淺析各標準法蘭用螺栓長度

劉欣玉，鄒培軒，姜智文

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

在化工、煉油以及地面工程等行業的壓力容器和壓力管道設計中，法蘭螺栓連接配合至關重要。隨著海外項目的不斷深入擴展，業主對于設計質量的要求不斷提高，在現場施工過程中，對于螺栓長度的準確度要求也隨之提高。螺栓長度的不準確，會產生以下影響：(1)螺栓長度不夠，螺母與螺栓不能完全嚙合，使連接減弱，導致法蘭連接配合失效；(2)外露螺栓過長，由于油漆、生銹或碰損等原因導致拆卸困難，檢修時經常需要切割，浪費很大；(3)外露螺紋不僅沒有提高法蘭栓接的強度，而且增加了裝卸的工作量；(4)螺栓過長會造成耗材過多，成本提高。

國內外螺栓標準體系主要有美國機械工程師協會標準(ASME)、石油化工行業標準(SH)和化工行業標準(HG)，這些標準體系對于螺栓長度的計算不盡相同，不能相互替換。因此，有必要對各標準體系法蘭用螺栓計算和推薦長度進行梳理和總結。在實際工程中，常用的螺栓有六角頭螺栓和全螺紋螺柱兩種，本文主要研究的是目前工程上應用最為廣泛的全螺紋螺柱。

1 ASME B16.5全螺紋螺柱長度

ASME標準體系法蘭用全螺紋螺柱長度一般按照ASME B16.5的推薦長度選取，其中非強制性附錄C[1]詳細闡述了計算螺栓長度的方法。需要注意的是，按照螺柱數據表推薦的螺柱長度L為有效螺柱長度，也就是不包括兩端不包含螺紋的端部高度，如圖1所示。

圖1 全螺紋螺柱及螺母示意圖(ASME B16.5)

法蘭用全螺紋螺柱長度計算公式為(1)：

LCSB=2(tf+t+d)+G+F-a+n

(1)

CL150突面法蘭用螺柱計算表格如表1所示，LCSB為螺柱計算長度，LSSB為ASME B16.5推薦長度，從二者長短關系可以看出一部分公稱直徑的法蘭用螺柱計算長度整化后大于推薦長度，這部分差值可作為伸長量考慮。由于ASME B31.3對螺栓長度的要求為螺母要全部擰入螺栓，如果未完全嚙合的螺紋小于1牙，仍可認為合格。因此在實際運用過程中，ASME標準系列的螺柱可以對推薦長度適當增加來滿足工程的需要。

表1 CL150突面法蘭用螺柱計算表格(ASME B16.5)

表1(續)

2 SH/T3406全螺紋螺柱長度

SH標準體系法蘭用全螺紋螺柱長度一般按照SH/T3406的推薦長度選取，其中附錄B[2]詳細介紹了緊固件長度的計算方法。與ASME標準體系相比，SH標準體系法蘭用全螺紋螺柱計算長度L包括倒角端長度，如圖2所示。

圖2 全螺紋螺柱及螺母示意圖(SH/T3406)

法蘭用全螺紋螺柱長度計算公式為(2)：

LS=2(Q+ΔQ+d)+F+G+n+2c

(2)

CL150突面法蘭用螺柱計算表格如表2所示，倒角端長度的取值可以參照表3選取。LS為螺柱計算長度， L為SH/T3406推薦長度，L圓整為以5 mm為基數進行圓整后的長度，圓整原則為1 mm以內向下圓整，1 mm以外向上圓整。從L圓整和L二者長短關系可以看出推薦長度L能完全覆蓋圓整長度L圓整，還有一部分的余量。這部分余量是由于SH標準制定過程中，對螺栓長度有多出2～3個牙的要求。在實際運用過程中，SH標準系列的螺柱推薦長度可以滿足實際工程的需要。

表2 CL150突面法蘭用螺柱計算表格(SH/T3406)

表2 CL150突面法蘭用螺柱計算表格(SH/T3406)

表3 倒角長度尺寸表

3 HG/T20634全螺紋螺柱長度

HG標準體系法蘭(美洲體系)用全螺紋螺柱長度一般按照HG/T20634的推薦長度[3]選取。HG標準沒有對螺栓長度的計算方法進行介紹，推薦長度包括倒角端長度，如圖3所示。通過對SH/T3406的推薦長度LS，圓整長度L圓整以及HG/T20634推薦長度LZR進行對比，可以看出L圓整和HG/T20634推薦長度LZR更為接近。因此HG體系標準螺栓長度的選擇沒有考慮2～3個牙的余量，因此推薦長度介于SH標準體系和ASME標準體系之間。

圖3 CL150突面法蘭用全螺紋螺柱長度對比(包括倒角端)

4 結語

通過對ASME標準體系、SH標準體系以及HG標準體系全螺紋螺柱長度計算表格的設計及對比，得到各標準螺栓計算長度，圓整長度和推薦長度的取值規則，對于實際工程螺栓的選擇有如下的建議：

(1)ASME標準系列的全螺紋螺柱計算長度整化后大于推薦長度，因此在實際工程中可以對推薦長度適當增加來滿足工程的需要；

(2)SH標準系列的全螺紋螺柱在應用中采用推薦長度會多出2～3個牙，可以根據實際情況進行長度選擇；

(3)HG標準系列的全螺紋螺柱長度介于SH標準體系和ASME標準體系之間，可以根據推薦長度或適當增加推薦長度來滿足工程的需要。

當然在實際工程應用中，還有很多復雜的情況，例如法蘭具體安裝的位置，是否有孔板等情況，只有正確計算螺栓的長度，才能減少頻繁的設計變更，節省施工工期，也更能減少不必要的浪費，體現出工程公司設計的設計水平和精度。