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阀门和法兰的压力等级

发布时间:2023-08-09    来源:    浏览次数:495

法兰的压力等级


依据ASME B16.5, 钢法兰有7个压力等级:Class150 - 300 - 400 - 600 - 900 - 1500 - 2500


法兰的压力等级很明确,Class300的法兰能承受比Class150更大的压力,因为Class300的法兰需要由更多的材料来制造,从而可以抵挡更大的压力。但是,法兰的受压能力受多种因素的影响。法兰的压力等级用磅来表示,一个压力等级有不同的表示方法。比如:150Lb 、 150Lbs、150# 和Class150 的意思是一样的。


压力等级举例


温度不同,法兰的承压能力也不同。温度上升,法兰的承压能力随之下降。举例来说,Class150的法兰在常温下承压能力为270PSIG,在400℉的承压能力为180 PSIG,在600℉的承压能力为150 PSIG,在800℉的承压能力为75 PSIG。


换句话说,当压力下降时,允许温度上升,反之亦然。由于法兰可由不同的材料制造,比如不锈钢、铸铁、球墨铸铁,碳钢等等,每一种材料都有不同的压力等级。


下图是一个NPS12的法兰示例,大家可以看到,法兰内孔和突面的直径都是相同的。但是,法兰的外径、螺栓孔中心圆直径、螺栓孔直径随着压力等级的增大而变大。


螺栓孔的数量和直径分别是:


CL 150 - 12 x 25.4     CL 300 - 16 x 28.6     CL 400 - 16 x 34.9     CL 600 - 20 x 34.9     CL 900 - 20 x 38.1     CL 1500 - 16 x 54     CL 2500 - 12 x 73


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压力温度额定值-举例


压力-温度额定值是指材料和等级在额定温度(摄氏度)下的最高允许工作表压(压力单位为Bar)。对于中间温度,允许采用直线性插入法确定。但是法兰级别之间不允许插入。


如果法兰接头的螺栓和垫片符合相关限定条件,而且法兰接头的找正和装配符合优良规程,则这样的法兰接头可适用于压力-温度的额定值。如将后者用于不符合这些限定条件的法兰接头,则由用户负责。


相应于额定压力的额定温度是指法兰和法兰管件的承压容器的壳体温度。一般情况下,这个温度与储存流体的温度相同。不按储存流体温度来选用压力额定值的责任由用户自负。当温度在-29℃(-20℉)以下时,额定值应不大于-29℃(-20℉)时的额定值。


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作为举例,以下是按照ASTM划分的两组材料和他们按照ASME B16.5的压力-温度额定值。


2. 不得用于455℃以上。


3. 不得用于370℃以上。


4. 不得用于260℃以上。


5.不得用于425℃以上。


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额定值


额定值一词描述了压力、温度和阀体的结构材料之间的直接关系。额定值表示根据流体的温度以及阀体和阀盖的结构材料 (包括这些部分的壁厚),阀体可以承受多少压力。


工作压力必须随着工作温度的升高而降低。同样地,如果工作压力提高,工作温度也必须降低。这意味着,当压力和温度按比例增加时,例如对于饱和蒸汽这样的流体,阀门材料的机械阻力会按比例减少。因此,正是通过压力和温度等级来定义阀门的压力等级。


阀座和其他部件采用非金属材料 (例如,热塑性塑料和弹性体)的阀门,其额定值将远远低于ASME B 16.34中所列的碳钢、合金钢和不锈钢阀体和阀盖的数值。


对于按照ASME B16.34制造的阀门,发现压力等级值为150、300、600、900、1500、2500和4500,温度在-29C至270C之间的150级,在300级及以上的,最高454C,以ASTM A碳钢216 Gr.WCB为例。


等级和压力


为了确定压力和温度曲线,根据ISO15761第4.1.2段和AP1602第4.1.3段,800级阀门 (中间级)必须在600级和900级之间使用线性插值形式,即600级的1/3(ASME B16.34) +900级的2/3(ASME B16.34)。根据ASME B16.34标准,例如,600级阀门的最大工作压力,在温度为-29C至38C之间,为1480psig (102.1barg),而900级的WCB铸碳钢的最大压力为2220psig (153 barg)。通过插值的方式,按照ASTMA105标准锻造的800级碳钢应采用493psig (600级的1/3) +1480psig (900级的2/3),从而在温度为-29·C至38·C之间的最大工作压力为1973psig (磅/平方英寸表压)。对于温度高于38°C和/或合金钢和不锈钢等材料,应使用同样的方法


600级和900级的压力和温度值都必须符合ASMEB16.34标准中对该压力等级规定的温度,该温度与流动流体的温度相对应。


对于使用不锈钢阀座的阀门,无论其类型或压力等级如何,其等级都受到阀体结构或垫圈材料的限制,而对于那些使用弹性体或热塑性塑料制成的阀座,其等级是由这些材料支持的压力和温度极限来确定的。那些带有金属阀座的阀门适用于各种压力、温度、腐蚀性和流体类型的工作条件,每一个阀门都必须根据其结构特点进行仔细分析。4500级只适用于由碳钢、合金和不锈钢建造的阀门,但有对焊连接。


对于那些按照DIN标准建造的阀门,考虑到流体温度在-10°C到120°C之间,所给出的数值是:PN6、PN10、PN16、PN25、PN40、PN63、PN100、PN160、PN250、PN320和PN400。在这个标准中,压力值的单位是巴,温度的单位是℃。首字母PN代表 "公称压力"。


最大工作压力


表1取自ASME B16.34(2020版),显示了ASTM A216 Gr. WCB(铸造碳钢)和ASTM A 105 Gr. II(锻造碳钢)等材料根据温度的最大工作压力值。所有阀门的尺寸特征,主要是那些连接为法兰的阀门,都是基于其压力等级的数值。


安全阀和泄放阀


对于安全阀和/或泄放阀,进口法兰的压力等级限制了其设定压力。如果阀门是常规的,出口法兰的压力等级限制了背压。对于波纹管平阀,除了喷嘴孔径面积外,波纹管的材料也限制了背压值,这是由API标准526确定的。在那些有弹性阀座(软)的阀门中,限制进口压力的是其材料(可能是一些热塑性塑料或弹性体)、喷嘴孔口的面积和其设定压力。


为选择阀门的压力等级而考虑的压力必须限制在标准B16.34的表格中找到的数值的75%,并根据阀体和阀盖的结构材料以及温度来决定。要考虑的温度始终是工艺流体的工作温度。如果对于该压力等级以及压力和温度的工作条件来说,必须超过这个百分比,并且根据阀门的结构材料,用户必须指定上面的下一个等级。这个百分比也必须限制阀门的设定压力,以指定和确定尺寸。


表1以300级为基础,适用于阀体和阀盖为WCB碳钢或ASTM A105Gr.ll锻造的碳钢的阀门。对于其他材料,请参考ASME B16.34。例如,在该表中,当温度为250C时,工作压力必须限制在31.4kgf/cm2 (250C时为该表中41.9kgf/cm2的75%)。例如,如果在这个相同的温度下,1作压力必须是36 kgf/cm2,我们必须为阀门指定一个600级的法兰。以此类推。


流体的温度,如过热蒸汽,是提高阀门或法兰在特定应用中的压力等级值的主要原因。例如,对于两个压力相同的应用,一个使用饱和蒸汽,另一个使用过热蒸汽,使用饱和蒸汽的应用的压力等级将低于使用过热蒸汽的应用,因为在相同的工作压力下,过热蒸汽的温度会更高。