圧力容器のフランジ寸法の計算

定義上、圧力容器とは、外部の圧力条件よりも低いまたは高い圧力条件で石油、ガス、化学物質を保管または処理する密閉容器です。圧力容器の場合、フランジは、メンテナンス作業を行うために人が入室できるようにしながら、効果的な密閉を確保する上で重要な役割を果たします。

ここで、2197圧力容器の設計は、フランジ設計のガイドラインでもあるASME Section VIII Div 1に準拠しています。それでも、いくつかの要件を組み込む必要がある場合があります。 ANSI / ASME B16.5 必要なレベルの精度を組み込む必要があります。Yanhao の専門家は最新のソフトウェアを使用してフランジを設計していますが、圧力容器のフランジ寸法の手動計算を理解することは、確固たる基礎を得るために常に有益です。始めましょう。

圧力容器用シールフランジの理解

の利害関係者 中国フランジ製造 各圧力容器には非常に高品質のシーリングフランジが必要であることはご存じのとおりです。高い耐疲労性から耐腐食性まで、これらすべての耐性特性は圧力容器のシールフランジにとって不可欠です。 

特に、シーリングフランジは加圧容器の開口部に使用されます。これらの特殊な中国製シーリングフランジは、2 つ以上の容器を接合する際にも使用され、また、出入口の配管、バルブ、レギュレーターなどを接合する際にも使用されます。

加圧容器に使用されるシールフランジの種類

以下は高圧容器で使用されるシールフランジの種類の一覧です。

• ウェルドネックフランジ: ワイルドネックフランジ 応力を均等に分散するためにテーパーハブが装備されており、また、フランジと容器の開口部の接合には標準化された溶接が使用されています。
• ブラインドフランジ: このフランジタイプは、最終的に容器の端部に設置され、メンテナンス要員が修理、故障確認、調整作業などを行うために入室できるようになります。
• リング型ジョイント付きフランジ: この フランジタイプ 金属ガスケットを収容し、2 つのフランジ間に高機能な金属対金属接合部を形成するため、ハイプロファイルと見なされます。

圧力容器フランジのコアコンポーネント

以下は圧力容器フランジのコアコンポーネントです。

フランジ面

これは、ボルト穴とパイプを接続するための大きな穴、容器ゲートの実際の開口部、バルブの開口部などで構成されるガスケットの表面に接触する金属またはその他の材料で作られた円形のプレートです。フランジ面のタイプは、開口部のタイプと容器の要件（フラット、隆起、またはリングジョイントタイプのフランジ）によって異なります。 

また、 2種類のフランジ面大きい穴のそれぞれの領域は面 ID と見なされ、ボルト穴で構成される領域は面 OD と呼ばれます。

• フェイスの内径:  この直径は、開口部内の液体またはガスが容易に通過できる実際の直径として測定されます。
• フェイスの外径: その直径は、ボルト穴の数、サイズ、および構造の完全性に関する要件を考慮して決定されます。

ガスケットは、2 つのフランジの接続部、または片面フランジの場合は面とフランジ面の間に配置されます。圧力容器の特性と材料の要件の種類に応じて、ガスケットの構成材料は異なります。 

それでも、一般的には、圧力容器に取り付けられるフランジ用ガスケットの構成材料は高性能金属です。ガスケットにも 2 つの面 ID があります。

• ガスケットの内側部分の直径は、容器の開口部の直径とフランジの内径と一致します。
• ガスケットの外径は、面の外径に実際と一致します。

ボルト穴

ボルト穴はフランジ面の延長部分にあり、ボルトを取り付けることができます。穴の数、直径、厚さ、分布は、フランジ面の特性と、しっかりとした接合部を確保するために必要な圧力許容度によって異なります。

ハブ

フランジ ハブはフランジの外側の延長部分です。ただし、ハブは通常、容器全体の構造の整合性を高めるためにフランジの盲面上に構築されます。

圧力容器のフランジの正確な計算の重要性

圧力容器フランジの正確な計算を行うことの重要性は次のとおりです。

漏れ防止

加圧容器には、危険物質に分類される石油、ガス、化学物質が収容されています。フランジを使用したロック システムで漏れが発生すると、水、土壌、大気の汚染につながります。 

世界が環境悪化の速度にかなり苦しんでいるときに、このような事態が起こることは決して望ましいことではありません。この場合、フランジ寸法の正確な計算により、容器の開口部での漏れを防ぐことができます。

安全性

圧力容器では、内部の物質は外部環境とは異なる加圧状態に保たれます。そのため、フランジを使用したロック、圧力制御、温度制御などのシステムに不具合があると、容器が爆発物のように動作する可能性があります。このような事態を防ぐには、フランジの寸法と特性を正確に設定する必要があります。

構造上の整合性

圧力容器のさまざまな部分のフランジは、非常に重要な部分であると考えられています。寸法計算に何らかの不正確さがあると、容器の構造的完全性が低下します。 

ここで、フランジ寸法を正確に計算することで、それぞれの加圧容器が外向きの圧力と内向きの応力に耐えられることを保証できます。構造の完全性が高まると、容器の耐久性も高まります。

規格への準拠

世界には標準化された仕様がいくつかあります。一部の国は ASME や ANSI などの標準に従っていますが、他の国は Din、ANSI などの標準に従っています。国のコンプライアンスに応じて、圧力容器フランジの正確な計算が重要な要件となります。

オペレーション効率向上

正確に計算されたフランジ寸法により、圧力容器の運用効率が向上します。圧力と温度の損失を防ぎ、漏れの方向を減らします。また、メンテナンスと修理作業の頻繁な必要性を減らすことにも役立ちます。これにより、運用効率が向上すると、コスト削減の機会も高まります。

フランジ寸法選択の計算要素

フランジの設計と製造で25年以上の経験を持つ ヤンハオ フランジを設計する際に考慮する必要がある主要な計算要素を特定し、共有したいと思います。 

以下は、ASME Sec VIII Div 1 および 2、ならびに ASME B16.5 の準拠に従った、影響力のある計算係数のリストです。

圧力容器の運転対策

圧力容器内の動作圧力、温度、および収容材料の種類は、3つの主要な指標です。これらのデータにより、設計者はフランジの構造材料、厚さ、内径、外径、ボルト穴の数、 ボルト穴径ボルト穴間隔等 

提案された動作対策を正確に組み込むことで、設計者はフランジの設計圧力、温度、腐食許容値、外部応力許容値などを簡単に決定できます。

圧力容器の構成材料

圧力容器の構造材料もフランジ寸法の選択に影響を与える重要な要素です。圧力容器の構造材料とフランジの構造は適合していなければなりません。 

例えば、SS 製の加圧容器のフランジは適合材料で作られる必要があり、アルミニウムなどの構造材料を使用することはそれほど合理的ではありません。ただし、設計者がそのようなことを提案したとしても、根本的な原因があり、理論的にはフランジの面厚は非常に厚くなります。

購入者の独自の要件

もちろん、1 つのプラントで、石油、ガス、化学物質、その他の危険物質をすべて異なる容器で保管、処理、または供給することは考えられません。これは、各ケースで、異なるプラントに異なる要件があることを意味します。ここで、前述のすべての物質の保管、処理、および供給を網羅する有名なプラントがあったとしても、それらは異なる加圧容器を使用します。 

また、圧力、温度、耐腐食性などは各プラントごとに異なります。さらに、プラントの外部環境は場所によって異なり、同じではありません。つまり、各プラントには独自の要件があり、正確なフランジ寸法の計算プロセスではそれを考慮する必要があります。

コンプライアンスの遵守     

プラントが所在する国におけるエンジニアリング仕様関連の規制は、例えば、 ASME フランジ ANSI フランジと同じではありません。フランジ設計者は、それぞれの地域のエンジニアリング関連の標準化されたコンプライアンスを考慮する必要があります。

その他の因子

フランジ設計に影響を与えるその他の要因は次のとおりです。

• ボルトの荷重もフランジ寸法の選択に大きな影響を与えます。
• 腐食許容値、製造許容差、疲労解析、熱応力解析など、追加の考慮事項がいくつかあります。

標準化されたコードを使用してフランジ寸法を計算する方法

ここでは、圧力容器のフランジ設計に関連する ASME コードを手動計算で解釈する方法について詳しく説明します。以下は、そのためのステップバイステップのガイドです。

ステップ1: 運用条件の特定

このステップでは、購入者は、それぞれの加圧容器の目標貯蔵材料、動作圧力、動作温度、外部応力などのさまざまな情報を設計者と共有します。これに続いて、フランジ設計者は、材料の種類、圧力、温度などに関連するそれぞれの ASME 規格を見つけます。

ステップ02：フランジ構造材料の選択

ステップ1のデータを使用して、設計者はASME B16.5に記載されているASME承認材料を見つけます。加圧容器内の対象貯蔵材料が腐食性であるか、外部環境が高度に腐食性である場合、設計者はASMEセクションIIの表を組み込んで適合する材料を見つけます。 フランジ材質動作温度、動作圧力、許容差、疲労許容差などに耐えられるもの。

ステップ03：寸法仕様の選択

この場合、設計者は通常、温度-圧力定格表を組み込んで圧力クラスを決定します。次に、特定された圧力クラスを使用して、ボルト間隔、フランジ面の厚さ、ボルト穴の直径、ボルトのトルクなどを決定します。 

この場合、設計者は腐食性、繰り返し荷重などを考慮して、フランジ面の厚さを増やしたり、ボルトのサイズを大きくしたりするために、ASME Section VIII Div 1 およびその他の各セクションを組み込みます。

ステップ04：フランジの厚さ調整

ステップ 03 の調査結果に従って、フランジ設計者は ASME Section VIII Div 1 Appendix 2 を組み込んで、選択したフランジの厚さが適切であることを確認します。また、設計者は前述の式を使用してフランジの厚さを計算します。これらすべてを組み込むことで、設計者はフランジの厚さを調整します。

ステップ05: ガスケット設計

これまでのすべてのデータを考慮して、設計者はこのステップでガスケットの設計を行います。ここでは、ASME B16.20、B16.21 などを使用して、ガスケットのタイプ、材質、厚さなどを選択します。

ステップ06: フランジ面タイプの選択

圧力容器フランジには、フランジ面のタイプに関して 16.5 つのオプションがあることはすでにわかっています。フランジ面のタイプを選択するには、フランジが 24 インチ未満の場合は ASME B16.47 を、フランジが 24 インチを超える場合は ASME BXNUMX を設計者が組み込みます。

ステップ07: 最終チェック

最後に、設計者は ASME II、ASME VIII Div 1、ASME B16.5、ASME B16.47 などを使用して最終チェックを行います。

フランジ寸法計算例

• 300°F および 500 psi の動作条件を考慮して、フランジ設計者はクラス 300 フランジ定格に適合する材料を選択します。
• フランジ寸法の選択には ASME VIII の式を使用します。
• 設計者は、ASME B16.5 を使用して、クラス 300 フランジ定格でのボルト関連およびガスケット寸法を決定します。
• 必要な腐食許容値を組み込むために、ASME 16.5 および ASME B16.47 が使用されます。
• 上級エンジニアによる複数回のクロスチェックを経て設計が最終決定されます。

フランジ寸法の計算では考慮すべき要素

• フランジ径の計算は、設計圧力、設計温度、材料が入っている圧力容器の特性、容器内の材料の流量、および ASME VIII プラス B16.5 規格に基づいて行われます。
• ガスケットの材質と厚さの選択は、動作条件と必要な性能を考慮する必要があります。
• ボルトのサイズと材質の選択は、ボルトの荷重と動作条件によって異なります。
• 繰り返し荷重抵抗の場合、フランジ寸法の計算では疲労解析を考慮する必要があります。
• 大きな温度差が生じる可能性がある場合は、熱応力解析が必要です。

結論

結論として、加圧容器の潜在的な中国のフランジ購入者がフランジ寸法の計算に関する重要な情報を利用することを期待します。手動計算が必要な場合でも、購入者は ANSYS、Autodesk、CAESAR II、Compress、SolidWorks などのソフトウェアを使用する必要があります。

我々、 ヤンハオパイプライン設備株式会社河北省では、フランジ設計ソリューションや購入者が指定した設計に関する専門家の提案を提供する十分な能力があります。当社は常に、本格的なパッケージでお客様の便宜を図るよう努めています。 

最後に、フランジ設計のための正確で結果重視の計算を実行するには、圧力容器の設計原理を深く理解しておくことをお勧めします。