API TR 6AF2-2008
API整体法兰在荷载组合下的性能技术报告-hase II（第三版）

Technical Report on Capabilities of API Integral Flanges Under Combination of Loading—Phase II (Third Edition)

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标准号

API TR 6AF2-2008

发布

2008年

发布单位

API - American Petroleum Institute

 

 

适用范围

“这项工作的目的是评估所有 API 6A 整体法兰的承载能力。所施加的载荷除了传统的额定压力和上紧力外，还包括端部拉力和弯矩。温差的影响对应于还评估了内侧 250°和外侧 30°。为 30@ 6B@ 型和 6BX 型法兰中的每一个生成了三维有限元网格。弯矩载荷工况需要四分之一的模型由较小的段和半螺栓超级单元构成的法兰。计算机程序 SESAM 用于获取选定关键法兰和轮毂部分的应力，并确定四个单位载荷工况中每一个的垫片反应和温差载荷情况。泄漏准则被定义为将垫片中的初始组装压缩力降低至零的载荷组合。每个定义部分中的应力根据 ASME 第 VIII 部分@ Division 2@ 程序进行线性化，以确定膜和膜加弯曲应力强度。这些应力强度根据 API 6A@ 中规定的允许值进行检查，并确定极限载荷。编写了计算机程序 LCCP 来执行此代码检查，并使用 LOTUS 1-2-3 Release 3 工作表来绘制负载组合图。分析结果表明，泄漏标准控制着 6B 型法兰中较小法兰的容量。在 2000 psi 压力下，52.5 ksi 和 40 ksi 结构中，最大 9 英寸尺寸的法兰均存在泄漏。对于较高压力，泄漏控制在 5 1/8 英寸。还发现工作压力高达 5@000 psi 的所有 6BX 型法兰均存在泄漏。对于 10@000 psi 和 15@000 psi 法兰，仅在大于 2 9/16 英寸的较大尺寸范围内控制泄漏。所有 20@000 psi API 6BX 法兰均控制泄漏。本研究中采用的泄漏模型采用了几种尚未评估的近似值。因此，实际泄漏力，即导致泄漏的负载组合，可能比本文假设的要高得多。实际上@垫圈只有在超过其通电能力时才会泄漏。在结构@压力@张力和弯矩的组合载荷下，应力控制轮毂部分处的应力状态被认为是“次要的”。然而@当压力@张力@和弯矩与必要的结构一起施加时为了抵抗这些作用而不发生泄漏@应力状态被呈现为““主要””并且@因此@允许的应力强度减半。这似乎不一致@并且可能远远超出了代码的意图。然而@监督小组委员会倾向于采用保守路线@，这可能过于保守，有待进一步评估。因此，可以得出结论，当轮毂应力被视为主要应力时，大多数法兰不具备超出泄漏条件的显着储备强度。事实上@如果泄漏条件有些保守@应力条件可能成为大多数法兰的控制因素。 250℃的内部和30℃的外部温差导致法兰的承载能力增加。这种情况是由于温差和包括自限温度载荷条件时许用应力的增加而在垫片中产生的压缩力引起的。建议对大约八个法兰进行 3-D 有限元@非线性材料和几何模型，以确定控制这些法兰行为的实际失效机制。这包括预测垫圈在增加的负载下的响应以及更准确地定义泄漏机制。消除凸面并不能显着降低轮毂中的应力，这导致 6 个 6B 型法兰仅无法满足 ASME 装配载荷标准（105 ksi 螺栓连接为 52.5 ksi）。当消除凸面并增加法兰厚度约 10% 时，应力强度仅降低约 5%。这些法兰的轮毂厚度必须增加至现有厚度的 27% 左右，同时还要消除凸面。螺栓应力不适用于所分析的任何法兰。由于结构@压力@张力@和弯矩载荷，螺栓应力通常在其屈服强度的约67%以内。预计这些螺栓的产量将达到其一半。由于温度差异，螺栓中的应力增加约 5 ksi 至 7 ksi@，约为螺栓屈服应力的 6% 至 8%。其他载荷条件（压力@张力@和弯矩）由于温差而使螺栓应力增加两倍。因此，可以得出结论，在所研究的载荷条件下，螺栓不会达到其限制标准。”

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