美国API及相关标准简介和API-6D阀门设计

美国API及相关标准简介和API6D阀门设计1.各标准编制机构简介●APITheAmericanPetroleumInstitute美国石油学会●ASMETheAmericanSocietyofMechanicalEngineers美国机械工程师学会●ASTMTheAmericanSocietyofTestingMaterials美国材料和试验学会●ANSITheAmericanNationalStandardsInstitute美国国家标准化委员会●AWSTheAmericanWeldingSociety美国焊接学会●ASNTTheAmericanSocietyforNondestructiveTesting美国无损检测学会●ISO国际标准化组织1.1API美国石油学会●成立于1924年，设有多个标准分委员会，共有50多个产品的规范标准出版。负责石油开采及有关设备的标准规定、颁发证书、学术交流、技术检验等活动。是美国国家认可的一个专业学会。其标准可作为法律的依据。●API6D标准由API阀门和井口设备标准分委员会（APIC1/SC6）管辖。●API6D标准与ISO14313：1999完全等同。ISO14313由石油天然气工业SC2管线输送系统的材料、设备和海上结构件的ISO/TC67技术委员会编制。●API标准每5年审查一次，进行修改/重新批准或者撤消，可延长2年的审查周期。●全世界约1400个取得API证书的厂家，约65％是美国以外的取证厂家。近几年亚洲发展最快。●现在全世界有4500余个有证检验师，其中15％来自于非美国本土的检验师。1.2ASME美国机械工程师学会ASME成立于1880年，是一个教育及技术的机构工程学会，在1915年颁发了第一个规范，即现在的第一卷《动力锅炉》的前身，是ASME创造者梅尔(E.D.MEIER)先生组织建立锅炉及压力容器规则的委员会颁发的。ASME是一个综合性的机构，由地区、区域、技术部及分部、委员会、管理总部及理事会、董事会组成。我们正在积极争取早日成立ASME中国地区分会，由中国石油设备协会的ASME协作网牵头联系。目前已经和ASME总部多次接触商谈，ASME总部连续三年均派执委来我国进行了交流。每年ASME组织许多国内和国际性会议、国际研讨会和展览会等，研讨国际最新技术和展示新的成果。参加人员还包括出版社、信息服务、技术合作、政府机构、实验室、设备公司、工程、科学技术机构。1ASME是世界上最大的技术出版机构，有“机械工程杂志”、“ASME新闻报”等月刊发给ASME会员，共有17种刊物，如应力机械杂志、热交换杂志、工程材料及技术、流体工程、气体透平及动力工程、压力容器技术、WRC焊接学会公报，包括焊接设计和制造的要求等。ASME规范由各专业委员会负责编制，通过理论研究、实验分析及应用效果将结果反映到规范中。ASME规范有11卷，具体如下：I卷动力锅炉II卷材料，分A篇铁基材料、B篇非铁基材料、C篇焊条焊丝及填充金属、D篇性能III卷核动力装置设备IV卷采暖锅炉V卷无损检验VI卷采暖锅炉维护和运行的推荐规则；VII卷动力锅炉维护的推荐规则VIII卷压力容器，分三册，第一册为一般的压力容器；第二册为另一规则(应力分析设计)的压力容器；第三册为超高压容器IX卷焊接及钎焊评定X卷玻璃纤维增强塑料压力容器XI卷核动力装置设备在役检查规则1.3各学会的相互关系●是平等的各学术团体，但又互相合作，在各自的领域中发挥作用。●采用拿来主义。如在本领域中有特殊要求，则在自己的规范中加以补充规定。如ASME对无损检测的验收标准、检测方法、检测范围等均作了详细的补充规定。而对检测人员的资格确认等完全采用ASNT的规定。一般对同样的内容不再另搞一套体系。●中国的体制。2.美国材料标准2.1材料表示方法统一以美国ASTM的表示方法。铁金属，前面冠A如：A105，A182-F22，A216-WCA，A355-P11等等。非铁金属，前面冠B如：B164N04400（后面的称为合金代号）（棒材锻件NiCu合金）2B466C71500（后面的称为合金代号）（无缝管70％Cu,30％Ni合金）焊接材料：采用AWS标准，ASMEII卷C篇中前面冠SFA。如：SFA-5.1,SFA-5.9,SFA-5.20等。2.2材料分类号P-No.——ParentsNo.母材分类F-No.——FillerNo.填充金属分类A-No.——AnalystNo.焊缝金属化学成份分类S-No.——SupplementalNo.用于ASMEB31压力管道选用或锅炉压力容器的规范实例选用。是ASME第II卷中未列入的材料，S-No和P-No有一定的对应关系，但要单独做评定。2.3ASME材料在ASME规范中列出的允许使用的ASTM材料、表示方法在ASTM材料的标准号前面冠S，SA105，SA182F22，SA216-WCA等等。ASME选用的ASTM标准完全等同，但ASME规定了ASTM材料的适用版本号。2.4涉及到的相关标准ASME规范第V卷无损检测●规定了RT、UT、PT、MT的操作方法方面的要求ASME第VIII卷第一册压力容器●规定了无损检测的范围和验收标准●压力容器的圆筒计算公式（阀体计算参照此公式）●压力容器的法兰计算公式（阀门的法兰参照此公式）●焊接的一般要求●焊后热处理（PWHT）的一般要求ASME第IX焊接评定●规定了焊接评定的具体方法、要求和验收标准●SNT-TC-1A无损检测人员资格评定和发证的规程●无损检测人员的资格评定及发证（阀门无损检测人员按此规定评定其资格）3.API阀门设计人员的基本要求3.1概述●观念及分工差别3.2知识面的要求●熟悉相关标准3●材料知识●制造工艺知识（焊接、热处理、无损检测、机械加工、检验与试验等）●CAD出图能力包括图面布置等●计算能力（规范公式要求、一般力学知识、解决特殊受力零件计算的能力）3.3设计管理方面的知识●文件清单●版次和修改号●尺寸公差●设计修改●文件发放和存档4.强度计算4.1格式基本要求●目录●基本参数和设计依据●具体的计算和步骤4.2阀体计算公式内压圆筒按UG-27，外压圆筒按UG-28公式计算。4.3法兰计算公式按附录2计算。4.4阀盖计算公式按UG-34计算。4.5材料许用应力按ASME第II卷D篇的相关的表查取。4.6其它零部件计算没有现成的计算公式可按材料力学的知识或参照中国的有关阀门设计计算手册进行。5.设计示例5.1旋启式闸阀强度计算。5.2回转式止回阀强度计算。4旋启式闸阀强度计算书DesignCalculationforGateValve编制_____________日期___________PreparedbyDate批准_____________日期___________ApprovedbyDate图号版本号0DWG.No.Rev.No.页次1/8版本号图号90513A00P2修改号编制日期批准日期0计算内容1.阀体厚度计算2.中法兰强度计算3.阀瓣厚度计算4.阀盖强度计算5.阀杆(暗杆)强度验算6.头部强度验算7.阀杆稳定性验算设计参数和设计依据API6D-4″×300lb阀门的设计参数：设计压力P＝5MPa设计温度T＝-28~+37.8℃材料和许用应力：阀体SA216-WCBS＝20000psi＝138MPaASME第II卷D篇表1阀瓣SA216-WCBS＝20000psi＝138MPaASME第II卷D篇表1螺栓SA193-B7Sb＝25000psi＝172.5MPaASME第II卷D篇表3阀盖SA216-WCBS＝20000psi＝138MPaASME第II卷D篇表1阀杆SA182-F6acl2设计依据：ASME第VIII卷第一册阀门设计计算手册1.阀体厚度计算(ASME第VIII卷第一册)1.1参数阀体计算壁厚t阀体设计压力P＝5MPa阀体半径R＝53.8mm在设计温度下材料的许用应力S＝138MPa铸造系数E＝0.8UG-24腐蚀裕量c＝3mm1.2计算公式cP.SEPRt+60−=UG-271.3计算结果mm....t55=3+5×60−80×138853×5=实际选取t＝13mm页次2/8版本号图号90513A00P2修改号编制日期批准日期02.中法兰强度计算()2第Ⅷ卷第一册附录ASME2.1参数计算压力P＝5MPa设计温度-28~+37.8℃法兰材料SA216-WCB螺栓材料SA193-B7垫片外径183mm垫片内径156mm垫片宽度N＝13.5mmb0＝6.75mm576=756532=532=0...b.b垫片比压力Y＝4500psi＝31.05Mpa垫片系数m＝3常温下螺栓许用应力Sa＝25000psi＝172.5MPa设计温度下螺栓许用应力Sb＝25000psi＝72.5MPa设计温度下法兰许用应力Sf＝20000psi＝138MPa垫片作用处的直径G＝183-2b＝169.86mm螺栓圆直径C＝219mm法兰颈部直边厚度g0＝10mmg1＝14mm法兰外径A＝254mm法兰内径B＝152mm取法兰盘厚t＝30mm注：上述厚度已去除3mm腐蚀裕量。2.2螺栓强度计算Wm1＝H+Hp＝0.785G2P+2b×3.14Gmp＝0.785×169.862×5+2×6.57×3.14×169.86×3×5＝218371NWm2＝3.14bGy＝3.14×6.57×169.86×31.05＝108804.7NAm1＝Wm1/Sb＝218371/172.5＝1265.9mm2Am2＝Wm2/Sa＝108804.7/172.5＝630.75mm2Am取二者中较大值，Am＝1265.9mm2取螺栓根径12.918mm，12个螺栓221572=12×91812×4mm.πAb＝AbAm，OK！12-5/8″g0=10B=152C=219183156A=254t=30h=20g1=14图A页次3/8版本号90513A00P2修改号编制日期批准日期0图号2.3载荷计算()NSAAWabm9.2447685.1722)15729.1265(2=×+=×+=H＝0.785G2P＝0.785×169.862×5＝113245.7NHD＝0.785B2P＝0.785×1522×5＝90683.2NHP＝2b×3.14GmP＝2×6.57×3.14×169.86×3×5＝105125.3NHT＝H-HD＝113245.7-90683.2＝22562.5NHG＝W-H＝244768.9-113245.7＝131523.2N()mmhgRhmmBghmmGChmmgRhmmgBCRGTGD035.29257.24145.192391015257.24286.16921925.26145.05.195.05.19142152219210011=++=++==×===−=−==×+=+==−−=−−=mmNMMMMmmNhHMmmNhHMmmNhHMTGDTTTGGGDDD−=++=−=×=×=−=×=×=−=×=×=62897322.655102035.295.22562323152557.242.1315238.24031045.262.9068306711=152254==.BAK查图2-7.1得T＝1.7Z＝1.85Y＝4.0U＝4.3查图2-7.2F＝0.856查图2-7.3V＝0.363查图2-7.6f＝1461981039363.03.4022.039856.0561.146198307.11022.03012200033=××======++×=++=ghVUdhFedtTteL2.4应力校核MPaSMPaBLgfMSfH2071385.15.12.13515214561.1628973212210=×==×××==()()MPaSMPaBLtMteSfR1383.5515230561.162897321022.03033.1133.1220==×××+××=+=页次4/8版本号图号90513A00P2编制修改号日期批准日期0(