大口径盲板厚度的确定

尹俊杰 北京航天万源煤化工工程技术有限公司兰州分公司 兰州 730050

李克海 神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司 银川 750011

大口径盲板厚度的确定

尹俊杰*北京航天万源煤化工工程技术有限公司兰州分公司 兰州 730050

李克海 神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司 银川 750011

介绍大口径盲板厚度的3种计算方法，并讨论各种方法的安全性、经济性以及可行性。

大口径盲板厚度

盲板设置在要求管道或设备需要切断的部位，如设备接管口切断阀前后或两法兰之间，主要作用是将工艺介质完全隔断，防止由于切断阀关闭不严影响生产和造成事故。从外观看，一般分为8字盲板、盲板以及垫环(盲板和垫环互为盲通)。通常DN600及以下的8字盲板、盲板和垫环的厚度可通过查阅国外工程公司，如Shell和TEC的标准附图或《管道用钢制插板、垫环、8字盲板》HG 21547－93来取得。DN600以上的大口径盲板和垫环厚度在Shell和TEC标准附图以及HG 21547中并未给出，但在实际工程设计中又不可避免会遇到，因此必须设法确定大口径盲板厚度。

1 厚度确定

某壳牌煤气化工程中，高温高压过滤器的粗合成气进口设置DN1000的大口径盲板和垫环，该盲板厚度在Shell提供的DEP标准附图中未给出。以这块DN1000/PN10.0的盲板为例说明大口径盲板厚度的确定方法。

该管道的操作温度为340℃，设计温度为380℃，操作压力为3.96 MPa(G)，设计压力为4.40 MPa(G)，管道材料为0Cr18NiTi，法兰为DN1000/600lb。

(1)《工业金属管道设计规范》GB 50316－2008第6.7.2条给出了夹在两法兰之间的盲板厚度计算公式，夹在两法兰之间的盲板见图1。

其计算厚度可按式(1)确定;对于永久性盲板应按式(2)增加厚度附加量。

式中，tm为盲板计算厚度，mm;dG为凹面或平面法兰垫片的内径或环槽式垫片平均直径，mm;P为设计压力，MPa;［σ］t为在设计温度下材料的许用应力，MPa;Ej为焊接接头系数;tpd为盲板设计厚度，mm;C2为磨蚀或腐蚀附加量，mm;C1为厚度减薄附加量，mm。

图1 夹在法兰间的盲板

查得该法兰处垫片内径dG为956 mm;380℃下0Cr18NiTi钢板的［σ］t为80.8 MPa;焊接接头系数Ej取1.0;磨蚀或腐蚀附加量C2取0 mm;厚度减薄附加量C1取0.15倍盲板设计厚度。

该DN1000/PN10.0的盲板厚度可取114 mm。

(2)根据剪应力的定义来计算:

式中，τ为剪切面上的工作剪应力;Q为剪切面上的内力，即剪力;AQ为剪切面面积。

剪切面上的工作剪应力不得超过材料的许用剪应力［τ］即:

因此，盲板厚度tpd≥P dG/(4［τ］)，若查得钢板的许用剪切力［τ］，根据工艺参数可求得该盲板所需的最小厚度。

(3)对剪应力的定义公式进行推导，受力分析见图2。

图2 受力分析

根据剪切强度条件，剪切面上的工作剪应力不得超过材料的许用剪应力［τ］，即盲板厚度取最小值时，τ=［τ］得:

dG/tpd=4［τ］/P

对不同材质用在不同场合的管线，设计压力P和许用剪切力［τ］是不同的，假设dG/tpd为常数，通过表1、表2和表3验证其能否成立。

表1 Shell提供的DEP标准附图参数(PN10.0/D2222)

表2 TEC提供的盲板厚度图参数(PN10.0/D2222)

表3 HG 21547提供的盲板厚度表参数(PN10.0/D2222)

通过以上表格，以PN10.0的不锈钢材质盲板为研究对象，计算Shell，TEC和HG 21547的dG/ tpd，发现其基本是定值，且有缓慢增大的趋势。因此，可根据DEP标准附图中DN600/PN10.0的dG/ tpd值来计算DN1000/PN10.0盲板厚度，即:

2 分析讨论

下面分析讨论这三种方法计算出的盲板厚度的安全性、经济性以及可行性。

(1)第一种方法计算出的盲板厚度不但安全可靠，而且非常经济，但由于设计者受设计经验和设计资料的限制，计算公式中Ej、C1和C2参数的确定会因人而异或无法查到，因此计算结果也就不完全一致。另外特殊材质的盲板无法用该方法进行计算。

(2)第二种方法从盲板的受力原理进行受力分析计算，计算结果的安全性和经济性也毋庸置疑，但由于材料的许用剪应力［τ］查找较困难，因此，该方法的可行性较差。

(3)第三种方法是第二种计算方法的推导，避免了查找材料许用剪应力［τ］，对于钢板设计温度下许用应力［σ］t等数据无法查到而用第一种方法无法计算的特种钢材盲板，可用该方法进行计算。由于Shell提供的DEP标准附图以及HG 21547的盲板厚度较权威和安全，dG/tpd是定值且有缓慢增大的趋势，以DN600推算出DN1000的厚度是安全的，因此该方法计算出的盲板厚度也是安全可靠的。Shell提供的盲板厚度对碳钢和不锈钢是通用的，因此该方法计算出的大口径盲板厚度对碳钢和不锈钢也是通用的，就上述计算结果而言，DN1000/PN10.0的盲板厚度均可采用123 mm。该方法没有第一种计算方法经济，特别对大口径盲板而言更明显。

3 结语

通过分析对比，大口径盲板厚度的计算在数据齐全时推荐采用第一种方法，数据不全时可采用第三种方法。

1 GB 50316－2000，工业金属管道设计规范［S］．

2 HG/T 20570．23－1995，盲板的设置［S］．

3 汤善甫，朱思明．化工设备机械基础［M］．上海:华东理工大学出版社，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:高级工程师。1999年毕业于华东理工大学化学工程系。一直从事化工工艺设计。联系电话:13993116144，E－mail:yin－jj@ 163.com。

2011－05－20)