ε=20 %, 提高至ε=30 %左右, 为此应对橡胶的特性作进一步试验研究, 并建议采用自封式密封结构。

(2) 在实践中常用的石棉橡胶法兰垫片预紧力力矩, 在理论条件下计算出后, 应进行水压预紧力矩试验, 以确定最佳预紧力矩的大小。发现有漏水现象不能单纯认为是上得不紧而多次上紧, 结果造成螺栓受力过大而失效或者把各类阀门法兰根部拉裂, 在这方面本工程教训是沉重的。

法兰西军事博物馆(下) 篇7

1812年,法国开始采用蓝白红三色竖条文国旗——今天的法国国旗仍然沿用此样式。法兰西帝国近卫军第一掷弹步兵团的旗帜如今也收藏在军旗馆,这面旗帜还有一个名字——“再见枫丹白露”,据说,拿破仑1814年第一次逊位时曾亲吻这面旗帜。1880年,法国政府制定了军旗制作规范,具体规定了图案的尺寸以及旗帜的面料。现在这种样式的军旗仍在使用。1793年,法国执政者要求将这些旗帜移至荣军院教堂收藏。拿破仑时期,法军历次辉煌的胜利战役大大丰富了这里的收藏——许多法军缴获的外国军旗被纳入这里。1814年,拿破仑被反法同盟击败的那一年,为了防止敌国重新得到这些旗帜,荣军院的长官毅然下令焚毁全部战利品军旗。如今这里陈列的战利品军旗,都是法军在19和20世纪战争中缴获的。其中最古老的一面是1805年奥斯特利茨战役中缴获的,最近的则是1952年印支战争中的战利品。

拿破仑时代法国军事的强盛使得19世纪馆成为荣军院军事博物馆中最为重要的一个部分。该馆收藏的文物十分丰富,代表了法国军事史上的光荣。其中有拿破仑·波拿巴在对意大利的Marengo战役中穿过的少将制服,还有1801年埃及战役中金字塔之战拿破仑使用过的佩剑。在法兰西执政时期,拿破仑命令制造一批荣誉兵器,用于授予法国士兵,作为对他们英雄行为的嘉奖,后来在1802年,拿破仑进一步把这种嘉奖方式发展为法兰西荣誉军团。直到今天,能够获得法兰西荣誉军团勋章仍然是一项崇高的荣誉。

这里的藏品中还有大量法兰西第一帝国时期拿破仑及其军队的物品。其中有拿破仑一世的法兰西荣誉军团项链大勋章、他在奥斯特利茨战役中用的佩剑、他的军帽以及他那著名的灰色长袍。这一展馆里还展出了拿破仑时期参加一些重大战役的士兵的形象及其使用的武器装备。这里甚至还保存着滑铁卢战役中法军骑兵被火炮击穿的胸甲,让人看了惊心动魄,某种程度上,这件胸甲成了拿破仑时代终结的标志。19世纪馆中还收藏了大量法兰西第二帝国时期的军服和图像资料,收藏的最后部分是克里米亚战争、法意战争、法墨战争以及阿尔及利亚战争的文物,还有远东战争、叙利亚战争以及1870年普法战争的文物。

火炮馆里的藏品主要分为两类,即火炮实物和火炮缩比模型。在露天陈列区,陈列着超过800门各种实体火炮,最早的火炮是16世纪末制造的。这里收藏着不少17～18世纪法国的经典火炮,炮身上铸造的精美花纹让它们简直堪称艺术品。这里还有二战专门的火炮陈列区,在这里能看到许多二战时期的著名火炮。除了各种实体火炮,火炮馆还收藏有将近1 000个火炮缩比模型,堪称世界上最大的火炮模型收藏。这些模型做工精致,是科学和艺术的有机结合。最早的模型制作于16世纪末,即作为研究模型,又能作为战争玩具,教育法国王族学习和了解火炮。有趣的是,这些小火炮居然还能射击!17世纪时,缩比火炮模型常常作为外交礼品,这类模型做工精致,惹人喜爱。1676年弗朗什-孔岱并入法国时,该地议会赠送给路易十四的火炮模型,就是精美绝伦的艺术品。当然,法国人还希望用这些模型让参观者记住那些已经不复存在、但在战争中为法军立下过汗马功劳的火炮。

历史人物馆收藏有将近150 000个模型人偶,从18世纪中一直到20世纪中叶。

现代馆的收藏涵盖从1871年普法战争到现在的时期,这部分藏品包括第3共和国、维希政权、第4和第5共和国,其中还包括两次世界大战。这里收藏有各国的旧式军服,你可以很轻易地找到沙皇俄国时期的各色俄国军服,现代馆里还收藏有两次世界大战参战各国的武器装备。

绘画雕像馆设立于1993年,这里汇集了从16世纪中叶到20世纪末以来反映法国军事历史的诸多绘画和艺术作品,藏品总数超过了20万件,这些藏品对研究军事史有着重要意义。这些作品忠实地记录了许多战斗战役、军事领导人甚至是某些士兵的真实情况和形象。这里收藏着诸多法国和外军的制服,其中以拿破仑时期的制服收藏最为丰富。此外还收藏有大量反映第一次世界大战场景的照片和绘画。