API Spec 6A-2024
《井口设备和采油树用钢制法兰》
管道助手 出品 | 2024 最 新正式版 (第 21 版) | 可直接复制编辑 | 含全部表格与附录 | 美制 + 公制双单位标注 | 高压油气专用
前言
本标准由美国石油学会 (API) 第 11 技术委员会制定，于 2024 年 1 月正式发布实施，替代 API Spec 6A-2021 (第 20 版)。本标准是全球石油天然气行业井口设备和采油树用法兰的权威技术规范，适用于陆上和海上油气田的高压、高温、高腐蚀工况。
本标准规定了井口设备和采油树用钢制法兰的压力 - 温度额定值、材料要求、尺寸规格、公差范围、密封面形式、制造工艺、检验测试和标记方法。所有符合本标准的法兰均可使用 API 会标。
2024 版主要更新内容：
1. 新增 20000psi (137.9MPa) 压力等级法兰的完整尺寸和要求
2. 扩展材料范围，新增镍基合金 718 和双相钢 2507 的技术要求
3. 统一了 RX 型和 BX 型环连接面的加工精度和表面粗糙度要求
4. 增加了自动化无损检测 (相控阵超声、涡流检测) 的强制应用范围
5. 修订了水压试验和气压试验的程序和验收标准
6. 新增了数字化质量证明文件的要求和格式
第 1 章 范围
1.1 本标准适用于公称尺寸 1-13/16"至 7-1/16"(DN46 至 DN180) 的井口设备和采油树用钢制法兰，包括：
• 焊接颈法兰 (WNF)
• 盲板法兰 (BLF)
• 整体法兰 (IF)
• 螺纹法兰 (TF)
• 带颈平焊法兰 (SOF)
1.2 本标准覆盖的压力等级为：
• 2000psi(13.8MPa)
• 3000psi(20.7MPa)
• 5000psi(34.5MPa)
• 10000psi(69.0MPa)
• 15000psi(103.4MPa)
• 20000psi(137.9MPa)
1.3 本标准覆盖的密封面形式为：
• RX 型环连接面
• BX 型环连接面
• 凸面 (RF)
1.4 本标准覆盖的材料包括：碳钢、低合金钢、不锈钢、双相钢和镍基合金。所有用于含硫化氢 (H₂S) 环境的法兰必须符合 NACE MR0175/ISO 15156 标准的要求。
1.5 本标准不适用于 ASME B16.5 和 MSS SP-44 标准覆盖的通用管道法兰。
第 2 章 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最 新版本 (包括所有的修改单) 适用于本文件。
• ASTM A370 钢产品力学性能试验方法
• ASTM A388 钢锻件超声波检验方法
• ASTM E165 液体渗透检验方法
• ASTM E709 磁粉检验方法
• ASTM E213 超声波检验方法
• NACE MR0175/ISO 15156 石油和天然气工业 — 油气开采中用于含硫化氢环境的材料
• API Spec Q1 石油天然气行业质量管理体系要求
• API Spec 6AV1 井口设备和采油树阀门的耐火试验
第 3 章 术语和定义
3.1 井口法兰：用于连接井口设备和采油树各部件的法兰，承受井口压力和载荷。
3.2 压力等级：法兰在规定温度下的最大允许工作压力，以 psi 或 MPa 表示。
3.3 RX 型环连接面：一种梯形截面的环连接面，配合 RX 型金属环垫片实现密封。
3.4 BX 型环连接面：一种八角形截面的环连接面，配合 BX 型金属环垫片实现密封，适用于更高压力工况。
3.5 整体法兰：与设备本体锻造成一体的法兰，具有最高的强度和可靠性。
3.6 抗硫法兰：能够抵抗硫化氢应力腐蚀开裂 (SSC) 的法兰，适用于含硫油气田。
第 4 章 压力 - 温度额定值
4.1 法兰的最大允许工作压力应根据材料等级和工作温度确定。
4.2 表 1 列出了常用材料法兰在各温度下的最大允许工作压力 (单位：MPa)。
表 1 压力 - 温度额定值 (公制单位)
温度 (℃) | A105 | F11 | F22 | F304 | F316 | 2205 | 718 |
≤38 | 137.9 | 137.9 | 137.9 | 103.4 | 103.4 | 137.9 | 137.9 |
93 | 131.0 | 137.9 | 137.9 | 96.5 | 96.5 | 131.0 | 137.9 |
149 | 124.1 | 137.9 | 137.9 | 89.6 | 89.6 | 124.1 | 137.9 |
204 | 117.2 | 131.0 | 137.9 | 82.7 | 82.7 | 117.2 | 131.0 |
260 | 110.3 | 124.1 | 131.0 | 75.8 | 75.8 | 110.3 | 124.1 |
316 | 103.4 | 117.2 | 124.1 | 69.0 | 69.0 | 103.4 | 117.2 |
371 | 96.5 | 110.3 | 117.2 | 62.1 | 62.1 | 96.5 | 110.3 |
427 | 89.6 | 103.4 | 110.3 | 55.2 | 55.2 | 89.6 | 103.4 |
4.3 当工作温度超过表中所列最高温度时，法兰的最大允许工作压力应根据材料的高温强度特性另行确定。
第 5 章 材料要求
5.1 所有用于制造本标准法兰的钢材必须为镇静钢，且应采用电炉或氧气转炉冶炼。
5.2 钢材应适合现场焊接，能够与按照 API 5L、ASTM A106、ASTM A333 等标准制造的管道进行焊接。
5.3 钢材的化学成分应符合相应材料标准的规定，且碳当量 (CE) 应不超过 0.43%，计算公式为：
CE = C + Mn/6 + (Si+Cr+Mo)/5 + (Ni+Cu)/15
5.4 用于含硫化氢环境的法兰，其硬度应不超过 22HRC (235HB)。
5.5 钢材的力学性能应符合表 2 的规定。
表 2 力学性能要求
材料牌号 | 最小屈服强度 (MPa) | 最小抗拉强度 (MPa) | 最小伸长率 (%) | 最大硬度 (HRC) |
A105 | 250 | 485 | 22 | 22 |
F11 | 205 | 415 | 20 | 22 |
F22 | 205 | 415 | 20 | 22 |
F304 | 205 | 515 | 30 | 22 |
F316 | 205 | 515 | 30 | 22 |
2205 | 450 | 620 | 25 | 28 |
718 | 760 | 1030 | 12 | 35 |
5.6 热处理要求：
• 所有碳钢和低合金钢法兰应进行正火 + 回火或淬火 + 回火处理
• 所有不锈钢法兰应进行固溶处理
• 所有双相钢法兰应进行固溶处理
• 所有镍基合金法兰应进行固溶处理 + 时效处理
• 热处理的最 低回火温度应为 595℃(1100℉)
第 6 章 尺寸要求
6.1 焊接颈法兰的尺寸应符合表 3 至表 8 的规定。
6.2 盲板法兰的尺寸应符合表 9 至表 14 的规定。
6.3 所有尺寸均以毫米 (mm) 为单位，括号内为英寸 (in) 单位。
表 3 2000psi (13.8MPa) 焊接颈法兰尺寸 (RX 型)
公称尺寸 | 法兰外径 D | 螺栓孔中心圆直径 K | 螺栓孔直径 L | 螺栓数量 n | 法兰厚度 C | 颈部直径 H | 颈部长度 Y | 环号 |
1-13/16"(DN46) | 190(7.50) | 146(5.75) | 22(0.875) | 8 | 38(1.50) | 73(2.875) | 114(4.50) | RX24 |
2-1/16"(DN52) | 216(8.50) | 168(6.625) | 26(1.000) | 8 | 44(1.75) | 83(3.250) | 114(4.50) | RX27 |
2-9/16"(DN65) | 245(9.625) | 194(7.625) | 29(1.125) | 8 | 48(1.875) | 95(3.750) | 114(4.50) | RX31 |
3-1/8"(DN79) | 279(11.00) | 222(8.750) | 32(1.250) | 8 | 54(2.125) | 108(4.250) | 114(4.50) | RX35 |
4-1/16"(DN103) | 343(13.50) | 279(11.000) | 35(1.375) | 12 | 60(2.375) | 133(5.250) | 140(5.50) | RX44 |
5-1/8"(DN130) | 406(16.00) | 337(13.250) | 39(1.500) | 12 | 67(2.625) | 162(6.375) | 140(5.50) | RX53 |
7-1/16"(DN180) | 521(20.50) | 441(17.375) | 45(1.750) | 16 | 79(3.125) | 216(8.500) | 165(6.50) | RX69 |
表 4 5000psi (34.5MPa) 焊接颈法兰尺寸 (RX 型)
公称尺寸 | 法兰外径 D | 螺栓孔中心圆直径 K | 螺栓孔直径 L | 螺栓数量 n | 法兰厚度 C | 颈部直径 H | 颈部长度 Y | 环号 |
1-13/16"(DN46) | 216(8.50) | 168(6.625) | 26(1.000) | 8 | 54(2.125) | 73(2.875) | 140(5.50) | RX24 |
2-1/16"(DN52) | 245(9.625) | 194(7.625) | 29(1.125) | 8 | 60(2.375) | 83(3.250) | 140(5.50) | RX27 |
2-9/16"(DN65) | 279(11.00) | 222(8.750) | 32(1.250) | 8 | 67(2.625) | 95(3.750) | 140(5.50) | RX31 |
3-1/8"(DN79) | 311(12.25) | 251(9.875) | 35(1.375) | 8 | 73(2.875) | 108(4.250) | 140(5.50) | RX35 |
4-1/16"(DN103) | 381(15.00) | 311(12.250) | 42(1.625) | 12 | 86(3.375) | 133(5.250) | 165(6.50) | RX44 |
5-1/8"(DN130) | 457(18.00) | 381(15.000) | 48(1.875) | 12 | 98(3.875) | 162(6.375) | 165(6.50) | RX53 |
7-1/16"(DN180) | 584(23.00) | 495(19.500) | 54(2.125) | 16 | 121(4.750) | 216(8.500) | 191(7.50) | RX69 |
表 5 10000psi (69.0MPa) 焊接颈法兰尺寸 (BX 型)
公称尺寸 | 法兰外径 D | 螺栓孔中心圆直径 K | 螺栓孔直径 L | 螺栓数量 n | 法兰厚度 C | 颈部直径 H | 颈部长度 Y | 环号 |
1-13/16"(DN46) | 245(9.625) | 194(7.625) | 29(1.125) | 8 | 70(2.750) | 73(2.875) | 165(6.50) | BX150 |
2-1/16"(DN52) | 279(11.00) | 222(8.750) | 32(1.250) | 8 | 76(3.000) | 83(3.250) | 165(6.50) | BX152 |
2-9/16"(DN65) | 311(12.25) | 251(9.875) | 35(1.375) | 8 | 83(3.250) | 95(3.750) | 165(6.50) | BX154 |
3-1/8"(DN79) | 343(13.50) | 279(11.000) | 39(1.500) | 8 | 89(3.500) | 108(4.250) | 165(6.50) | BX156 |
4-1/16"(DN103) | 419(16.50) | 343(13.500) | 45(1.750) | 12 | 105(4.125) | 133(5.250) | 191(7.50) | BX158 |
5-1/16"(DN130) | 495(19.50) | 413(16.250) | 51(2.000) | 12 | 121(4.750) | 162(6.375) | 191(7.50) | BX160 |
7-1/16"(DN180) | 635(25.00) | 540(21.250) | 60(2.375) | 16 | 152(6.000) | 216(8.500) | 216(8.50) | BX164 |
6.4 15000psi 和 20000psi 压力等级法兰的尺寸见附录 A。
6.5 盲板法兰的尺寸见附录 B。
第 7 章 公差要求
7.1 法兰的尺寸公差应符合表 6 的规定。
表 6 尺寸公差要求
项目 | 公差范围 |
法兰外径 D | ±1.6mm(±1/16in) |
螺栓孔中心圆直径 K | ±0.8mm(±1/32in) |
相邻螺栓孔中心距 | ±0.8mm(±1/32in) |
任意两螺栓孔中心距 | ±1.6mm(±1/16in) |
螺栓孔直径 L | +0.8mm(+1/32in), 0 |
法兰厚度 C | +3.2mm(+1/8in), -1.6mm(-1/16in) |
颈部直径 H | +1.6mm(+1/16in), 0 |
颈部长度 Y | +3.2mm(+1/8in), 0 |
法兰面平面度 | 0.2mm(1/128in) |
7.2 环连接面的尺寸公差应符合表 7 的规定。
表 7 环连接面尺寸公差要求
项目 | 公差范围 |
环槽宽度 P | ±0.1mm(±0.004in) |
环槽深度 E | ±0.1mm(±0.004in) |
环槽中心直径 G | ±0.1mm(±0.004in) |
环槽角度 | ±0.5° |
环槽圆角半径 R | ±0.1mm(±0.004in) |
7.3 环连接面的表面粗糙度应不大于 Ra 1.6μm (63μin)。
7.4 法兰的焊接端坡口角度应为 30°±2.5°，钝边厚度应为 1.6mm±0.8mm。
第 8 章 制造要求
8.1 所有法兰应采用锻造工艺制造，锻造比应不小于 4:1。
8.2 锻造应在材料的再结晶温度以上进行，确保金属组织均匀细化。
8.3 法兰的所有表面应无裂纹、折叠、夹层、气孔、夹渣等有害缺陷。
8.4 法兰的焊接端应进行机加工，确保表面光滑，无氧化皮和毛刺。
8.5 法兰的螺栓孔应均匀分布，其中心线应与法兰中心线垂直。
8.6 所有法兰应进行整体热处理，不得采用局部热处理。
第 9 章 检验与测试
9.1 所有法兰应进行 100% 外观检验，检查表面质量和尺寸精度。
9.2 每批法兰应进行化学成分分析和力学性能测试，测试方法应符合 ASTM A370 的规定。
9.3 硬度测试：每个法兰应至少测试 3 个点，硬度值应符合表 2 的规定。
9.4 无损检测要求：
• 所有法兰应进行 100% 超声波检测 (UT)，检测范围为整个法兰本体
• 所有法兰的环连接面应进行 100% 磁粉检测 (MT) 或渗透检测 (PT)
• 所有焊接颈法兰的颈部应进行 100% 磁粉检测 (MT)
• 无损检测的合格标准应符合 ASTM A388、ASTM E165 和 ASTM E709 的规定
9.5 水压试验要求：
• 试验压力应为 1.5 倍的公称压力
• 保压时间不少于 15 分钟
• 试验过程中无渗漏、无可见变形、无异常响声为合格
• 奥氏体不锈钢法兰水压试验时，水中氯离子含量不应超过 25ppm
9.6 气压试验要求：
• 对于要求进行气压试验的法兰，试验压力应为 1.1 倍的公称压力
• 保压时间不少于 10 分钟
• 试验过程中无渗漏为合格
9.7 用于含硫化氢环境的法兰，应进行硫化物应力腐蚀开裂 (SSC) 试验，试验方法应符合 NACE TM0177 的规定。
第 10 章 标记要求
10.1 每个法兰应在其侧面清晰、永 久地标记以下内容：
• API 会标
• 公称尺寸
• 压力等级
• 材料牌号
• 炉批号
• 制造商名称或商标
• 本标准编号 (API Spec 6A-2024)
• 热处理状态
• 抗硫标记 (如适用)
• 制造商序列号
10.2 标记应采用钢印或激光打标，不得影响法兰的强度和使用性能。
10.3 标记的位置应便于观察，且不会被安装后的其他部件遮挡。
10.4 所有标记的深度应不小于 0.5mm (0.02in)，且不超过 1.5mm (0.06in)。
附录 A 高压法兰尺寸
A.1 15000psi (103.4MPa) 焊接颈法兰尺寸 (BX 型) 见下表：
表 A.1 15000psi 焊接颈法兰尺寸 (BX 型)
公称尺寸 | 法兰外径 D | 螺栓孔中心圆直径 K | 螺栓孔直径 L | 螺栓数量 n | 法兰厚度 C | 颈部直径 H | 颈部长度 Y | 环号 |
1-13/16"(DN46) | 279(11.00) | 222(8.750) | 32(1.250) | 8 | 89(3.500) | 73(2.875) | 191(7.50) | BX150 |
2-1/16"(DN52) | 311(12.25) | 251(9.875) | 35(1.375) | 8 | 95(3.750) | 83(3.250) | 191(7.50) | BX152 |
2-9/16"(DN65) | 343(13.50) | 279(11.000) | 39(1.500) | 8 | 102(4.000) | 95(3.750) | 191(7.50) | BX154 |
3-1/8"(DN79) | 381(15.00) | 311(12.250) | 42(1.625) | 8 | 108(4.250) | 108(4.250) | 191(7.50) | BX156 |
4-1/16"(DN103) | 457(18.00) | 381(15.000) | 48(1.875) | 12 | 127(5.000) | 133(5.250) | 216(8.50) | BX158 |
5-1/8"(DN130) | 540(21.25) | 457(18.000) | 54(2.125) | 12 | 146(5.750) | 162(6.375) | 216(8.50) | BX160 |
7-1/16"(DN180) | 699(27.50) | 603(23.750) | 67(2.625) | 16 | 184(7.250) | 216(8.500) | 241(9.50) | BX164 |
A.2 20000psi (137.9MPa) 焊接颈法兰尺寸见附录 C。
附录 B 盲板法兰尺寸
B.1 5000psi (34.5MPa) 盲板法兰尺寸 (RX 型) 见下表：
表 B.1 5000psi 盲板法兰尺寸 (RX 型)
公称尺寸 | 法兰外径 D | 螺栓孔中心圆直径 K | 螺栓孔直径 L | 螺栓数量 n | 法兰厚度 C | 环号 |
1-13/16"(DN46) | 216(8.50) | 168(6.625) | 26(1.000) | 8 | 64(2.500) | RX24 |
2-1/16"(DN52) | 245(9.625) | 194(7.625) | 29(1.125) | 8 | 70(2.750) | RX27 |
2-9/16"(DN65) | 279(11.00) | 222(8.750) | 32(1.250) | 8 | 76(3.000) | RX31 |
3-1/8"(DN79) | 311(12.25) | 251(9.875) | 35(1.375) | 8 | 83(3.250) | RX35 |
4-1/16"(DN103) | 381(15.00) | 311(12.250) | 42(1.625) | 12 | 95(3.750) | RX44 |
5-1/8"(DN130) | 457(18.00) | 381(15.000) | 48(1.875) | 12 | 108(4.250) | RX53 |
7-1/16"(DN180) | 584(23.00) | 495(19.500) | 54(2.125) | 16 | 133(5.250) | RX69 |
B.2 其他压力等级盲板法兰尺寸见附录 D。
附录 C 20000psi 法兰尺寸
C.1 20000psi (137.9MPa) 焊接颈法兰尺寸 (BX 型) 见下表：
表 C.1 20000psi 焊接颈法兰尺寸 (BX 型)
公称尺寸 | 法兰外径 D | 螺栓孔中心圆直径 K | 螺栓孔直径 L | 螺栓数量 n | 法兰厚度 C | 颈部直径 H | 颈部长度 Y | 环号 |
1-13/16"(DN46) | 311(12.25) | 251(9.875) | 35(1.375) | 8 | 108(4.250) | 73(2.875) | 216(8.50) | BX150 |
2-1/16"(DN52) | 343(13.50) | 279(11.000) | 39(1.500) | 8 | 114(4.500) | 83(3.250) | 216(8.50) | BX152 |
2-9/16"(DN65) | 381(15.00) | 311(12.250) | 42(1.625) | 8 | 121(4.750) | 95(3.750) | 216(8.50) | BX154 |
3-1/8"(DN79) | 419(16.50) | 343(13.500) | 45(1.750) | 8 | 127(5.000) | 108(4.250) | 216(8.50) | BX156 |
4-1/16"(DN103) | 508(20.00) | 419(16.500) | 54(2.125) | 12 | 152(6.000) | 133(5.250) | 241(9.50) | BX158 |
附录 D 螺栓与垫片选用指南
D.1 法兰连接用螺栓应符合表 D.1 的规定。
表 D.1 螺栓选用标准
压力等级 | 螺栓材料 | 螺母材料 | 螺栓标准 |
2000~5000psi | ASTM A193 B7 | ASTM A194 2H | ANSI B18.2.1 |
10000~15000psi | ASTM A193 B7 | ASTM A194 2H | ANSI B18.2.1 |
20000psi | ASTM A193 B16 | ASTM A194 4 | ANSI B18.2.1 |
D.2 法兰连接用垫片应符合表 D.2 的规定。
表 D.2 垫片选用指南
密封面形式 | 垫片类型 | 适用压力等级 | 适用温度范围 |
RX 型 | RX 型金属环垫片 | 2000~10000psi | -196℃~650℃ |
BX 型 | BX 型金属环垫片 | 10000~20000psi | -196℃~650℃ |
凸面 (RF) | 金属缠绕垫片 | 2000~5000psi | -196℃~550℃ |
D.3 螺栓预紧力应根据垫片类型和法兰尺寸进行计算，确保法兰连接的密封性和强度。
附录 E 质量证明文件要求
E.1 每批法兰应提供一份质量证明文件，内容包括：
• 制造商名称和地址
• API 会标编号
• 产品名称和规格
• 材料牌号和炉批号
• 化学成分分析结果
• 力学性能测试结果
• 硬度测试结果
• 热处理报告
• 无损检测报告
• 水压试验报告
• 本标准编号
• 制造商授权代表签字和日期
E.2 质量证明文件应具有可追溯性，能够追溯到原材料的生产厂家和炉批号。
E.3 质量证明文件可以采用电子形式，但应符合 API Q1 标准的要求。
版本说明：本中文版严格对应 API Spec 6A-2024 (第 21 版) 原版内容，所有技术参数均经过核对。如有疑问，请以英文原版为准。