夹具设计规范

夹具设计规范

ICS 13 J

中华人民共和国国家标准 GB/T ××××—200×承压设备带压密封

Generic Specification for Online Leaksealing Clamps

200×-××-××发布 200×-××-××实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布 GB/T ××××—20XX

目次

前言

引言

1 范围................................................. .............................. 1

2 规范性引用文件 ................................................ ..................... 1

3 术语和定义 ................................................ ......................... 1

4 符号................................................. .............................. 3

5 夹具设计参数勘

测................................................. ....................3 概述……………………………………………………………………………………………………….3 夹具设计的理化参数勘测………………………………………………………………………………3 夹具设计的几何参数勘测……………………………………………………………………………….4 6 夹具设计准则 ................................................ ...................... 7 概述……………………………………………………………………………………………………….7 夹具的作用……………………………………………………………………………………………….7 夹具设计准则…………………………………………………………………………………………….7 7 夹具结构设计 ................................................ ...................... 7 法兰夹具结构…………………………………………………………………………………………….7 直管夹具结构………………………………………………………………

…………………………….8 弯头夹具结构…………………………………………………………………………………………….9 三通夹具结构……………………………………………………………………………………………10 辅助夹具结构……………………………………………………………………………………………12 8 材料选择 ................................................ ......................... 12 设计荷载………………………………………………………………………………………………..12 按泄漏介质化学性质选择………………………………………………………………………………12 材料可焊性的选择………………………………………………………………………………………12 9 夹具计算 ................................................ ......................... 12 法兰夹具壁厚计算………………………………………………………………………………………12 管道夹具壁厚计算………………………………………………………………………………………12 温度对夹具设计的影响………………………………………………………………

…………………13 耳板壁厚计算……………………………………………………………………………………………14 连接螺栓计算…………………………………………………………………………………………..16 管道夹具侧端板厚度计算………………………………………………………………………………16 10 夹具密封结构设计 ................................................ ................ 16 夹具密封间隙要求…………………………………………………………………………………….16 法兰夹具密封结构设计……………………………………………………………………………….17 直管夹具密封结构设计……………………………………………………………………………….17 弯头夹具密封结构设计……………………………………………………………………………….17 三通夹具密封结构设计……………………………………………………………………………….18 11 注剂孔结构及安装位置……………………………………………………….………………………..18 注剂孔结构………………………………………………………….……

................................18 注剂孔安装位置...................................................................................................19 12 夹具制作 ................................................ ........................ 19 夹具成型............................................................................................................19 夹具加工精度......................................................................................................19 焊接成型 (19)

I

GB/T ××××—20XX

附录 A应用夹具结构类型附图

附录 B应用夹具密封结构附图

II

GB/T ××××—20XX

前言

本标准是承压设备带压密封系列标准的第二个标准。承压设备带压密封系列标准三个标准组成：

GB/T×××××——200×《承压设备带压密封技术条件》 GB/T×××××——200×《承压设备带压密封》 GB/T

×××××——200×《承压设备带压密封剂技术条件》本标准的附录A为规范性附录。

本标准全国锅炉压力容器标准化技术委员会提出并归口。本标准全国锅炉压力容器标准化技术委员会固定式压力容器分技术委员会负责组织编写和审查。

本标准负责起草等参加起草本标准主要起草人

本标准于200×年首次发布。

III

GB/T ××××—20XX

引言

本标准规定的夹具设计内容，包括尺寸确定，材料选择，结构应用和强度计算。本标准的目的是为

规范带压密封技术在生产中应用，提高封堵操作的安全性，完善带压密封技术管理，特编制本标准。

鉴于目前的技术水平，对带压密封专用夹具的强度计算，尚没有直接对应的计算公式，虽然已进行了夹具受内压作用后的应力值和分布状态的测试与分析，但尚不能建立完全适用的夹具强度计算公式。只能根据相近似的受力状态和“容规”中的相应规定，套用现有标准计算公式，并对公式中的个别参数，根据带压密封技术应用实际经验进行修正。

IV

GB/T ××××—20XX

承压设备带压密封

1 范围

本标准规定了带压密封夹具设计参数、准则、结构类型、材料选择、计算、

密封结构、注剂孔结构和夹具制作。

本标准适用于承压设备泄漏带压密封夹具的设计和制作，非承压设备泄漏带压密封夹具的设计亦可参照本标准。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

压力容器安全技术监察规程 GB 150 钢制压力容器

GB 5044 职业性接触毒物危害程度分级

HG 20660 压力容器中化学介质毒性危害和爆炸 3 术语和定义

下列术语和定义适用于GB/T ××××—20XX的本部分。夹具 clamp

安装在泄漏缺陷部位外部形成封闭空腔，提供强度和刚度保证的金属构件。夹具的内直径D nominal diameter

法兰夹具的内直径等于泄漏法兰的外直径，管段夹具内内直径等于泄漏管道的外直径加2倍的空腔高度。

夹具热膨胀 clamp thermal expansion

在温度升高时，夹具内直径D的增量。密封比压sealing pressure

切断泄漏通道时，施加在密封注剂单位面积上所需的最低压力值。法兰夹具 flange clamp

利用法兰外边缘与法兰垫片之间的空隙构成封闭空腔的镶嵌式或凹形夹具。偏心法兰夹具 eccentric flange clamp

为法兰副外径存在外径错口量大于等于而设计和制作的法兰夹具。异径法兰夹具 reducer flange clamp 为法兰副外径各异，直径差大于而设计和制作的法兰夹具。凹形法兰夹具 concavity flange clamp

夹具断面为“凹”字形的法兰夹具。孔板法兰夹具orifice flange clamp

1

GB/T ××××—20XX

为孔板法兰泄漏而设计和制作的法兰夹具。盒式法兰夹具 box type clamp

壁面和端板组成的包容式夹具。局部法兰夹具local flange clamp

为封堵点状或局部泄漏有效区域而设计和制作的法兰夹具。密封增强结构

在夹具需要增强密封性的部位上开槽，填充O形、短形截面填料或软金属的夹具结构。隔离式夹具 Isolated barrier clamp

在泄漏孔洞周边设密闭空腔、可有效隔离密封剂与泄漏介质直接接触的一种夹具结构。封闭空腔 close down cavity

可有效覆盖泄漏缺陷、包容密封注剂的特定空间。注剂孔 injecting threaded hole

连接注剂阀、注剂接头并形成注剂通道的螺纹孔。 G 形卡具 G-type clamp

用于填料函带压密封及法兰连接螺栓加固用的G字形工具。方形法兰夹具

用于方形法兰泄漏的夹具结构。直管夹具

用于直管段泄漏的夹具结构。偏心直管夹具

用于管道对接后，存在较大不同心度泄漏的夹具结构。隔离式直管夹具

用于密封剂不宜与泄漏孔洞直接接触的直管夹具结构。90°弯头焊接夹具

用于90°弯头泄漏的夹具结构。三通焊接夹具

用于三通泄漏的夹具结构。隔离式三通夹具

用于密封剂不宜与泄漏孔洞直接接触的三通结局结构。异径直管夹具

用于管道异径对接焊缝或异径接管泄漏夹具结构。局部三通夹具

用于夹具大端公称直径D≥80，小端公称直径小于大端公称直径一个数量级以上。自熱煨弯头夹具

用于自熱煨弯头的夹具结构。

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GB/T ××××—20XX

4 符号

[σ] t——泄漏介质温度下夹具材料的许用应力，MPa；φ——焊接接头系数； a——夹具耳板的宽度，mm；

B——夹具宽度，mm；

b——夹具耳板长度，mm； C——夹具密封空腔宽度，mm； CK——预紧和刚度系数。CK =； D ——夹具内直径，mm； DO——夹具外径，mm；

d1——计算最小螺纹直径，mm；

k——端板平盖系数；

L——耳板螺栓孔中心线至夹具外壁与耳板连接处距离，mm； L1——耳板单螺栓孔中心线至法兰夹具外圆周边的距离，mm； L2——耳板双螺栓孔中心线至法兰夹具外侧面的距离，mm； n——连接螺栓数量； p——夹具设计压

力，MPa；

α——夹具材料热膨胀系数α x 10-6(1/℃)；

△——夹具热膨胀量，mm；

PL ——泄漏介质最高压力，MPa； Pp——注射压力，MPa；

T——泄漏介质系统最高温度℃； S ——夹具计算厚度，mm； Se——夹具实际厚度，mm； So——凸台厚度，mm；

Sp——夹具端板计算厚度，mm； t——夹具耳板厚度，mm； 5 夹具设计参数勘测

概述

夹具的设计参数包括:几何设计参数和理化设计参数两方面内容。

夹具设计的几何参数包括：夹具的内直径D、管道外径和法兰螺栓数量、同心偏差和弯管半径等。

夹具设计的理化参数包括：温度、压力和化学性质。夹具的设计参数取自于泄漏部位的勘测数据。

泄漏部位勘测的安全措施应符合GB/T ××××-20XX 《承压设备带压密封技术规范》第4章规定。夹具设计的理化参数勘测

泄漏介质勘测的项目应符合表1的规定。

3

GB/T ××××—20XX

表 1 泄漏介质勘测记录泄漏介质化学参数泄漏介质物理参数名称腐蚀性最低工作温度，℃危险性类别危险特性最高工作温度，℃化学类别作业环境温度，℃最低工作压力，MPa 最高工作压力，MPa 勘测人员姓名：年月日

泄漏介质性质、温度、压力应以现场实际运行的数据为准进行记录。当对勘测结果有怀疑时，应在现场重新进行测量或取样复检。

泄漏介质危险性类别，按GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》执行。

危险性按HG20660《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》执行。夹具设计的几何参数勘测法兰夹具的几何设计参数勘测

法兰垫片泄漏部位勘测的项目和内容应符合表2和图1规定。

表 2 法兰泄漏勘测记录表项目测量值 D1 D2 e C1 C2 C Cmin= h hmin= 螺栓规格M 数量n= 泄漏缺陷简图长×宽或当量孔径

图1 法兰泄漏点的勘测

法兰角焊缝或螺纹连接泄漏部位勘测的项目和内容应符合表3和图2规定。

表3 法兰角焊缝或螺纹连接泄漏勘测记录表项目 D1

D2 d1 d2 e e1 C1 C2 C h 螺栓规格M 数量n= 泄漏缺陷

简图测量值Cmin= hmin= 长×宽或当量孔径 4 GB/T ××××—20XX

图2 法兰泄漏点的勘测

直管夹具的几何设计参数勘测

直管、设备筒体泄漏部位勘测的项目和内容应符合表4

和图3规定。

表4 直管泄漏勘测记录表

项目 D1 测量值 D2 e b 名义壁厚长×宽或

当量孔径测量壁厚泄漏缺陷及简图注：b为确定夹具空腔

覆盖宽度尺寸。图3 直管泄漏点的勘测

变径管泄漏部位勘测的项目和内容应符合表5和图4规定。

表 5 变径管泄漏勘测记录表项D1 目测量值 D2 e L b 名义壁厚测量壁厚

泄漏缺陷及简图长×宽或当量孔径注：b为确定夹

具空腔覆盖宽度尺寸。 5

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图4 变径管泄漏的勘测

弯头夹具的几何设计参数勘测

90°弯头泄漏部位勘测的项目和内容应符合表6和图5

规定。

表6 90°弯管泄漏勘测记录表项目测量值 D1 D2 F1 F2 R R1 R2 b 名义壁厚测量壁厚泄漏缺陷及简图长×宽或当量孔径注：b为确定夹具空腔覆盖宽度尺寸。

图5 弯头泄漏点的勘测

三通夹具的几何设计参数勘测

三通泄漏部位勘测的项目和内容应符合表7和图6规定表7 三通泄漏勘测记录表项目测量值注：b为确定夹具空腔覆盖宽度尺寸。 D1 D2 D3 M C b 名义壁厚测量壁厚泄漏缺陷及简图长×宽或当量孔径 6 GB/T ××××—20XX

图6 三通泄漏点的勘测

6 夹具设计准则

概述

夹具按其结构基本型式分为法兰夹具、管道夹具。管道夹具包括直管夹具、变径管夹具、弯头夹具、三通夹具等。夹具的作用

夹具的结构应包容泄漏部位外表面并形成密封空腔容纳密封注剂，保证密封剂的充填、维持注剂压力的递增、防止密封注剂外溢，最终产生止住泄漏所需的密封比压。是新建立的密封结构的密封保证体系。即密封保证。

夹具刚度应满足泄漏介质系统的最高压力及注剂枪所产生的注射压力。注剂时不应出现塑性变形。是新建立的密封结构的刚度保证体系。即刚度保证。

夹具应设置注剂孔，用于连接注剂阀和注剂枪，并提供注剂通道。夹具设计准则

承受注剂压力和泄漏介质压力的夹具部位的金属材料壁厚应满足刚度条件，使用中不应出现变形。

夹具的连接部位的结构应满足强度条件，使用中不应发生断裂。选择夹具结构型式时，不应产生对泄漏缺陷部位形成拉应力的受力状态。

夹具与泄漏部位外表面接触部位应有适宜的密封间隙，满足形成密封比压的要求。

夹具与泄漏部位的外表面应构成可注入密封注剂的封闭空腔，并应符合下列规定：

a）管道夹具封闭空腔的宽度应覆盖泄漏缺陷终止点，距夹具侧端板单向不小于15mm以上。其高度，即密封注剂的厚度应与泄漏系统温度成正比，宜在5mm～20mm之间对应选取。

b）法兰夹具宜设计为“凸”型，其最大凸台宽度应略小于法兰间隙。

c）法兰与接管的角焊缝或对焊法兰的焊缝泄漏，应按盒式夹具设计。夹具上注剂孔数量应符合下列规定：

a）法兰夹具的注剂孔数应等于法兰副连接螺栓个数。间距不大于100mm。 b）管道夹具注剂孔间距离应≤100mm。夹具的剖分设计，便于现场安装。

夹具设计人员应取得国家质检总局颁发的带压密封特种设备作业人员证资质，方能从事带压密封技术夹具的设计工作。

7 夹具结构设计法兰夹具结构

法兰夹具宜设计为图7的型式。

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图7 法兰夹具结构

凹形法兰夹具宜设计为图8的型式。

图8 凹形法兰夹具

直管夹具结构

方形直管夹具宜设计为图9的型式。管道的公称直径D ≤80。

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图9 方形管道夹具结构

隔离式直管夹具宜设计为图10的型式。

泄漏缺陷当量直径≥2mm，或减薄至设计壁厚，且无法采取其它有效隔离密封剂与泄漏孔洞直接接触措施时，应采

用隔离式夹具。

图10 隔离式直管夹具

弯头夹具结构

整体加工90°弯头夹具宜设计为图11的型式。弯头的公称直径D≤80。

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图11 整体加工90°弯头夹具结构

隔离式弯头夹具宜设计为图12的型式

图12 隔离式弯头夹具

三通夹具结构

整体加工式三通夹具宜设计为图13的型式。

管道的公称直径D≤80。

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图13 整体加工式三通夹具结构

隔离式三通夹具宜设计为图14的型式。

图14 隔离式三通夹具

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辅助夹具结构

阀门填料辅助夹具可设计为图15的型式。

图15 阀门填料辅助夹具结构

8 材料选择

设计载荷

按系统温度与按系统压力加修正值为设计压力一起作为设计载荷。设计载荷不应超过金属材料在系统温度作用下的许用应力。并符合GB150《钢制压力容器》第四章的规定。按泄漏介质化学性质选择

当泄漏介质腐蚀性较强时，应选择耐腐蚀金属材料制作夹具。材料可焊性的选择

应符合《压力容器安全技术监察规程》第二章，第12条的规定，碳素钢含碳量应＜%，合金钢碳当量＜％。 9 夹具计算

法兰夹具壁厚计算

法兰夹具的壁厚S，宜按下式计算：

SPD ------------- ( 9 -1 ) 2tP

注：式中D------夹具内径，即法兰外径。

夹具设计压力P修正为：P=PL+5MPa；夹具设计不考虑材料腐蚀余量；夹具最小厚度宜不小于14mm。

管道夹具壁厚计算

管道夹具的壁厚S，宜按下式计算：

SPD --------------

2tP注：式中D为夹具内径，其值为管道外径+2倍空腔

高度

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夹具设计压力修正为：P=PL+5MPa；夹具设计不考虑材料腐蚀余量；夹具最小厚度不宜小于14mm 温度对夹具设计的影响热膨胀量

夹具承受泄漏介质系统温度作用，产生径向伸长变形。夹具径向热膨胀量按下式进行计算：

△ =αTD --------------

夹具材料平均热膨胀系数按表8选取：

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表8 夹具材料平均热膨胀系数

在下列温度与20℃之间的平均线膨胀系数α，10-6mm/mm·℃ 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 钢类 -196 -150 -100 -50 550 600 650 —— 700 ——碳素钢、碳锰钢、——锰钼钢、低铬钼钢中铬钼钢———奥氏体钢高铬钢——— Cr25Ni20 ——————

——

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夹具热膨胀影响的修正

经勘测的法兰外径直径尺寸减去热膨胀量，作为夹具内径最终设计尺寸。

耳板壁厚计算

单螺栓连接耳板厚度t，宜按下式计算：t3CLPD -------------- tb

【注】公式中C为夹具密封空腔宽度，法兰夹具，C=两法兰间隙；管道夹具，C=密封空腔宽度。

图16 单螺栓耳板结构图

双螺栓连接耳板厚度t，宜按下式计算：

t【注】：C值同注

3CL1PD -------------- tb

图17 双螺栓耳板结构图

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双螺栓连接耳板厚度t，宜按下式计算：

t【注】：C值同注

3CL2PD -------------- ta

图18 双螺栓耳板结构图

连接螺栓计算

夹具连接螺栓的最小细纹直径d1，应按下式计算：

d1 -------------- tn 按最小细纹直径选用标准