Приложение G (справочное). Руководство по сборке болтовых фланцевых соединений по стандарту ИСО (API)

Приложение G
(справочное)

Руководство по сборке болтовых фланцевых соединений по стандарту ИСО (API)

G.1 Область применения

G.1.1 Общие положения

Безотказная работа болтовых фланцевых соединений по стандарту ИСО (API) обусловлена их надлежащим применением и точностью сборки. В настоящем приложении содержатся руководящие указания по сборке и затяжке болтов для цельных фланцев, фланцев с приварной шейкой и глухих фланцев типа 6ВХ, описанных в ИСО 10423, а также для цельных фланцев, фланцев с приварной шейкой и глухих фланцев типа 17SS, описанных в настоящем стандарте.

G.1.2 Введение

В настоящем приложении определены процедура сборки и рекомендуемые усилия затяжки болтов при свинчивании болтовых фланцевых соединений. Их целью является обеспечение конструктивной целостности и герметичности болтовых фланцевых соединений по стандарту ИСО (API).

G.1.3 Рекомендуемые усилия натяжения/крутящие моменты при свинчивании

Стандартное болтовое соединение должно свинчиваться до уровня не менее 67 % - 73 % минимального предела текучести материала с целью обеспечения посадки прокладки при свинчивании, а также обеспечения предварительного нагружения контактирующих рабочих поверхностей, превышающего разделяющие усилия при номинальном рабочем давлении. Материалы стандартных болтовых соединений, указанные в ASTM А193/А193М группы В7 и В16, ASTM А320/320М группы L7 и L43, имеют предел текучести материала 725 МПа (105 000 фунт/дюйм²) для диаметров до 63,5 мм (2,5 дюйма) включительно. Материалы болтов больших диаметров включительно до 177,8 мм (7 дюймов) имеют предел текучести 655 МПа (95 000 фунт/дюйм²). Болтовые соединения из CRA по ASTM А453/А452М класс D (группа 660) имеют предел текучести материала 725 МПа (105 000 фунт/дюйм²) для всех размеров.

Низкопрочные болтовые соединения по ASTM А193/А193М группа В7М и А320 группа L7M должны свинчиваться до уровня не менее 67 % - 73 % минимального предела текучести материала с целью обеспечения посадки прокладки при свинчивании, а также обеспечения предварительного нагружения контактирующих рабочих поверхностей, превышающего разделяющие усилия при номинальном рабочем давлении. Низкопрочные болтовые соединения имеют предел текучести материала 550 МПа (80 000 фунт/дюйм²).

В таблицах G.1 и G.3 приведены значения крутящего момента согласно ASTM А193/А193М группы В7 и В16, и ASTM А320/320М группы L7 и L43. В таблицах G.2 и G.4 приведены значения крутящего момента для материала болтов согласно ASTM А193/А193М группы В7М и ASTM А320/320М группы 7М. В этих таблицах приведены значения крутящего момента свинчивания, рассчитанные на базе приведенных в параграфах 1 и 2 данного подраздела значений предела текучести материала и болтов с покрытием ПТФЭ.

К некоторым факторам, влияющим на соотношение между крутящим моментом гайки и моментом натяжения болта, относятся:

- шаг резьбы, средний диаметр и форма резьбы;

- обработка поверхности резьбы и опорной поверхности гайки;

- степень параллельности опорной поверхности гайки и поверхности фланца;

- тип смазки и покрытия резьбы (коэффициент трения в сочетании со смазкой или покрытиями может изменяться в пределах до 20 %) и опорной поверхности гайки.

Прикладываемый к гайке крутящий момент - это один из нескольких способов определения растяжения и напряжения в крепежной детали. Основным требованием является достижение приведенного в настоящем подразделе прикладываемого растягивающего напряжения, обеспечение посадки прокладки и отсутствие зазора между торцами фланцев. Смазки, обработка поверхностей, жесткость прокладки и т.п. могут оказывать значительное влияние на точность фактического растяжения болта при приложенном крутящем моменте. Значения крутящих моментов, приведенные в таблицах G.1-G.4, являются информационными, и изготовителю следует проверять их с использованием документально оформленных квалифицированных процедур для болтовых соединений.

Таблица G.1 - Рекомендуемые значения крутящего момента свинчивания болтовых фланцев (смазки по стандарту API)

Размер болта a)		Материал L7, L43, В16, B7 или gr660
		Крутящий момент свинчивания при 67 % предела текучести				Крутящий момент свинчивания при 73 % предела текучести
		Натяжение болта		Крутящий момент свинчивания		Натяжение болта		Крутящий момент свинчивания
мм	дюйм, TIP	кН	фунт			кН	фунт
12,70	1/2; 13 UNC	44,17	9 983	108	80	48,38	10 880	118	87
15,88	5/8; 11 UNC	70,72	15 900	210	155	77,06	17 320	229	169
19,05	3/4; 10 UNC	104,66	23 530	366	270	114,04	25 630	398	294
22,23	7/8; 9 UNC	144,49	32 480	582	430	157,43	35 395	634	467
25,40	1; 8 UN	189,56	42 615	866	639	206,53	46 430	944	696
28,58	1 1/8; 8 UN	247,36	55 610	1 252	924	269,51	60 590	1 365	1 006
31,75	1 1/4; 8 UN	312,84	70 330	1 739	1 283	340,86	76 630	1 895	1 398
34,93	1-3/8; 8 UN	386,00	86 777	2 337	1 724	420,57	94 548	2 547	1 878
38,10	1 1/2; 8 UN	466,84	104 950	3 059	2 256	508,65	114 349	3 332	2 458
41,28	1 5/8; 8 UN	555,37	124 852	3 914	2 887	605,11	136 032	4 264	3 145
44,45	1 3/4; 8 UN	651,57	146 480	4 915	3 625	709,93	159 560	5 355	3 950
47,63	1 7/8; 8 UN	755,46	169 833	6 074	4 480	823,11	185 044	6618	4 880
50,80	2; 8 UN	867,02	194 914	7 401	5 460	944,66	212 370	8 063	5 947
57,15	2 1/4; 8 UN	1 113,19	250 256	10 607	7 823	1 212,88	272 665	11 557	8 524
63,50	2 1/2; 8 UN	1 390,09	312 504	14 625	10 787	1 514,57	340 490	15 935	11 753
66,68	2 5/8; 8 UN b)	1 393,38	313 245	15 351	11 322	1 518,16	341 297	16 725	12 337
69,85	2 3/4; 8 UN b)	1 536,02	345 310	17 684	13 043	1 673,57	376 234	19 268	14 211
a) Метрические эквиваленты значений натяжения болтов и крутящих моментов свинчивания приведены для удобства, несмотря на то, что в данном стандарте рекомендуется использовать размеры болтов в дюймах. b) Рассчитано на базе более низкого предела текучести 655 МПа (95 000 фунт/дюйм2).

Таблица G.2 - Рекомендуемые значения крутящего момента свинчивания болтовых фланцев (смазки по стандарту API)

Размер болта		Материал L7M или B7M
		Крутящий момент свинчивания при 67 % предела текучести				Крутящий момент свинчивания при 73 % предела текучести
		Натяжение болта		Крутящий момент свинчивания		Натяжение болта		Крутящий момент свинчивания
мм	дюйм, TIP	кН	фунт			кН	фунт
12,70	1/2, 13 UNC	33,83	7 606	82	61	36,86	8 287	89	67
15,88	5/8, 11 UNC	53,88	12 114	160	118	58,71	13 199	174	129
19,05	3/4, 10 UNC	79,74	17 927	279	206	86,88	19 533	304	225
22,23	7/8, 9 UNC	110,09	24 750	443	327	119,95	26 967	483	356
25,40	1, 8 UN	144,42	32 468	660	487	157,35	35 376	719	531
28,58	1 1/8, 8 UN	188,46	42 368	954	704	205,34	46 162	1 039	767
31,75	1 1/4, 8 UN	238,35	53 584	1 325	977	259,70	58 383	1 444	1 065
34,93	1 3/8, 8 UN	294,10	66 116	1 781	1 314	320,44	72 037	1 941	1 432
38,10	1 1/2, 8 UN	355,69	79 963	2 330	1 719	387,54	87 124	2 539	1 873
41,28	1 5/8, 8 UN	423,14	95 125	2 982	2 200	461,03	103 644	3 249	2 397
44,45	1 3/4, 8 UN	496,44	111 603	3 745	2 762	540,90	121 597	4 080	3 009
47,63	1 7/8, 8 UN	575,59	129 397	4 628	3413	627,14	140 985	5 043	3 719
50,80	2, 8 UN	660,59	148 506	5 639	4 159	719,75	161 805	6 144	4 532
57,15	2 1/4, 8 UN	848,15	190 671	8 081	5 961	924,10	207 746	8 805	6 495
63,50	2 1/2, 8 UN	1 059,11	238 098	11 143	8 218	1 153,96	259 420	12 141	8 954
66,68	2 5/8, 8 UN b)	1 173,37	263 785	12 927	9 534	1 278,45	287 408	14 085	10 388
69,85	2 3/4, 8 UN b)	1 293,49	290 787	14 892	10 984	1 409,32	316 828	16 226	11 968
b) Рассчитано на базе более низкого предела текучести 655 МПа (95 000 фунт/дюйм2).

Таблица G.3 - Рекомендуемые значения крутящего момента свинчивания болтовых фланцев (покрытие ПТФЭ)

Размер болта		Материал L7, L43, B16, B7 или gr660
		Крутящий момент свинчивания при 67 % предела текучести				Крутящий момент свинчивания при 73 % предела текучести
		Натяжение болта		Крутящий момент свинчивания		Натяжение болта		Крутящий момент свинчивания
мм	дюйм, TPI	кН	фунт			кН	фунт
12,70	1/2, 13 UNC	44,40	9 983	64	48	48,38	10 877	70	52
15,88	5/8, 11 UNC	70,72	15 900	125	92	77,06	17 322	137	100
19,05	3/4, 10 UNC	104,66	23 530	216	160	114,04	25 637	236	174
22,23	7/8, 9 UNC	144,49	32 483	343	253	157,43	35 391	373	275
25,40	1, 8 UN	189,56	42 614	510	376	206,53	46 430	556	409
28,58	1 1/8, 8 UN	247,36	55 608	731	539	269,51	60 588	797	588
31,75	1 1/4, 8 UN	312,84	70 330	1 009	744	340,88	76 627	1 099	810
34,93	1 3/8, 8 UN	386,00	86 777	1 348	994	420,57	94 548	1 468	1 083
38,10	1 1/2, 8 UN	466,84	104 951	1 754	1 294	508,65	114 349	1 912	1 410
41,28	1 5/8, 8 UN	555,37	124 852	2 235	1 649	605,11	136 032	2 436	1 797
44,45	1 3/4, 8 UN	651,57	146 480	2 797	2 063	709,93	159 597	3 047	2 247
47,63	1 7/8, 8 UN	755,46	169 833	3 445	2 541	823,11	185 042	3 753	2 768
50,80	2, 8 UN	867,02	194 914	4 185	3 087	944,66	212 370	4 559	3 363
57,15	2 1/4, 8 UN	1 113,19	250 256	5 968	4 402	1 212,88	272 667	6 502	4 796
63,50	2 1/2, 8 UN	1 390,09	312 504	8 195	6 044	1 514,57	340 490	8 929	6 586
66,68	2 5/8, 8 UN a)	1 393,38	313 245	8 587	6 333	1 518,16	341 297	9 356	6 901
69,85	2 3/4, 8 UN a)	1 536,02	345 310	9 876	7 284	1 673,57	376 234	10 760	7 937
а) Рассчитано на базе более низкого предела текучести 655 МПа (95 000 фунт/дюйм2).

Таблица G.4 - Рекомендуемые значения крутящего момента свинчивания болтовых фланцев (покрытие ПТФЭ)

Размер болта		Материал L7M или B7M
		Крутящий момент свинчивания при 67 % предела текучести				Крутящий момент свинчивания при 73 % предела текучести
		Натяжение болта		Крутящий момент свинчивания		Натяжение болта		Крутящий момент свинчивания
мм	дюйм, TPI	кН	фунт			кН	фунт
12,70	1/2, 13 UNC	33,83	7 606	49	36	36,86	8 287	54	39
15,88	5/8, 11 UNC	53,88	12 114	95	70	58,71	13 199	104	76
19,05	3/4, 10 UNC	79,74	17 927	165	122	86,88	19 532	180	133
22,23	7/8, 9 UNC	110,09	24 750	261	193	119,95	26 966	284	210
25,40	1, 8 UN	144,42	32 468	388	287	157,35	35 376	423	312
28,58	1 1/8, 8 UN	188,46	42 368	557	411	205,34	46 162	607	448
31,75	1 1/4, 8 UN	238,35	53 584	768	567	259,70	58 383	837	617
34,93	1 3/8, 8 UN	294,10	66 116	1 027	757	320,44	72 036	1 119	825
38,10	1 1/2, 8 UN	355,69	79 963	1 337	986	387,54	87 124	1 457	1 074
41,28	1 5/8, 8 UN	423,14	95 125	1 703	1 256	461,03	103 644	1 856	1 369
44,45	1 3/4, 8 UN	496,44	111 603	2 131	1 572	540,90	121 597	2 322	1 713
47,63	1 7/8, 8 UN	575,59	129 397	2 642	1 936	627,14	140 985	2 879	2 109
50,80	2, 8 UN	660,59	148 506	3 188	2 352	719,75	161 805	3 474	2 563
57,15	2 1/4, 8 UN	848,15	190 671	4 547	3 354	924,10	207 746	4 954	3 654
63,50	2 1/2, 8 UN	1 059,11	238 098	6 244	4 605	1 153,96	259 420	6 803	5 017
66,68	2 5/8, 8 UNb	1 173,37	263 785	7 231	5 333	1 278,45	287 408	7 879	5 811
69,85	2 3/4, 8 UNb	1 293,49	290 787	8 317	6 134	1 409,32	316 828	9 062	6 683

Значения, приведенные в таблицах G1-G4, рассчитаны в соответствии с перечислениями а) - с).

a) Размер шестиугольника (утолщенные шестигранные гайки) равен 1,5D + 3,175 мм (1,5D + 0,125 дюйма), где D - диаметр болта, мм (дюйм).

b) Крутящий момент для болтового фланца, Т, выраженный в метрических единицах СИ, ньютоно-метрах, приведен в уравнении (G.1)

,

(G.1)

где D - диаметр болта, мм;

- фактическая площадь напряжения в квадратных миллиметрах, равная []²;

F - растяжение болта в ньютонах, равное A_S, умноженное на напряжение болта;

N - число витков резьбы на миллиметр;

Р - средний диаметр резьбы, мм;

f - коэффициент трения;

h - размер шестигранника, мм.

с) Крутящий момент для болтового фланца, Т, выраженный в единицах британской системы, фут-фунт, приведен в уравнении (G.2)

,

(G.2)

где D - диаметр болта, дюйм;

- фактическая площадь напряжения, равная []²;

F - сила или натяжение болта, выраженная в фунтах, равная A_S, умноженная на напряжение болта;

N - число витков резьбы на дюйм;

Р - средний диаметр резьбы, дюйм;

F - коэффициент трения (равный 0,13 для резьбы и опорной поверхности гайки с резьбовой смазкой по стандарту API Bul 5А2; 0,07 для резьбы и гайки с покрытием ПТФЭ; 0,20 для "сухих" непокрытых/без смазки резьбы и гаек) (безразмерный);

h - размер шестиугольника, дюйм.

G.2 Указания по сборке

G.2.1 Введение

Герметичные болтовые фланцевые соединения представляют собой результат разностороннего выбора/деятельности в относительно узком диапазоне приемлемых ограничений. Одним из таких видов деятельности, имеющих принципиальное значение для обеспечения характеристик герметичности, является процесс сборки соединения. Указания, приведенные в приложении G, относятся к сборочным элементам, обеспечивающим герметичность фланцевых соединений по стандарту ИСО (API). Для использования квалифицированными специалистами по сборке соединений необходимо разработать документально оформленные процедуры, включающие положения настоящих указаний. Необходимо указать прикладываемый крутящий момент/натяжение в документально оформленных процедурах для нескольких типовых размеров болтов с указанием конкретного материала, покрытия и смазки.

Примечания

1 Существует много способов сборки болтовых фланцевых соединений по стандарту ИСО (API), и приложение G предназначено для предоставления указаний персоналу, отвечающему за подготовку процедур сборки болтовых фланцевых соединений (затяжки), или для квалифицированного персонала, выполняющего сборку болтовых фланцевых соединений.

2 Типы инструментов для затяжки болтов и методов контроля нагрузки, приведенные в приложении G, не исключают и не ограничивают использование других инструментов и методов, которые сертифицированы на создание эквивалентных или более качественных диапазонов значений предварительной нагрузки.

3 Использование квалифицированных сборочных процедур и квалифицированного персонала, выполняющего сборку, аналогично общим требованиям к сварным швам, для выполнения которых квалифицированные сварочные процедуры и квалифицированные сварщики являются действующей практикой в промышленности.

G.2.2 Проверка "рабочих" поверхностей

"Рабочие" поверхности фланцев перед сборкой следует очистить и проверить. Для очистки рабочих поверхностей от смазки, защитных покрытий и грязи допустимо использование неабразивной ткани. С рабочих поверхностей фланцев необходимо удалить любые виды краски, так как "рабочие" поверхности предназначены для создания при сборке контакта типа "металл-к-металлу". На рабочих поверхностях фланцев допустимо адгезионное покрытие, например ПТФЭ или гальваническое покрытие. Во время сборки на уплотнения или канавки не следует наносить консистентную смазку. Допустимо использование легкого смазочного масла в случае возможности образования задиров или фреттинг-коррозии.

Следует провести проверку состояния обработки поверхности кольцевых канавок обоих соединительных фланцев и проверку на наличие таких дефектов поверхностной обработки, как царапины, надрезы, бороздки и заусенцы. Особое значение имеют индикации, расположенные в радиальном направлении с наружной стороны канавки (каналы утечки). Не допускаются царапины и вмятины канавки и опорной поверхности фланца, что требует в случае необходимости повторной машинной обработки. Необходимо исправить все радиальные дефекты канавки, превышающие глубину зазубрины. Допустимо устранение дефектов легким шлифованием "влажной или сухой" мелкозернистой наждачной бумагой вокруг посадочного гнезда под прокладку. Повторно обрабатываемые зоны должны иметь плавные переходы и не иметь дефекта локального зашлифовывания. Необходимо документально оформлять любые вызывающие сомнения дефекты для последующего устранения.

При каждой разборке и повторной сборке фланцевого соединения необходимо использовать новую прокладку. Требуется проверка контактных поверхностей прокладки с обеих сторон на наличие механических повреждений и неровностей поверхности. Необходимо отбраковывать поврежденные или вызывающие сомнения прокладки. Допустимо повторное использование прокладок для проведения испытаний. При окончательной сборке всегда следует использовать новые прокладки. При необходимости при установке прокладки для смазки канавки под прокладку допустимо использование легкого смазочного масла. Нельзя допускать попадания в смазочное масло твердых частиц. Необходимо документально оформлять любые вызывающие сомнения результаты.

Необходимо проверять резьбы болта и гайки на наличие деформаций и повреждений, таких как ржавчина, коррозия, трещины и заусенцы. Использованные ранее болты необходимо тщательно очищать (например, проволочной щеткой) перед повторным использованием. Необходимо контролировать болты, которые подвергались многоцикловым внешним нагрузкам, с использованием соответствующих методов NDE. Требуется замена деталей, вызывающих сомнение.

Необходимо проверять поверхность фланцев в местах расположения гаек на наличие задиров, заусенцев, вмятин, истирания и т.п.; удалять выступы, вкрапления при необходимости.

G.2.3 Выравнивание сопрягаемых поверхно