盲板的厚度计算与使用

盲板的厚度计算与使用

在化工企业中，经常遇到边生产边检修的情况，为了保证生产系统和检修系统的有效隔离，通常采用在相关联的管道的法兰之间加盲板的办法。这就涉及到盲板的选用问题，对于高压盲板—无孔透径垫，有成系列的产品可供选购，在此不再介绍。而对于中低压盲板，都是由各单位自己用气割制作一块圆形的铁板作为盲板来使用，而盲板的直径和厚度大多凭经验选取，没有科学的依据。如果盲板选薄了，使用过程中变形，就很难从法兰之间抽出来。如果盲板选厚了，法兰之间的间距又不够宽，就很难插到法兰之间去。另外，这也是一种材料的浪费。不管盲板选得太厚还是太薄，这两种情况均会给施工带来不便。为了使用尽可能薄的盲板，又要保证盲板在使用过程中不发生变形，本文对盲板的受力情况做应力分析并结合实例给出了盲板厚度的计算方法。其计算结果即为盲板的最薄厚度。对于不受压的盲板，仅起到隔离和密封作用，在此也不做讨论。

1、盲板的厚度计算

由于盲板两面被法兰压紧，且盲板所受压力在盲板上是均匀分布的，盲板受力的结果是使盲板弯曲变形。由此可知，盲板可以按“周边固定的承受均布载荷的平板封头”来做应力分析；盲板与管道之间不焊接，且管端有法兰，故盲板基本不会对管道造成边界应力；对盲板做应力分析主要考虑的是盲板受压后弯曲变形的问题。

1．1平板封头厚度计算

对圆形平板做内力分析得出平板封头的最大弯曲应力为：

22max S PD K =σ （1）

式中：max σ——平板封头的最大弯曲应力，MPa ；

K ——与平板周边支承方式有关的系数，无因次；

P ——封头承受的压力，MPa ；

D ——管道直径，mm ；

S ——平板厚度，mm 。

1．1．2平板封头厚度计算

由[]φσσ≤max 和公式（1）得出平板封头厚度计算公式： []C KP D S ＋＝φσt c

c （2） 式中：[]t σ——设计温度下钢板的许用应力，MPa ；

Φ——焊缝系数；

C ——壁厚附加量，由钢板负偏差C 1、腐蚀裕量C 2组成，即C ＝C 1＋C 2。

对盲板而言，（2）式中各项参数的具体选用： ①盲板的支承方式为周边固定，K 值取0.188；

②在整张的铁板上割盲板不会有焊缝存在，Φ值取1；

③取盲板使用压力可能达到的最高值。

ａ．为方便计算，P 与[]t

σ取相同计量单位MPa 。 ｂ．当所使用的盲板较重时，要考虑盲板的自重，压力要加一个自重修正值P G ＝盲板

的重量/管道流通面积。

ｃ．当被隔离的介质为液体时，要考虑是否存在静压，静压值计算：

6101/⨯=gh P ρ

式中：P ——静压，MPa ；

ρ——介质密度，kg/m 3；

g ——重力加速度，9.8m/s 2；

h ——液位高度，m 。

④盲板厚度S c 与管道公称直径D c 单位相同，当计算所得盲板厚度小于3mm 时，取3mm 。即受压盲板的最小厚度为3mm ；

⑤由于盲板主要是受弯曲应力，故许用应力值就采用钢板的许用弯曲应力，其确定方法如下：

ａ．盲板中存在的一次弯曲应力，是沿板厚呈直线分布的。随着内压的增长，首先是上、下表面进入屈服，其他部分仍处于弹性状态。虽然此时的最大弯曲应力已经达到材料的屈服极限，但整个盲板除了上、下表面外仍处于弹性状态，因而不会导致盲板的失效。按照极限设计的原则，只有当平板整个截面上各点的应力均达到屈服极限时，结构才算失效。板此时所受的载荷为极限载荷，与这一载荷相对应的应力称为极限应力：

s σσ5.1max = （3）

式中s σ为材料的屈服极限，查“钢板的许用应力值”表可得。

ｂ．按照弹性失效准则，工作压力乘以一个安全系数不得大于材料的屈服极限。即t

s n σσ≤⋅或n t s σσ≤ （4） ｃ．结合式（3）、（4）可以得出钢板的许用弯曲应力值为

[][]t s s

b n σσσ5.15.1== （5）

式中s n 即为安全系数，实践中为了使[]b σ不超过s σ，一般所选安全系数5.1≥s n 。将式（5）代入式（2）得： []t c

c P D S σ125.0= （6） 式中钢板在设计温度下的许用应力[]t σ可查“钢板的许用应力值”表可得。

ｄ．由于盲板特定的使用条件，使它在使用中允许有微量的永久变形，所以，s n 可以取比压力容器设计中选用的要低一些的值，相应地式（6）有两种特殊情况情况。

当直径＜400mm 温度＜300℃时，可取s n =1.0,

C n P

D S s

s c c +=σ5.1188.0 C P D s c +=0

.15.1188.0σ C P D s c

+=σ125.0 （6－1） 当直径≥400mm 、温度＜300℃时，可取s n ＝1.5，

C n P

D S s

s c c +=σ5.1188.0 C P D s c +=5

.15.1188.0σ C P D s c +=σ188.0 （6－1）

从适用条件和实践结果看，式（6－1）在生产实践中用得最多。

⑥C 的确定，一般情况下盲板的厚度不会超过30mm ，故钢板负偏差值取0～1mm ；由于盲板使用时间较短，腐蚀裕量可以不考虑。故C 值结合计算结果的取整可在0～1mm 范围内酌情选取。

计算出盲板的厚度后，盲板的直径查管法兰规格，取法兰密封面直径（一般法兰规格尺寸的D 2值）即可。

例如：在DN200、PN16、常温的管道法兰上加盲板，单面受压P ＝0.686MPa 钢板材料20g ，计算盲板规格。

查表DN200、PN16的管法兰密封面直径268mm ，20g 钢板屈服极限245MPa ，则按式（6－1）计算：

C C S c +=+⨯⨯=7.3245

696.0125.0200 取C ＝0.3mm 则S c ＝3.7+0.3＝4.0mm

即盲板规格：厚4mm 、直径268mm ，这一计算结果在实践中使用一段时间后，拆下盲板检查，盲板未发生变形。

2、盲板使用应注意的问题

2．1密封与垫片选用，管法兰一般使用石棉板垫密封，但盲板表面均不进行二次加工，所以盲板表面不光滑，如采用普通的石棉板垫［图（b ）所示］容易在受压后发生介质的泄漏。因此需要改变石棉垫的形式，盲板与法兰之间的垫片采用与盲板相同的形状［图（a ）所示］，