用于高温高压管道的仪表法兰及制作方法与流程

1.本发明属于石油采油树阀门的技术领域，具体涉及一种用于高温高压管道的仪表法兰及制作方法。


背景技术：

2.海洋石油平台的井底物流依次经过采油树、生产测试管汇或多路阀、分离器等简单设施处理后，下海管外输送至中心平台或者终端作进一步的深度处理。连接采油树与生产测试管汇或多路阀之间的管道布置在井口区，是平台生产输送的源头。井口区设有采油树、仪表托盘及其他系统的管线等使井口区空间十分有限。根据工艺流程的要求，井口区的管道上通常设有取压、取样、高低点等功能的分支接口，按照常规的做法，连接这些接口均需在管道上开孔后焊接2寸以下的管座，并设有隔离阀，使得原本有限的空间变得更加狭窄，既增加了管件的消耗，也增加了焊接、探伤的工作量，部分阀门操作和维修也存在一定的困难。
3.另外，对于设计温度超过100℃、压力超过43mpag的高温高压系统，已超过法兰管件标准asme b16.5(美标法兰)中规定的2500磅法兰承受的压力额定级，选用的管件要求比较苛刻，且现有相关标准规定的6000lb插焊管座或者对焊管座均不能应用于此系统。
4.因此，提供一种满足井口装置和采油树设备规范api6a要求，用于高温高压环境下的结构简单、外形尺寸小且与仪表阀连接方便的仪表法兰成为业内亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提出一种用于高温高压管道的仪表法兰。
6.本发明的目的通过以下技术方案实现：
7.本发明提供了一种用于高温高压管道的仪表法兰，包括上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰上设有相对应的连接孔眼，其特征在于，所述上法兰的下端面设有上螺纹，所述下法兰的上端面设有与上螺纹相匹配的下螺纹，所述上法兰和下法兰连接时，所述上螺纹和下螺纹形成螺纹孔。
8.作为进一步的改进，所述上法兰和下法兰上分别设有相匹配的上螺纹和下螺纹至少两组。
9.作为进一步的改进，所述上法兰的下端面设有上弧形槽，所述上弧形槽内设有上螺纹，所述下法兰的上端面设有下弧形槽，所述下弧形槽内设有下螺纹。
10.作为进一步的改进，所述上法兰的上端面和所述下法兰的下端面均为环连接面。
11.本发明提供的一种用于高温高压管道的仪表法兰，包括上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰上设有相对应的连接孔眼，其特征在于，所述上法兰的下端面设有上螺纹，所述下法兰的上端面设有与上螺纹相匹配的下螺纹，所述上法兰和下法兰连接时，所述上螺纹和下螺纹形成螺纹孔。使用时，上法兰和下法兰通过连接孔眼连接使用，此时，将带有螺
纹杆的仪表阀的螺纹杆端与螺纹孔螺纹连接即可。本发明采用对夹式法兰连接，在井口有限的空间进行现场检修时，方便仪表法兰更换时的拆装，法兰盘的连接孔眼，替代了管线开孔加管座的连接形式，本发明具有制作简单、空间占用小和与仪表阀连接便利等特点，降低了施工难度，减少了安装成本。
12.本发明提供的一种用于高温高压管道的仪表法兰制作方法，包括上述所述的一种用于高温高压管道的仪表法兰的任一进一步改进以及进一步改进之间的组合，由于采用了上述技术内容，其应当具有相同或相应的技术效果，因此不再进行赘述。一种用于高温高压管道的仪表法兰制作方法，首先确定仪表法兰制作的材质、大小和压力等级，再确定仪表法兰的制作厚度，所述确定仪表法兰的制作厚度包括如下步骤：
13.s1、根据管道的压力和最大允许应力强度计算上法兰的最小厚度；
14.s2、再结合管道的圆筒体外径和内径计算下法兰的最小厚度；
15.s3、在上法兰的最小厚度和下法兰的最小厚度之间选取最大厚度值；
16.s4、根据最大厚度值、法兰倒角厚度以及螺纹孔的最大孔径确定仪表法兰的厚度。
17.作为进一步的改进，根据管道的压力和最大允许应力强度计算上法兰的最小厚度如下：
[0018][0019]
其中，t1为上法兰的最小厚度，单位mm；p为管道的试验压力，单位mpa；r为螺纹孔回转半径，单位mm；s为管道最大允许应力强度，单位mpa。
[0020]
作为进一步的改进，结合管道的圆筒体外径和内径计算下法兰的最小厚度如下：
[0021][0022]
t2＝(d-d)/2
[0023]
其中，t2为下法兰的最小厚度，单位mm；d为管道的圆筒体外径，单位mm；d为管道的圆筒体内径，单位mm。
[0024]
作为进一步的改进，在上法兰的最小厚度和下法兰的最小厚度之间选取最大厚度值如下：
[0025]
t＝max(t1，t2)
[0026]
其中，t为上法兰和下法兰的最大厚度值，单位mm。
[0027]
作为进一步的改进，根据最大厚度值、法兰倒角厚度以及螺纹孔的最大孔径确定仪表法兰的厚度如下：
[0028]
t＝2(t b) d1 k
[0029]
其中，d1为上螺纹和下螺纹形成的螺纹孔接仪表阀的最大孔直径，单位mm；k为上法兰和下法兰倒角厚度，单位mm；b为上法兰和下法兰根据材料、压力和温度等影响因素考虑的余量，单位mm。
附图说明
[0030]
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0031]
图1为本发明仪表法兰与仪表元件的连接示意图。
[0032]
图2为本发明图1中a-a向的仪表法兰结构示意图。
[0033]
图3为本发明仪表法兰的俯视示意图。
[0034]
图4为本发明图3中b-b向的仪表法兰结构示意图。
[0035]
图中：1，上法兰；2，下法兰；3，螺纹孔；4，螺纹孔；5，仪表阀；6，仪表盘。
具体实施方式
[0036]
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0037]
需要说明的是，本发明中，以图4为例，垂直纸面向上为“上”，垂直纸面向下为“下”。
[0038]
结合图1和图2所示，本发明实施例提供一种用于高温高压管道的仪表法兰，包括上法兰1和下法兰2，所述上法兰1和下法兰2上设有相对应的连接孔眼4，其特征在于，所述上法兰1的下端面设有上螺纹，所述下法兰2的上端面设有与上螺纹相匹配的下螺纹，所述上法兰1和下法兰2连接时，所述上螺纹和下螺纹形成内螺纹孔3。
[0039]
本实施例在使用时，上法兰1和下法兰2通过连接孔眼4连接使用，此时，将带有螺纹杆的仪表阀5的螺纹杆端与螺纹孔3螺纹连接即可。本发明采用对夹式法兰连接，在井口有限的空间进行现场检修时，方便仪表法兰更换时的拆装，法兰盘的连接孔眼，替代了管线开孔加管座的连接形式，本发明具有制作简单、空间占用小和与仪表阀连接便利等特点，降低了施工难度，减少了安装成本
[0040]
作为进一步优选的实施方式，所述上法兰1和下法兰2上分别设有相匹配的上螺纹和下螺纹至少两组，根据现场工艺流程图及高温高压管道走向的需求，高温高压管道上一般需要设置取压口两个和取样口一个，所以连接法兰一般设有内螺纹孔3的数量为三个，由于井口区空间十分有限，仪表阀5也可以设置多阀组合，部分接口可共用一个仪表阀5。
[0041]
作为进一步优选的实施方式，所述上法兰1的下端面设有上弧形槽，所述上弧形槽内设有上螺纹，所述下法兰2的上端面设有下弧形槽，所述下弧形槽内设有下螺纹，便于螺纹孔3与仪表阀5的螺纹杆连接更牢固。
[0042]
作为进一步优选的实施方式，所述上法兰1的上端面和所述下法兰2的下端面均为环连接面，便于井口装置和采油树设备规范的高压密封场合使用。
[0043]
结合图3和图4所示，一种用于高温高压管道的仪表法兰制作方法，包括上述所述的一种用于高温高压管道的仪表法兰的任一优选的实施方式以及实施方式之间的组合，首先确定仪表法兰制作的材质、大小和压力等级，api6a针对五种产品规范等级(pradust specifatian level，psl)制定要求，分别是pls1、pls2、pls3、pls4和pls5，这五种规范等级决定了对仪表法兰的检验控制程序，默认情况下，本实施例按pls2标准工况实施，不锈钢及
其合金元素中，硫≤0.04，磷≤0.04，设备的最低温是装置可承受的最低环境，最高温是装置可直接接触到的介质的最高温度，所述锻造材料应采用产生完全的锻造组织的热加工法成型，仪表法兰的压力等级大于2500lb，压力和通径决定仪表法兰的连接大小。确定仪表法兰的制作厚度，所述确定仪表法兰的制作厚度包括如下步骤：
[0044]
s1、根据管道的压力和最大允许应力强度计算上法兰的最小厚度，具体如下：
[0045][0046]
其中，t1为上法兰的最小厚度，单位mm；p为管道的试验压力，单位mpa；r为螺纹孔回转半径，单位mm；s为管道最大允许应力强度，单位mpa。
[0047]
s2、再结合管道的圆筒体外径和内径计算下法兰的最小厚度，具体如下：
[0048][0049]
t2＝(d-d)/2
[0050]
其中，t2为下法兰的最小厚度，单位mm；d为管道的圆筒体外径，单位mm；d为管道的圆筒体内径，单位mm。
[0051]
s3、在上法兰的最小厚度和下法兰的最小厚度之间选取最大厚度值，具体如下：
[0052]
t＝max(t1，t2)
[0053]
其中，t为上法兰和下法兰的最大厚度值，单位mm。
[0054]
s4、根据最大厚度值、法兰倒角厚度以及螺纹孔的最大孔径确定仪表法兰的厚度，具体如下：
[0055]
t＝2(t b) d1 k
[0056]
其中，d1为上螺纹和下螺纹形成的螺纹孔接仪表阀的最大孔直径，单位mm；k为上法兰和下法兰倒角厚度，单位mm；b为上法兰和下法兰根据材料、压力和温度等影响因素考虑的余量，单位mm。
[0057]
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0058]
总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于高温高压管道的仪表法兰，包括上法兰(1)和下法兰(2)，所述上法兰(1)和下法兰(2)上设有相对应的连接孔眼(4)，其特征在于，所述上法兰(1)的下端面设有上螺纹，所述下法兰(2)的上端面设有与上螺纹相匹配的下螺纹，所述上法兰(1)和下法兰(2)连接时，所述上螺纹和下螺纹形成螺纹孔(3)。2.如权利要求1所述的用于高温高压管道的仪表法兰，其特征在于，所述上法兰(1)和下法兰(2)上分别设有相匹配的上螺纹和下螺纹至少两组。3.如权利要求1所述的用于高温高压管道的仪表法兰，其特征在于，所述上法兰(1)的下端面设有上弧形槽，所述上弧形槽内设有上螺纹，所述下法兰(2)的上端面设有下弧形槽，所述下弧形槽内设有下螺纹。4.如权利要求1所述的用于高温高压管道的仪表法兰，其特征在于，所述上法兰(1)的上端面和所述下法兰(2)的下端面均为环连接面。5.一种用于高温高压管道的仪表法兰制作方法，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一项所述的用于高温高压管道的仪表法兰，首先确定仪表法兰制作的材质、大小和压力等级，再确定仪表法兰的制作厚度，所述确定仪表法兰的制作厚度包括如下步骤：s1、根据管道的压力和最大允许应力强度计算上法兰的最小厚度；s2、再结合管道的圆筒体外径和内径计算下法兰的最小厚度；s3、在上法兰的最小厚度和下法兰的最小厚度之间选取最大厚度值；s4、根据最大厚度值、法兰倒角厚度以及螺纹孔的最大孔径确定仪表法兰的厚度。6.如权利要求5所述的用于高温高压管道的仪表法兰制作方法，其特征在于，所述s1步骤中，根据管道的压力和最大允许应力强度计算上法兰的最小厚度如下：其中，t1为上法兰的最小厚度，单位mm；p为管道的试验压力，单位mpa；r为螺纹孔回转半径，单位mm；s为管道最大允许应力强度，单位mpa。7.如权利要求5所述的用于高温高压管道的仪表法兰制作方法，其特征在于，所述s2步骤中，结合管道的圆筒体外径和内径计算下法兰的最小厚度如下：t2＝(d-d)/2其中，t2为下法兰的最小厚度，单位mm；d为管道的圆筒体外径，单位mm；d为管道的圆筒体内径，单位mm。8.如权利要求5所述的用于高温高压管道的仪表法兰制作方法，其特征在于，所述s3步骤中，在上法兰的最小厚度和下法兰的最小厚度之间选取最大厚度值如下：t＝max(t1，t2)其中，t为上法兰和下法兰的最大厚度值，单位mm。9.如权利要求5所述的用于高温高压管道的仪表法兰制作方法，其特征在于，所述s4步骤中，根据最大厚度值、法兰倒角厚度以及螺纹孔的最大孔径确定仪表法兰的厚度如下：
t＝2(t b) d1 k其中，d1为上螺纹和下螺纹形成的螺纹孔接仪表阀的最大孔直径，单位mm；k为上法兰和下法兰倒角厚度，单位mm；b为上法兰和下法兰根据材料、压力和温度等影响因素考虑的余量，单位mm。

技术总结
本发明公开了一种用于高温高压管道的仪表法兰及制作方法，包括上法兰和下法兰，所述上法兰和下法兰上设有相对应的连接孔眼，其特征在于，所述上法兰的下端面设有上螺纹，所述下法兰的上端面设有与上螺纹相匹配的下螺纹，所述上法兰和下法兰连接时，所述上螺纹和下螺纹形成螺纹孔。使用时，上法兰和下法兰通过连接孔眼连接使用，此时，将带有螺纹杆的仪表阀的螺纹杆端与螺纹孔螺纹连接。本发明采用对夹式法兰连接，在井口有限的空间进行现场检修时，方便对仪表法兰更换时的拆装，法兰盘的连接孔眼，替代了管线开孔加管座的连接形式，本发明具有制作简单、空间占用小和与仪表阀连接便利等特点，降低了施工难度，减少了安装成本。减少了安装成本。减少了安装成本。


技术研发人员：李学强 李挺前 李雪梅 曹岩辉 黄振东 董志恒 韩化凤 宫立栋 陈瑜 白浩 沈震 杨春兵 张立
受保护的技术使用者：中海油能源发展装备技术有限公司
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2022/5/25