大口徑盲板厚度的確定

尹俊杰 北京航天萬源煤化工工程技術有限公司蘭州分公司 蘭州 730050

李克海 神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司 銀川 750011

大口徑盲板厚度的確定

尹俊杰*北京航天萬源煤化工工程技術有限公司蘭州分公司 蘭州 730050

李克海 神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司 銀川 750011

介紹大口徑盲板厚度的3種計算方法，并討論各種方法的安全性、經濟性以及可行性。

大口徑盲板厚度

盲板設置在要求管道或設備需要切斷的部位，如設備接管口切斷閥前后或兩法蘭之間，主要作用是將工藝介質完全隔斷，防止由于切斷閥關閉不嚴影響生產和造成事故。從外觀看，一般分為8字盲板、盲板以及墊環(盲板和墊環互為盲通)。通常DN600及以下的8字盲板、盲板和墊環的厚度可通過查閱國外工程公司，如Shell和TEC的標準附圖或《管道用鋼制插板、墊環、8字盲板》HG 21547－93來取得。DN600以上的大口徑盲板和墊環厚度在Shell和TEC標準附圖以及HG 21547中并未給出，但在實際工程設計中又不可避免會遇到，因此必須設法確定大口徑盲板厚度。

1 厚度確定

某殼牌煤氣化工程中，高溫高壓過濾器的粗合成氣進口設置DN1000的大口徑盲板和墊環，該盲板厚度在Shell提供的DEP標準附圖中未給出。以這塊DN1000/PN10.0的盲板為例說明大口徑盲板厚度的確定方法。

該管道的操作溫度為340℃，設計溫度為380℃，操作壓力為3.96 MPa(G)，設計壓力為4.40 MPa(G)，管道材料為0Cr18NiTi，法蘭為DN1000/600lb。

(1)《工業金屬管道設計規范》GB 50316－2008第6.7.2條給出了夾在兩法蘭之間的盲板厚度計算公式，夾在兩法蘭之間的盲板見圖1。

其計算厚度可按式(1)確定;對于永久性盲板應按式(2)增加厚度附加量。

式中，tm為盲板計算厚度，mm;dG為凹面或平面法蘭墊片的內徑或環槽式墊片平均直徑，mm;P為設計壓力，MPa;［σ］t為在設計溫度下材料的許用應力，MPa;Ej為焊接接頭系數;tpd為盲板設計厚度，mm;C2為磨蝕或腐蝕附加量，mm;C1為厚度減薄附加量，mm。

圖1 夾在法蘭間的盲板

查得該法蘭處墊片內徑dG為956 mm;380℃下0Cr18NiTi鋼板的［σ］t為80.8 MPa;焊接接頭系數Ej取1.0;磨蝕或腐蝕附加量C2取0 mm;厚度減薄附加量C1取0.15倍盲板設計厚度。

該DN1000/PN10.0的盲板厚度可取114 mm。

(2)根據剪應力的定義來計算:

式中，τ為剪切面上的工作剪應力;Q為剪切面上的內力，即剪力;AQ為剪切面面積。

剪切面上的工作剪應力不得超過材料的許用剪應力［τ］即:

因此，盲板厚度tpd≥P dG/(4［τ］)，若查得鋼板的許用剪切力［τ］，根據工藝參數可求得該盲板所需的最小厚度。

(3)對剪應力的定義公式進行推導，受力分析見圖2。

圖2 受力分析

根據剪切強度條件，剪切面上的工作剪應力不得超過材料的許用剪應力［τ］，即盲板厚度取最小值時，τ=［τ］得:

dG/tpd=4［τ］/P

對不同材質用在不同場合的管線，設計壓力P和許用剪切力［τ］是不同的，假設dG/tpd為常數，通過表1、表2和表3驗證其能否成立。

表1 Shell提供的DEP標準附圖參數(PN10.0/D2222)

表2 TEC提供的盲板厚度圖參數(PN10.0/D2222)

表3 HG 21547提供的盲板厚度表參數(PN10.0/D2222)

通過以上表格，以PN10.0的不銹鋼材質盲板為研究對象，計算Shell，TEC和HG 21547的dG/ tpd，發現其基本是定值，且有緩慢增大的趨勢。因此，可根據DEP標準附圖中DN600/PN10.0的dG/ tpd值來計算DN1000/PN10.0盲板厚度，即:

2 分析討論

下面分析討論這三種方法計算出的盲板厚度的安全性、經濟性以及可行性。

(1)第一種方法計算出的盲板厚度不但安全可靠，而且非常經濟，但由于設計者受設計經驗和設計資料的限制，計算公式中Ej、C1和C2參數的確定會因人而異或無法查到，因此計算結果也就不完全一致。另外特殊材質的盲板無法用該方法進行計算。

(2)第二種方法從盲板的受力原理進行受力分析計算，計算結果的安全性和經濟性也毋庸置疑，但由于材料的許用剪應力［τ］查找較困難，因此，該方法的可行性較差。

(3)第三種方法是第二種計算方法的推導，避免了查找材料許用剪應力［τ］，對于鋼板設計溫度下許用應力［σ］t等數據無法查到而用第一種方法無法計算的特種鋼材盲板，可用該方法進行計算。由于Shell提供的DEP標準附圖以及HG 21547的盲板厚度較權威和安全，dG/tpd是定值且有緩慢增大的趨勢，以DN600推算出DN1000的厚度是安全的，因此該方法計算出的盲板厚度也是安全可靠的。Shell提供的盲板厚度對碳鋼和不銹鋼是通用的，因此該方法計算出的大口徑盲板厚度對碳鋼和不銹鋼也是通用的，就上述計算結果而言，DN1000/PN10.0的盲板厚度均可采用123 mm。該方法沒有第一種計算方法經濟，特別對大口徑盲板而言更明顯。

3 結語

通過分析對比，大口徑盲板厚度的計算在數據齊全時推薦采用第一種方法，數據不全時可采用第三種方法。

1 GB 50316－2000，工業金屬管道設計規范［S］．

2 HG/T 20570．23－1995，盲板的設置［S］．

3 湯善甫，朱思明．化工設備機械基礎［M］．上海:華東理工大學出版社，1991．

Introduce three kinds of calculating method for large diameter blind flange and discuss the safety，economy and possibility for various methods．

Determination of Thickness for Large Diameter Blind Flange

Yin Junjie，et al
(Lanzhou Branch of Beijing Aerospace Wan Yuan Coal Chemical Engineering Technology Co.，Ltd.，Lanzhou 730050)

large diameterblind flangethickness

*尹俊杰:高級工程師。1999年畢業于華東理工大學化學工程系。一直從事化工工藝設計。聯系電話:13993116144，E－mail:yin－jj@ 163.com。

2011－05－20)