ГОСТ Р 52857.4-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

Сосуды и аппараты

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА
НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет на прочность и герметичность фланцевых
соединений

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения» (ОАО НИИХИММАШ); Закрытым акционерным обществом «Петрохим Инжиниринг» (ЗАО Петрохим Инжиниринг); Открытым акционерным обществом «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения» (ОАО ВНИИНЕФТЕМАШ); Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. № 503-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных и европейских стандартов:

Директивы 97/23 ЕС Европейского Парламента и Совета от 29 мая 1997 г. по сближению законодательств государств-членов, касающейся оборудования, работающего под давлением; ЕН 13445-3:2002 «Сосуды, работающие под давлением. Часть 3. Расчет» (EN 13445-3:2002 «Unfired pressure vessel - Part 3: Design»)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Содержание

Сосуды и аппараты

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation.
Stength and leak-tightness calculation of flange joints

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных нагрузок под внутренним избыточным давлением или вакуумом, под действием осевых сил и изгибающих моментов. Допускается также использование настоящего стандарта для расчета фланцевых соединений трубопроводов. Нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений применимы при условии, что технические требования к конструированию, изготовлению и контролю удовлетворяют требованиям нормативных документов. В случае, если свойства материалов, отклонения от геометрической формы, неточности или качество изготовления отличаются от требований нормативных документов, то при расчете на прочность эти отступления должны быть учтены соответствующей корректировкой расчетных формул.

Настоящий стандарт распространяется на расчет фланцевых соединений с фланцами приварными встык, плоскими приварными и свободными с плоскими, восьмигранными и овальными прокладками, которые полностью расположены внутри окружности, ограниченной отверстиями под шпильки (болты).

Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ Р 52857.1-2007.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 52630-2006 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия

ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

ГОСТ Р 52857.6-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ Р 52857.7-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ 481-80 Паронит и прокладки из него. Технические условия

ГОСТ 2850-95 Картон асбестовый. Технические условия

ГОСТ 7338-90 Пластины резиновые и резинотканевые. Технические условия

ГОСТ 12816-80 Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Р_у от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см²). Общие технические требования

ГОСТ 28759.5-90 Фланцы сосудов и аппаратов. Технические требования

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

А_б - суммарная площадь сечения болтов (шпилек) по внутреннему диаметру резьбы или нагруженному сечению наименьшего диаметра, мм²;

а - плечо усилий в болтах (шпильках) свободного фланца, мм;

b - плечо усилий в болтах (шпильках), мм;

b₀ - эффективная ширина прокладки, мм;

b_п - ширина прокладки, мм;

с - прибавка на коррозию, мм;

C_F - коэффициент, учитывающий изгиб тарелки фланца между болтами (шпильками);

D_н - наружный диаметр фланца, мм;

D - внутренний диаметр фланца, мм;

D_б - диаметр окружности расположения болтов (шпилек), мм;

D_сп - расчетный диаметр прокладки, мм;

D_н.п - наружный диаметр прокладки, мм;

D_к - внутренний диаметр кольца свободного фланца, мм;

D_нк - наружный диаметр кольца свободного фланца, мм;

D_s - наружный диаметр контакта бурта и кольца свободного фланца, мм;

D^* - приведенный диаметр фланца, мм;

d - наружный диаметр болта (шпильки), мм;

Е_п - условный модуль сжатия прокладки, МПа;

Е_б²⁰ - модуль продольной упругости материала болта (шпильки) при температуре 20 °С, МПа;

Е_к²⁰ - модуль продольной упругости материала свободного кольца при температуре 20 °С, МПа;

Е_к - модуль продольной упругости материала свободного кольца при расчетной температуре, МПа;

Е_б - модуль продольной упругости материала болта (шпильки) при расчетной температуре, МПа;

Е₁²⁰, Е₂²⁰, Е²⁰ - модуль продольной упругости материала фланца при температуре 20 °С, МПа;

Е₁, Е₂, Е - модуль продольной упругости материала фланца при расчетной температуре, МПа;

Е_кр²⁰ - модуль продольной упругости материала крышки при температуре 20 °С, МПа;

Е_кр - модуль продольной упругости материала крышки при расчетной температуре, МПа;

е - плечо усилия от действия давления внутри фланца, мм;

F - внешняя осевая сила (растягивающая сила берется со знаком плюс, сжимающая сила - со знаком минус), Н;

f - коэффициент увеличения изгибных напряжений в сечении S₀ приварного встык фланца;

f_б - площадь поперечного сечения болта (шпильки) по внутреннему диаметру резьбы или сечению наименьшего диаметра, мм²;

h, h₁, h₂ - толщина тарелки фланца, мм;

h₀ - расстояние от наружной поверхности обечайки до внутренней окружности контакта бурта и кольца свободного фланца, мм;

h_к - толщина кольца свободного фланца, мм;

h_кр, δ_кр - толщина крышки и ее фланцевой части, соответственно, мм;

h_п - толщина прокладки, мм;

h_р - толщина трубной решетки или закладной детали между прокладками, мм;

К_обж - коэффициент обжатия прокладки;

К - отношение наружного диаметра тарелки фланца к внутреннему диаметру;

К_кр - отношение наружного диаметра плоской крышки к среднему диаметру прокладки;

К_т - коэффициент увеличения допускаемых напряжений при расчете фланцев с учетом стесненности температурных деформаций;

К_у.р - коэффициент условий работы;

К_у.з - коэффициент условий затяжки болтов (шпилек);

К_у.т - коэффициент учета нагрузки от температурных деформаций;

К_Θ - коэффициент увеличения допускаемого угла поворота фланцев при испытании;

L_б - эффективная длина болта (шпильки) при определении податливости, мм;

L_б.o - расстояние между опорными поверхностями гайки и головки болта или опорными поверхностями гаек, мм;

l - длина конической втулки приварного встык фланца, мм;

l₀ - параметр длины втулки, мм;

М - внешний изгибающий момент, Н·мм;

М^M - расчетный изгибающий момент, действующий на фланец при затяжке Н·мм;

М^P - расчетный изгибающий момент, действующий на фланец в рабочих условиях, Н·мм;

М^м_к - расчетный изгибающий момент, действующий на кольцо свободного фланца при затяжке, Н·мм;

М^р_к - расчетный изгибающий момент, действующий на кольцо свободного фланца в рабочих условиях, Н·мм;

М_кр - крутящий момент на ключе при затяжке для болтов (шпилек), Н·мм;

m - прокладочный коэффициент;

N_р - число циклов изменения режимов эксплуатации;

N_с - число циклов сборок - разборок;

[N]_p - допускаемое число циклов изменения режимов эксплуатации;

[N]_c - допускаемое число циклов сборок - разборок;

п - число болтов (шпилек);

п_т - коэффициент запаса прочности по пределу текучести;

n_D - коэффициент запаса прочности по пределу длительной прочности;

п_п - коэффициент запаса прочности по пределу ползучести;

Р_обж - усилие, необходимое для смятия прокладки при затяжке, Н;

Р_б1 - расчетная нагрузка на болты (шпильки) при затяжке, необходимая для обеспечения в рабочих условиях давления на прокладку, достаточного для герметизации фланцевого соединения, Н;

Р_б2 - расчетная нагрузка на болты (шпильки) при затяжке, необходимая для обеспечения обжатия прокладки и минимального начального натяжения болтов (шпилек), Н;

Р^м_б - расчетная нагрузка на болты (шпильки) при затяжке фланцевого соединения, Н;

Р^р_б - расчетная нагрузка на болты (шпильки) фланцевых соединений в рабочих условиях, Н;

р - расчетное давление (внутреннее - положительное, наружное - отрицательное), МПа;

р_пр - приведенное давление, МПа;

Q_д - равнодействующая нагрузка от давления, Н;

Q_FM - приведенная нагрузка, вызванная воздействием внешней силы и изгибающего момента, Н;

Q_t - нагрузка, вызванная стесненностью температурных деформаций, Н;

[q] - допускаемое удельное давление, МПа;

q - расчетное удельное давление, МПа;

q_обж - удельное давление обжатия прокладки, МПа;

R_с - радиус кривизны сферической части неотбортованной крышки, мм;

R_п - усилие на прокладке в рабочих условиях, необходимое для обеспечения герметичности фланцевого соединения, Н;

S_э - эквивалентная толщина втулки фланца, мм;

S₀ - толщина втулки приварного встык фланца в месте приварки к обечайке (трубе), толщина обечайки (трубы) плоского фланца или бурта свободного фланца, мм;

S₁ - толщина втулки приварного встык фланца в месте присоединения к тарелке, мм;

t - расчетная температура стенки корпуса (штуцера) в месте расположения фланцевого соединения, °С;

t_ф1, t_ф2, t_ф - расчетная температура фланца, °С;

t_б - расчетная температура болта (шпильки), °С;

t_к - расчетная температура свободного кольца, °С;

t_кp - расчетная температура крышки, °С;

t_p - расчетная температура трубной решетки или иной закладной детали, зажатой между фланцами, °С;

Х_кр - параметр плоской крышки;

х - относительная длина втулки фланца;

у_п - податливость прокладки, мм/Н;

у_б - податливость болтов (шпилек), мм/Н;

у_ф1, у_ф2, у_ф - угловая податливость фланца при затяжке, 1/Н·мм;

у_к - угловая податливость свободного кольца при затяжке, 1/Н·мм;

у_ф.н - угловая податливость фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом, 1/Н·мм;

у_ф.с - угловая податливость кольца свободного фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом, 1/Н·мм;

у_кр - угловая податливость плоской крышки или угловая податливость фланца со сферической неотбортованной крышкой, 1/Н·мм;

α - коэффициент жесткости фланцевого соединения, нагруженного внутренним давлением или внешней осевой силой;

α_М - коэффициент жесткости фланцевого соединения, нагруженного внешним изгибающим моментом;

α_ф1, α_ф2, α_ф - температурный коэффициент линейного расширения материала фланца, 1/°С;

α_б - температурный коэффициент линейного расширения материала болта (шпильки), 1/°С;

α_к - температурный коэффициент линейного расширения материала кольца свободного фланца, 1/°С;

α_кр - температурный коэффициент линейного расширения материала крышки, 1/°С;

α_р - температурный коэффициент линейного расширения материала трубной решетки или иной закладной детали, зажатой между фланцами, 1/°С;

α_σ - коэффициент концентрации напряжений;

β_Т, β_U, β_Y, β_z - расчетные коэффициенты, зависящие от соотношения размеров тарелки фланца;

β_F, β_V - расчетные коэффициенты, зависящие от соотношения размеров втулки фланца;

β - отношение толщины втулки в сечении S₁ к толщине в сечении S₀;

γ - жесткость фланцевого соединения, Н/мм;

ξ - коэффициент увеличения допускаемых напряжений при затяжке для фланцевых соединений;

η - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в резьбе;

Θ_к - угол поворота кольца свободного фланца в рабочих условиях, рад;

[Θ] - допускаемый угол поворота приварного встык фланца, плоского фланца или бурта свободного фланца в рабочих условиях, рад;

[Θ]_к - допускаемый угол поворота кольца свободного фланца в рабочих условиях, рад;

λ - коэффициент;

λ₁ - параметр сферической неотбортованной крышки;

ζ - коэффициент, зависящий от соотношения размеров втулки фланца;

σ_а - расчетная амплитуда приведенных упругих напряжений, МПа;

σ^р_а - расчетная амплитуда приведенных упругих напряжений для рабочих условий, МПа;

σ²⁰_в - временное сопротивление материала болтов (шпилек) при температуре 20 °С, МПа;

σ_в - временное сопротивление материала болтов (шпилек) при расчетной температуре, МПа;

σ²⁰_т - предел текучести материала болтов (шпилек) при температуре 20 °С, МПа;

σ_т - предел текучести материала болтов (шпилек) при расчетной температуре, МПа;

σ_д.10⁵ - среднее значение предела длительной прочности материала болтов (шпилек) за 10⁵ ч при расчетной температуре, МПа;

σ_1%10⁵ - средний 1% - ный предел ползучести материала болтов (шпилек) за 10⁵ ч при расчетной температуре, МПа;

σ^м₁, σ^м₀ - меридиональное изгибное напряжение во втулке фланца в сечении S₁ и S₀ соответственно, МПа;

σ^м₁₁, σ^м₁₂ - расчетные меридиональные напряжения в обечайке (втулке) фланца при затяжке на наружной и внутренней поверхности соответственно (в сечении S₁), МПа;

σ^м₀₁, σ^м₀₂ - расчетные меридиональные напряжения в сечении S₀ фланца при затяжке на наружной и внутренней поверхности соответственно, МПа;

σ^м₁₃, σ^м₁₄ - окружные напряжения при затяжке на наружной и внутренней поверхности соответственно (сечение S₁), МПа;

σ^м₁₅, σ^м₁₆ - радиальные напряжения при затяжке (сечение S₁), МПа;

σ^м₀₃, σ^м₀₄ - окружные напряжения при затяжке на наружной и внутренней поверхности соответственно (сечение S₀), МПа;

σ^м₀₅, σ^м₀₆ - радиальные напряжения при затяжке (сечение S₀), МПа;

σ^р₁, σ^р₀ - расчетные меридиональные изгибные напряжения в рабочих условиях (в сечении S₁ и S₀ соответственно), МПа;

σ^р_1м.м, σ^р_0м.м - меридиональные мембранные напряжения в рабочих условиях (в сечении S₁ и S₀ соответственно), МПа;

σ^р_0м.о - окружные мембранные напряжения в рабочих условиях в сечении S₀, МПа;

σ^р₁₁, σ^р₁₂ - меридиональные напряжения в обечайке (втулке) в рабочих условиях на наружной и внутренней поверхности соответственно (в сечении S₁), МПа;

σ^р₀₁, σ^р₀₂ - меридиональные напряжения в обечайке (втулке) в рабочих условиях на наружной и внутренней поверхности соответственно (в сечении S₀), МПа;

σ^р₀₃, σ^р₀₄ - окружные напряжения в обечайке (втулке) в рабочих условиях на наружной и внутренней поверхностях соответственно (в сечении S₀), МПа;

σ^р₀₅, σ^р₀₆ - радиальные напряжения в рабочих условиях (сечение S₀), МПа;

σ^р₁₃, σ^р₁₄ - окружные напряжения в обечайке (втулке) в рабочих условиях на наружной и внутренней поверхностях соответственно (в сечении S₁), МПа;

σ^р₁₅, σ^р₁₆ - радиальные напряжения в рабочих условиях (сечение S₁), МПа;

σ_б1 - расчетное напряжение в болтах (шпильках) при затяжке, МПа;

σ_б2 - расчетное напряжение в болтах (шпильках) в рабочих условиях, МПа;

σ^м_к - расчетное напряжение в кольце свободного фланца при затяжке, МПа;

σ^р_к - расчетное напряжение в кольце свободного фланца в рабочих условиях, МПа;

σ^м_R - радиальное напряжение в тарелке приварного встык фланца, плоского фланца и бурте свободного фланца в условиях затяжки, МПа;

σ^м_т - окружное напряжение в тарелке приварного встык фланца, плоского фланца и бурте свободного фланца в условиях затяжки, МПа;

σ^р_R - радиальное напряжение в тарелке приварного встык фланца, плоского фланца и бурте свободного фланца в рабочих условиях, МПа;

σ^р_т - окружное напряжение в тарелке приварного встык фланца, плоского фланца и бурте свободного фланца в рабочих условиях, МПа;

[`