阿特拉斯压缩机标准件的分析

雪莲花

阿特拉斯压缩机标准件的分析
一 法兰标准件的选取
    1.法兰的分类
    在阿特拉斯压缩机的设计制造过程中，国际上（包括国内）管法兰标准主要有两个大体系，即欧洲体系（以DIN标准为代表）以及美洲体系（以美国ASMEB16.5、B16.47标准为代表）。同一体系内，各国的管法兰标准基本上是可以互相配用的（指连接尺寸和密封面尺寸），两个不同体系的法兰是不能互相配用的。
    2.法兰的材料
    法兰的材料众多，每一种法兰标准都有其可以应用材料。化工部（HG）标准可以说收录了常见的大部分材料，并且把常用材料分成几大类，比如Q235类，20钢类，16Mn类，304L，304，316L，316等多种材料。同时化工部标准对采用材料的标准号及注意事项进行了明确的注释。
    2.1 管法兰材料一般应采用锻制，不推荐用钢板或型钢制造。钢板仅可以用于法兰盖、衬里法兰盖、对焊环松套法兰和平焊环松套法兰。
    2.2 铸件仅用于整体法兰，并不使用于带焊接的铸造法兰。
    根据各个标准中对材料的要求，压缩机中常用法兰的材料基本上可以归纳为20钢类和16Mn类的锻件应符合JB4726的规定。板材材料应符合GB713，不锈钢的锻件应符合JB4728的规定，不锈钢板材应符合低温碳素钢像09MnNiD和16MnD类的板材应符合GB3531的规定，而锻件应符合JB4727的规定。
    3.法兰的压力等级和温度、水压试验之间的关系
    法兰本身所标定的压力等级是法兰的公称压力等级，法兰的公称压力和使用压力有着本质的区别。法兰的使用压力会和使用的温度、压力、水压试验的要求，使用介质的腐蚀性，尤其和选用的材料都有密切的关系。
    3.1 法兰的公称压力和水压试验之间的关系管法兰的水压试验不进行单个法兰的水压试验。当法兰安装到管道和设备上之后，其水压试验压力应不超过材料可以承受的水压试验值，一般20钢和316L，304L类钢的材料的水压试验值是法兰公程压力等级的1.2倍；而16Mn类和316，304类钢的水压试验值是法兰公程压力等级的1.5倍的规定。
    3.2 法兰的公称压力和工作温度之间的关系
    法兰在不同工作温度下所能承受的最大无冲击工作压力，是法兰选用的重要参数，尤其是在高温下使用的法兰。每个标准对使用温度和使用压力都给出了压力—温度表对应的数据，例如ISO7005-1欧洲体系部分的压力—温度表对照数据，是以低碳钢100℃为基准，且以德国的St37-2、22、13CrMo44、10CrMo910和不锈钢的许用应力值为计算依据，不锈钢部分以不锈钢20℃的σ1为设计依据。HG标准根据上述情况又参考了DIN、BS、GB等标准的压力—温度表，确定了HG管法兰的压力—温度表.
    4.法兰密封面的选择
    法兰的密封面有多种型式，主要包括凸面（RF）、凹凸面（MFM）、榫槽面（TG）、全平面（FF）、环连接面（RJ）等。一般密封面为全平面的仅用于4.0MPa以下，凸面（RF）、凹凸面（MFM）、榫槽面（TG）一般用于中等压力等级的法兰中，而环连接面（RJ）主要用于压力较高的场合。凸面法兰和环连接是压缩机中应用的最广泛的一种密封面型式，凹凸面在一般用于阀门和仪表的连接件中，而且要注意一般阀门为凹面，相应配对的法兰为凸面，必须配对使用。
    5.法兰配套的垫片和紧固件的选用
    与法兰配套的垫片和紧固件不仅是一个机组中的易损件，更能直接关系的机组是否能更安全，更平稳运转的关键零部件。
    5.1 法兰的螺栓、螺母的选用
    紧固件的种类有六角头螺栓、等长双头螺柱、全螺纹螺柱、六角螺母等。在选用时一般遵循如下几个原则。
    （1）一般螺栓、螺柱比螺母的材料等级高一级，例如：10.9级螺栓、螺柱一般配对使用8级螺母，8.8级螺栓、螺柱一般配对使用6级螺母。
    （2）一般压力高或重要场合的法兰选用螺柱，而不选用螺栓，因为螺柱的耐受力情况要比螺栓的效果好。
    （3）一般压力高或大直径法兰且螺柱直径大于M36，推荐使用细牙的螺柱，细牙的要比粗牙的受力效果好。在压力容器的设计中，大于M36的螺柱也是作为主要受压件来检验和验收的。
    （4）在压力较高的场合，HG标准中首先推荐使用专用级的螺柱，因为专用级的螺柱的制造和检验要求都比较高。
    5.2 垫片和密封环的选用
    垫片和密封环是压缩机机组中的易损件，选用时也有很多的要求和选取的原则。主要需要注意3个方面。
    （1）在API标准的前言部分就有对禁止选用石棉产品的规定，所以在压缩机设计中选用垫片时不应选用含石棉的材料。
    （2）在选用垫片时一定看好其应适用法兰的压力等级，密封面型式和紧固件的选用情况。
    （3）密封环的硬度要小于法兰的硬度30～40HB.在压缩机设计中表3执行。
    二 标准件选用和标准件的单件设计时需注意的事项
    （1）选用标准法兰及紧固件一定要注意使用的温度，压力和使用的环境等因素。
    （2）对用于低于－20℃的场合，法兰，螺柱，螺母等主要的承压零部件除奥氏体不锈钢（－196℃以上）外，都必须要求做低温冲击试验，达到规定的冲击值。
    （3）对焊法兰选用时应特别注意，法兰的小端厚度不是越大越好，而是有一个最优值，一般选取时可以参考欧洲标准中给定的s数值作为选用的标准。
    （4）单件设计法兰时应注意螺柱的布置，既要考虑足够的扳手空间，又要有较好的受力分布，一般螺栓的布置是密且直径小受力最好。设计时还应考虑合适的螺纹深度，螺纹深度只在螺柱直径2倍的长度范围内起作用。
    （5）选用时还要注意通用性和互换性。
    （6）标准法兰的公程压力可以作为机组的设计压力而不是通常认为的水压试验压力，但实际的工作压力要根据材料，温度等因素特殊考虑.
    三 标准件的合理选用可降低产品的制造成本
    阿特拉斯压缩机配件作为一个机组中最普遍，最常见的一类零部件，其成本往往不被考虑和重视，其实其数量之多，应用之广，其成本是不容忽视的。比如：一台富气压缩机的法兰，工作压力一般为1.4～1.6MPa，通常选用PN5.0MPa的法兰，一台单缸的压缩机除中分面法兰以外至少有50个标准法兰。如果全部改为PN2.0MPa的法兰，以一台2MCL607的富气压缩机为例，一段进口的法兰通常选用DN600，PN5.0MPa，材料为16Mn锻件，毛坯重798kg（净重为235.6kg），如果通径和材料不变，选用PN2.0MPa毛坯重仅为510kg（净重为121.7kg），仅一个法兰节约成本近3000元人民币。而相应的紧固件和垫片等其他配套的零部件成本也能大大降低，最保守估计仅2MCL607压缩机进出风口的8个法兰节约成本2万元左右。所以，标准件的合理选用是至关重要的。
    四 结论
    在法兰的选用上也不能盲目的节省而忽视安全问题，首先要考虑系统是否有安全阀，法兰的使用压力是否大于安全阀的整定值。而且还要综合考虑其使用的场合，使用的温度，介质的腐蚀性等多种因素。总之，标准件的选用是设计人员必修的课程