浅析各标准法兰用螺栓长度

在化工、炼油以及地面工程等行业的压力容器和压力管道设计中，法兰螺栓连接配合至关重要。随着海外项目的不断深入扩展，业主对于设计质量的要求不断提高，在现场施工过程中，对于螺栓长度的准确度要求也随之提高。螺栓长度的不准确，会产生以下影响：(1)螺栓长度不够，螺母与螺栓不能完全啮合，使连接减弱，导致法兰连接配合失效；(2)外露螺栓过长，由于油漆、生锈或碰损等原因导致拆卸困难，检修时经常需要切割，浪费很大；(3)外露螺纹不仅没有提高法兰栓接的强度，而且增加了装卸的工作量；(4)螺栓过长会造成耗材过多，成本提高。

国内外螺栓标准体系主要有美国机械工程师协会标准(ASME)、石油化工行业标准(SH)和化工行业标准(HG)，这些标准体系对于螺栓长度的计算不尽相同，不能相互替换。因此，有必要对各标准体系法兰用螺栓计算和推荐长度进行梳理和总结。在实际工程中，常用的螺栓有六角头螺栓和全螺纹螺柱两种，本文主要研究的是目前工程上应用最为广泛的全螺纹螺柱。

1 ASME B16.5全螺纹螺柱长度

ASME标准体系法兰用全螺纹螺柱长度一般按照ASME B16.5的推荐长度选取，其中非强制性附录C[1]详细阐述了计算螺栓长度的方法。需要注意的是，按照螺柱数据表推荐的螺柱长度L为有效螺柱长度，也就是不包括两端不包含螺纹的端部高度，如图1所示。

图1 全螺纹螺柱及螺母示意图(ASME B16.5)

法兰用全螺纹螺柱长度计算公式为(1)：

LCSB=2(tf+t+d)+G+F-a+n

(1)

CL150突面法兰用螺柱计算表格如表1所示，LCSB为螺柱计算长度，LSSB为ASME B16.5推荐长度，从二者长短关系可以看出一部分公称直径的法兰用螺柱计算长度整化后大于推荐长度，这部分差值可作为伸长量考虑。由于ASME B31.3对螺栓长度的要求为螺母要全部拧入螺栓，如果未完全啮合的螺纹小于1牙，仍可认为合格。因此在实际运用过程中，ASME标准系列的螺柱可以对推荐长度适当增加来满足工程的需要。

表1 CL150突面法兰用螺柱计算表格(ASME B16.5)

表1(续)

2 SH/T3406全螺纹螺柱长度

SH标准体系法兰用全螺纹螺柱长度一般按照SH/T3406的推荐长度选取，其中附录B[2]详细介绍了紧固件长度的计算方法。与ASME标准体系相比，SH标准体系法兰用全螺纹螺柱计算长度L包括倒角端长度，如图2所示。

图2 全螺纹螺柱及螺母示意图(SH/T3406)

法兰用全螺纹螺柱长度计算公式为(2)：

LS=2(Q+ΔQ+d)+F+G+n+2c

(2)

CL150突面法兰用螺柱计算表格如表2所示，倒角端长度的取值可以参照表3选取。LS为螺柱计算长度， L为SH/T3406推荐长度，L圆整为以5 mm为基数进行圆整后的长度，圆整原则为1 mm以内向下圆整，1 mm以外向上圆整。从L圆整和L二者长短关系可以看出推荐长度L能完全覆盖圆整长度L圆整，还有一部分的余量。这部分余量是由于SH标准制定过程中，对螺栓长度有多出2～3个牙的要求。在实际运用过程中，SH标准系列的螺柱推荐长度可以满足实际工程的需要。

表2 CL150突面法兰用螺柱计算表格(SH/T3406)

表2 CL150突面法兰用螺柱计算表格(SH/T3406)

表3 倒角长度尺寸表

3 HG/T20634全螺纹螺柱长度

HG标准体系法兰(美洲体系)用全螺纹螺柱长度一般按照HG/T20634的推荐长度[3]选取。HG标准没有对螺栓长度的计算方法进行介绍，推荐长度包括倒角端长度，如图3所示。通过对SH/T3406的推荐长度LS，圆整长度L圆整以及HG/T20634推荐长度LZR进行对比，可以看出L圆整和HG/T20634推荐长度LZR更为接近。因此HG体系标准螺栓长度的选择没有考虑2～3个牙的余量，因此推荐长度介于SH标准体系和ASME标准体系之间。

图3 CL150突面法兰用全螺纹螺柱长度对比(包括倒角端)

4 结语

通过对ASME标准体系、SH标准体系以及HG标准体系全螺纹螺柱长度计算表格的设计及对比，得到各标准螺栓计算长度，圆整长度和推荐长度的取值规则，对于实际工程螺栓的选择有如下的建议：

(1)ASME标准系列的全螺纹螺柱计算长度整化后大于推荐长度，因此在实际工程中可以对推荐长度适当增加来满足工程的需要；

(2)SH标准系列的全螺纹螺柱在应用中采用推荐长度会多出2～3个牙，可以根据实际情况进行长度选择；

(3)HG标准系列的全螺纹螺柱长度介于SH标准体系和ASME标准体系之间，可以根据推荐长度或适当增加推荐长度来满足工程的需要。

当然在实际工程应用中，还有很多复杂的情况，例如法兰具体安装的位置，是否有孔板等情况，只有正确计算螺栓的长度，才能减少频繁的设计变更，节省施工工期，也更能减少不必要的浪费，体现出工程公司设计的设计水平和精度。