VDI 2200-2007 Tight flange connections - Selection calculation design and assembly of bolted flange connections.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREDichte FlanschverbindungenAuswahl, Auslegung, Gestaltung und Montage von verschraubten FlanschverbindungenTight flange connectionsSelection, calculation, design and assemblyof bolted flange connectionsVDI 2200Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Entwic

2、klung Konstruktion VertriebAusschuss DichtverbindungenVDI-Handbuch Produktentwicklung und KonstruktionVDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth VerlagGmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007Vervielfltigung auchfr in

3、nerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 23.040.60Juni 2007June 2007The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English

4、trans-lation.Frhere Ausgabe: 06.05 Entwurf,deutschFormer edition: 06/05 Draft, in German onlyInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 42 Begriffe und Definitionen. . . . . .

5、. . . . . . 62.1 Dichtheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2 AnforderungsgerechteFlanschverbindung. . . . . . . . . . . . . 72.3 Langzeitverhalten von Flanschverbindungen . . . . . . . . . . . 82.4 Versagen einer Flanschverbindung . . . . 92.5 Ausblassicherheit . . . . . . . . . . . . . 102.6

6、 Feuerbestndigkeit (Fire-Safe) . . . . . . 113 Formelzeichen und Abkrzungen . . . . . . . 124 Grundlagen fr die Auslegung von Flanschverbindungen . . . . . . . . . . . . . 144.1 Einflussgren und Randbedingungen . . 144.2 Wesentliche Belastungen . . . . . . . . . 164.3 Flansche . . . . . . . . . . .

7、. . . . . . . 184.4 Auswahl der Schrauben . . . . . . . . . . 244.5 Auswahl der Dichtung und wichtigeKennwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.6 Alterungsbestndigkeit, Medien-bestndigkeit und Korrosion. . . . . . . . 414.7 Algorithmus zur Erreichung der Dichtheit . . . . . . . . . . . . . . .

8、. . . 455 Berechnung von Flanschverbindungen . . . . 475.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 475.2 Berechnung von Krafthauptschluss-verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 485.3 Berechnung von Kraftnebenschluss-verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 50Contents PagePreliminary note .

9、. . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 62.1 Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2 Up-to-standard flange joints . . . . . . . 72.3 Long-te

10、rm behavior of flange joints . . . 82.4 Flange joint failure . . . . . . . . . . . . 92.5 Blow-out safety . . . . . . . . . . . . . . 102.6 Fire resistance (Fire-Safe). . . . . . . . . 113 Symbols and abbreviations . . . . . . . . . . 124 Flange joint construction basics . . . . . . . 144.1 Influenc

11、ing variables and boundary conditions. . . . . . . . . . . . 144.2 Substantial stressing. . . . . . . . . . . . 164.3 Flanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.4 Bolt selection . . . . . . . . . . . . . . . 244.5 Selection of seal and importantparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.6

12、 Aging resistance, media durabilityand corrosion . . . . . . . . . . . . . . . 414.7 Algorithm for achieving sealing tightness . . . . . . . . . . . . . . 455 Calculation of flange joints . . . . . . . . . . 475.1 Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.2 Calculation of main power connectio

13、ns. . 485.3 Calculation of metal-to-metal contact type . . . . . . . . . . . . . . . . 50B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI

14、 2200VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter sorg-fltiger Bercksichtigung der Vorgaben und Empfeh-lungen der Richtlinie VDI 1000.Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei auf diesem Wege ge-dankt.Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachd

15、rucks,der Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und der ber-setzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzungdieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlageist unter Wahrung des Urheberrechtes und unter Be-achtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Au

16、s-knfte dazu sowie zur Nutzung im Wege der Daten-verarbeitung erteilt die Abteilung VDI-Richtlinienim VDI.Preliminary noteThe content of this guideline has been developed un-der thorough consideration of the requirements andrecommendations of guideline VDI 1000.We wish to express our gratitude to al

17、l honorary con-tributors to this guideline.All rights reserved including those of reprinting, re-production (photocopying, microcopying), storage indata processing systems, and translation, either of thefull text or of extracts. This VDI guideline can beused as a concrete project document without in

18、fringe-ment of copyright and with regard to VDI notices 1to 7. Information on this, as well as on the use in dataprocessing, may be obtained by the VDI GuidelinesDepartment at the VDI.Seite6 Montage von Flanschverbindungen. . . . . . 556.1 Kontrolle der Randbedingungen(Qualittsmanagement) . . . . .

19、. . . . . 566.2 Aufbringen der Schraubenvorspannung(Anzugsmethoden) . . . . . . . . . . . . 576.3 Kontrolle der Schraubenvorspannung. . . 587 Betriebliche Leckagemessung. . . . . . . . . 598 Anforderungen an Flanschverbindungen aus anderen Normen und Regelwerken . . . 608.1 TA Luft . . . . . . . . .

20、 . . . . . . . . . 608.2 VDI 2440 . . . . . . . . . . . . . . . . . 618.3 Zulassung von Dichtungen . . . . . . . . 62Anhang A Prfung zur Ausblassicherheit . . . . 63Anhang B Bauteilversuch im Sinne der TA Luft und VDI 2440. . . . . . . . 65Anhang C Abbruchkriterien der Prfung imHinblick auf die Erfl

21、lung oder Nichterfllung der Dichtheits-anforderung nach TA Luft und VDI 2440 . . . . . . . . . . . . . . 67Anhang D Medienprfung. . . . . . . . . . . . 69Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Page6 Assembly of flange joints . . . . . . . . . . . 556.1 Inspection of boundary conditio

22、ns(Quality management) . . . . . . . . . . 566.2 Application of bolt prestress (bolt tightening methods) . . . . . . . . . 576.3 Inspection of bolt prestress . . . . . . . . 587 Operational leakage measurement . . . . . . 598 Demands on flange joints from other standards and policies . . . . . . . .

23、 . . 608.1 TA Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608.2 VDI 2440 . . . . . . . . . . . . . . . . . 618.3 Accreditation of seals . . . . . . . . . . . 62Annex A Blowout safety test . . . . . . . . . . 63Annex B Component test in terms ofTA Luft and VDI 2440 . . . . . . . . 65Annex C No-go criter

24、ia of the test in respectof the accomplishment ornon-compliance of the leak tightnessrequirements according to TA Luft and VDI 2440 . . . . . . . . . . . . . 68Annex D Media test . . . . . . . . . . . . . . 69Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C8

25、8DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI 2200 3 EinleitungFlanschverbindungen werden in der Regel in allentechnischen Bereichen eingesetzt, in denen fluideMedien g

26、efrdert, gelagert und/oder verarbeitet wer-den. Sie dienen dazu, die zu einer Anlage, Maschineoder einem Apparat gehrenden Teile in Abhngig-keit von den Dichtheitsanforderungen fr die Ferti-gung, den Transport, die Montage, die Reparatur oderwegen einer speziellen Betriebsweise lsbar mitein-ander zu

27、 verbinden.Flanschverbindungen bestehen grundstzlich ausmindestens drei verschiedenen Konstruktionsele-menten,den Flanschen,den Schrauben (Muttern und anderen zustzlichenSpannelementen) undder Dichtung,die aber insgesamt als eine zusammenwirkende Bau-gruppe behandelt und keinesfalls als Einzelelemen

28、tebetrachtet werden.Flansche und Schrauben lassen sich im Allgemeinennach bekannten und bewhrten Regelwerken odernach zuverlssigen Herstellerangaben auswhlen.Die Auslegung der Dichtung ist dagegen oft noch mitSchwierigkeiten verbunden.Whrend Flansche und Schrauben fr den Zusam-menhalt sowie eine aus

29、reichende Vorspannung derlsbar zu verbindenden Bauelemente der Verbindungverantwortlich sind, besteht die Funktion der Dich-tung im Wesentlichen darin, dafr zu sorgen, dass dieFlanschverbindung dicht“ ist, das heit einen Stoff-fluss zwischen zwei funktionsmig voneinander ge-trennten Rumen zu verhind

30、ern oder zu begrenzen6.Die Belastung der Flanschverbindung kann durch in-neren oder ueren berdruck, Wrmewirkung(Temperaturdifferenzen) und/oder axiale Zusatz-krfte und Biege- und Torsionsmomente erfolgen. Zubercksichtigen sind auerdem chemische und zeit-liche Einflsse, die die Eigenschaften der Kons

31、truk-tionselemente verndern knnen.Die dabei fr eine Flanschverbindung bedeutsamenBetriebsparameter, wie chemische Aggressivitt,Druck, Temperatur und andere Eigenschaften desMediums, sowie konstruktive und fertigungstechni-sche Bedingungen der Flanschverbindung selbst wir-ken hufig gegenstzlich und s

32、tellen damit den Kon-strukteur bei der Lsung eines Abdichtproblems vorgroe Probleme.Insbesondere unter dem Gesichtspunkt des wachsen-den Umweltbewusstseins in der Bevlkerung werdenimmer hhere Anforderungen an die Anlagenbe-IntroductionAs a rule flange joints are utilized in all engineeringareas wher

33、e fluid media are conveyed, stored and/orfinished. They serve to solvably connect associatedparts of a facility or machine dependent on densitystandards for manufacture, transport, assembling, re-pair, or a particular operating method.Flange joints basically consist of three different con-structiona

34、l elements,the flanges,the bolts (nuts and other additional clampingpieces), andthe seal,but overall are to be handled as a cooperating groupof components and in no case to be considered as in-dividual elements.Usually flanges and bolts can be selected accordingto established and approved regulation

35、 sets or else todependable manufacturers instructions.However, seal construction is often accompanied bydifficulty. While flanges and bolts are responsible forcohesion and adequate prestressing of the elements tobe connected solvably, the seal function basically isto guarantee flange joint density.

36、This is to avoid orlimit stock flow between two areas apart by function6.Exposure of the flange joint may happen through in-ward or outward exerting excessive pressure, thermaleffect (temperature differences), and/or additionalaxial power and bending as well as torsion moments.Furthermore, chemical

37、and temporal influences are tobe considered, that can change characteristics of theconstructional elements.The significant operating parameters of the flangejoint, such as chemical aggressiveness, pressure, tem-perature and other characteristics of the medium, aswell as engineering and manufacturing

38、 conditions ofthe flange joint in itself frequently oppose each other;thus presents the design engineer with a challenge:solving a sealing problem.In particular, under the aspect of the raising ecologi-cal awareness of the population very high demandson plant operators are made to decrease pollutant

39、B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI 2200treiber zur Verringerung von Schadstoffemissionenauch aus so genannten diffusen Quel

40、len“ gestellt.Dichtungsprobleme entstehen unter anderemdadurch, dass die ausgewhlte Dichtung fr den zulsenden Abdichtfall nicht geeignet, das heit nichtanwendungsgerecht“ ist 6.Schadensflle an Flanschverbindungen zeigen auer-dem, dass nicht selten Fehler bei der Montage oderder Montagebeschreibung z

41、u spteren Leckagepro-blemen fhren.In diesem Zusammenhang bemht sich die nationaleund internationale Normung gleichermaen darum,nicht nur die Funktionssicherheit von Flanschverbin-dungen insgesamt zu erhhen, sondern in besonde-rem Mae auch technisch realisierbare Leitlinien zuerarbeiten, mit deren Hi

42、lfe Schadstoffemissionen aufein unvermeidbares Mindestma verringert werdenknnen.1 AnwendungsbereichDie vorliegende VDI-Richtlinie verfolgt das Ziel, diefr Dichtverbindungen geltenden Bedingungen aufder Grundlage des erreichten Standes der technischenEntwicklung zu analysieren, zu ordnen sowie unterH

43、inzuziehung neuer Forschungsergebnisse zu ergn-zen und dem Anwender Hinweise zur Auswahl, Aus-legung, Gestaltung und Montage von Flanschverbin-dungen unter besonderer Bercksichtigung derDichtelemente zu geben.Bestandteile der Richtlinie VDI 2200 sind deshalb:bersicht, Systematisierung und Ergnzung v

44、or-handener und zu bercksichtigender Normen undRegelwerkeemission, also from “nonpoint source”.Among others, sealing problems arise because the se-lected seal is not appropriate for a certain seal in-stance, i.e. not “application-adequate” 6.Events of damage on flange joints also show that de-faults

45、 with assembling or installation description fre-quently lead to subsequent leakage problems.In this context the national and international stand-ardization try to not only increase reliability of flangejoints but most notably to develop technical realiza-ble principles by which pollutant emission c

46、an be re-duced to an unavoidable minimum.1ScopeThe aim of the VDI guideline is to analyze and organ-ize the applicable seal connection conditions basedon the technical standard. Furthermore to completethe conditions, including latest research results, andadvise the user in selection, interpretation,

47、 design,and assembling of flange joints in particular consid-eration of the gaskets.VDI 2200 guideline components therefore are:review, systematization and completion of existingand relevant standards and rulesBild 1. Die Komponenten einer Flanschverbindung Figure 1. Flange joint componentsB974908A8

48、24A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI 2200 5 Auswahl- und Berechnungsverfahren frFlansche Schrauben DichtungenHinweise zur Montage vo

49、n Flanschverbindungenfr Rohrleitungen und BehlterSie enthlt auerdem Erkenntnisse aus Forschungund praktischer Anwendung von Dichtelementen, diezurzeit noch nicht normungsfhig sind, aber Herstel-lern und Betreibern von Apparaten und Anlagen mitFlanschverbindungen zustzliche Hinweise fr denbetrieblichen Einsatz geben knnen.Auf Grund dieser Zielsetzung wendet sich die Richt-linie VDI 2200 an alle Hersteller von Flanschverbin-dungen sowie an P