某工程管道法蘭(lan)在試運行時，發現泄漏，管道專業設計人員認為是施工方未擰緊螺栓(shuan)，但是在施工人員加強了螺栓擰緊度后，法蘭又泄漏。經核算發現此處法蘭外荷載偏大，修改了管道走向，減少了法蘭外荷載，才消除了事故。

  在(zai)單一管道(dao)(dao)流(liu)體壓(ya)力工(gong)(gong)況(kuang)下，螺栓荷載、墊片(pian)反力和介質內(nei)(nei)壓(ya)力的(de)(de)(de)合成力矩會引起法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)(lan)產(chan)生變形（轉(zhuan)角(jiao)）而(er)導致密封失效。但是(shi)在(zai)工(gong)(gong)程實際，管道(dao)(dao)運行過程中還會受(shou)(shou)到附加外(wai)力及(ji)力矩，法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)(lan)接頭除承(cheng)受(shou)(shou)內(nei)(nei)壓(ya)外(wai)還要承(cheng)受(shou)(shou)上(shang)述附加載荷。如果法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)(lan)壓(ya)力等級(ji)的(de)(de)(de)確定，僅(jin)從法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)(lan)器材選用內(nei)(nei)壓(ya)的(de)(de)(de)角(jiao)度考(kao)慮設計往往是(shi)不(bu)夠的(de)(de)(de)，還需考(kao)慮設備管道(dao)(dao)布置、管道(dao)(dao)應力等因素。工(gong)(gong)程上(shang)法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)(lan)密封的(de)(de)(de)失效常常是(shi)施工(gong)(gong)不(bu)規范或工(gong)(gong)程 設計中忽略了較大(da)的(de)(de)(de)外(wai)載荷而(er)導致的(de)(de)(de)，工(gong)(gong)程設計中應重(zhong)視(shi)對法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)(lan)外(wai)載荷的(de)(de)(de)校核。

  法(fa)蘭(lan)密(mi)封(feng)(feng)面(mian)與(yu)墊(dian)(dian)片(pian)之間(jian)存在(zai)(zai)(zai)著無數(shu)很(hen)細(xi)(xi)小的流動(dong)通(tong)道，介(jie)質(zhi)將可能(neng)通(tong)過(guo)這些細(xi)(xi)小的通(tong)道而(er)泄漏。密(mi)封(feng)(feng)的基本(ben)原(yuan)理就是要使得介(jie)質(zhi)在(zai)(zai)(zai)流經(jing)這種細(xi)(xi)小通(tong)道時的壓(ya)力(li)降大于密(mi)封(feng)(feng)腔內、外的壓(ya)力(li)差。法(fa)蘭(lan)在(zai)(zai)(zai)力(li)矩作用下，如果剛度不(bu)足，就會(hui)形成對墊(dian)(dian)片(pian)壓(ya)緊(jin)力(li)的不(bu)均勻，從而(er)導致(zhi)在(zai)(zai)(zai)墊(dian)(dian)片(pian)一側壓(ya)緊(jin)力(li)較小不(bu)能(neng)形成有效密(mi)封(feng)(feng)，而(er)在(zai)(zai)(zai)墊(dian)(dian)片(pian)另一側壓(ya)力(li)過(guo)大導致(zhi)墊(dian)(dian)片(pian)壓(ya)潰，這就引(yin)起了(le)法(fa)蘭(lan)接頭(tou)密(mi)封(feng)(feng)的失效即(ji)泄漏。

  管道(dao)(dao)的(de)法蘭(lan)(lan)除承(cheng)受(shou)內外(wai)壓外(wai)，還要承(cheng)受(shou)管道(dao)(dao)及介質質量、熱膨脹、振動等(deng)引起的(de)軸向(xiang)力(li)和彎矩的(de)作用。通(tong)常法蘭(lan)(lan)的(de)設計，例如ASME B16.5沒有(you)考(kao)慮管道(dao)(dao)外(wai)加荷(he)載、彎矩等(deng)的(de)影響，為防止在操作條件(jian)下(xia)發生泄漏和可能出現的(de)損壞事故，必要時(shi)需要對已經選定的(de)標準法蘭(lan)(lan)進(jin)行可靠(kao)性(xing)校(xiao)核，以判斷(duan)是否需要采取進(jin)一(yi)步的(de)安全措施。法蘭(lan)(lan)外(wai)荷(he)載校(xiao)核方法有(you)很多(duo)種，詳細講述見(jian)《管道(dao)(dao)應(ying)力(li)分析(xi)與(yu)工程應(ying)用》一(yi)書(shu)。下(xia)面僅對管道(dao)(dao)設計人員需掌握的(de)基本內容做(zuo)簡述。

1. 當量(liang)壓(ya)力法(fa)［Kellogg 當量(liang)壓(ya)力法(fa)（Peq法(fa)）］

  Kellogg 當(dang)(dang)量(liang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)法(fa)(fa)（equivalent pressure method）認為法(fa)(fa)蘭連接(jie)處的(de)(de)所(suo)有外(wai)部載(zai)荷均作用在墊片上，軸向(xiang)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)應(ying)處于(yu)(yu)安全范(fan)圍(wei)內(nei)。在這(zhe)個方法(fa)(fa)中(zhong)，沒有考慮螺栓力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)影響，作用在法(fa)(fa)蘭上的(de)(de)軸向(xiang)力(li)(li)(li)(li)(li)和彎矩轉化(hua)成了當(dang)(dang)量(liang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)（Peq）。將這(zhe)兩個當(dang)(dang)量(liang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)與(yu)(yu)設計壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)相加(jia)得到總(zong)的(de)(de)當(dang)(dang)量(liang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)，并根據法(fa)(fa)蘭材料(liao)與(yu)(yu)ASME B16.5中(zhong)的(de)(de)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)-溫(wen)度等級(ji)(ji)表(biao)進(jin)行對比。如果總(zong)的(de)(de)當(dang)(dang)量(liang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)小于(yu)(yu)等級(ji)(ji)表(biao)中(zhong)相應(ying)溫(wen)度下的(de)(de)許用壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)，即判定(ding)法(fa)(fa)蘭不(bu)會泄(xie)漏。此(ci)方法(fa)(fa)簡單可靠，但是(shi)過于(yu)(yu)保(bao)守。因為，外(wai)部載(zai)荷實(shi)際上并不(bu)只作用于(yu)(yu)墊片，外(wai)部載(zai)荷在墊片處產生的(de)(de)最大(da)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)在最外(wai)邊沿(yan)處，而由壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)產生的(de)(de)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)均勻分布的(de)(de)。

  如圖5.4.1所(suo)示，將(jiang)由于管道(dao)所(suo)受重力(li)和(he)熱膨脹而產生的(de)作(zuo)用在法蘭(lan)上(shang)的(de)軸(zhou)向力(li)F和(he)彎矩M（M為(wei)作(zuo)用在法蘭(lan)上(shang)的(de)合力(li)矩）轉(zhuan)換成當量壓力(li)Pel和(he)Po2,Pe1和(he)Pe2相加得出總的(de)當量壓力(li)P。

  將計算得到的(de)總壓(ya)(ya)力P1與ASME B16.5中與法(fa)蘭材料相關的(de)對(dui)應溫度下(xia)的(de)壓(ya)(ya)力進(jin)行(xing)對(dui)比。當(dang)P1小(xiao)于此(ci)壓(ya)(ya)力時，理論上認為(wei)法(fa)蘭不會發生泄漏(lou)，否則，認為(wei)存在泄漏(lou)的(de)可(ke)能。

  所需數據：法蘭材料、壓力(li)(li)等級、工作壓力(li)(li)、工作溫度、墊(dian)片(pian)內直(zhi)徑和(he)有效寬度、外(wai)部軸向(xiang)力(li)(li)和(he)外(wai)部力(li)(li)矩，可以在下(xia)列規范找到(dao)。

  法蘭(lan)材(cai)料：ASME B16.5 Table 1A，ASME B16.47 Table 1。

  溫壓曲線：ASME B16.5 Table 2，ASME B16.47 Table 3～Table 27。

  墊片(pian)材(cai)料(liao)：ASME B16.5 NONMANDATORY APPENDIX B，ASME B16.47 Table B-1。

  墊(dian)片尺寸：ASME B16.20，ASME B16.21。

2.  ASME Section VIII Division 1法(fa)(fa)蘭外荷載校核方法(fa)(fa)

  ASME Section VIII Division 1 Appendix 2所采用的法(fa)蘭設(she)(she)計(ji)方(fang)法(fa)是華(hua)脫爾斯法(fa)（（E-.D.Waters），沿(yan)用至今已達(da)半個多世紀(ji)。該(gai)方(fang)法(fa)是簡單理論分析并帶有經驗(yan)性(xing)質的設(she)(she)計(ji)方(fang)法(fa)，是否能(neng)可靠保證密封性(xing)能(neng)存在質疑。補充了剛(gang)度校核及與(yu)其配套的ASME PCC-1《承壓范圍螺(luo)栓法(fa)蘭連接件的裝(zhuang)配指(zhi)南(nan)》，基本能(neng)夠(gou)保證工程設(she)(she)計(ji)的泄漏要求，因此仍被采用。

3. ASME BPVC VIII Division 2法(fa)蘭外荷載校核方法(fa)

  ASME BPVC VIII Division 2與Division 1類似，主(zhu)要區(qu)別在于：Division 1 參考ASMESection II Part D Table 1A和(he)1B的(de)許用(yong)應力(li)（采用(yong)最大主(zhu)應力(li)確定）；Division 2參考Table 5A和(he)5B的(de)許用(yong)應力(li)（采用(yong)變(bian)形能理論(lun)或Von Mises屈服準則的(de)確定）。Division 2考慮了由于施加在法蘭(lan)上的(de)軸(zhou)向(xiang)力(li)和(he)彎曲力(li)矩而產生的(de)附加外部力(li)矩。

4. ASME Section III Division 1-Subsection NC法(fa)蘭外(wai)荷載校核方法(fa)

  此(ci)校(xiao)核(he)方法(fa)源于(yu)ASME BPVC III-1-NC分卷(juan)第3658.3節，因(yin)此(ci)稱(cheng)為NC 3658.3法(fa)，也稱(cheng)為NC 3658.3最大屈服強度法(fa)。這個(ge)方法(fa)也是(shi)當量壓力，但只考慮了(le)彎矩的等效壓力。ASME BPVC III-I-NC卷(juan)是(shi)關(guan)于(yu)核(he)電站部(bu)件建設標準(zhun)，采用此(ci)方法(fa)對法(fa)蘭泄漏(lou)進行校(xiao)核(he)需要滿(man)足一(yi)定的要求。當下列(lie)2個(ge)條件同時滿(man)足時，才能使用NC 3658.3法(fa)校(xiao)核(he)法(fa)蘭泄漏(lou)：

   a. 法蘭、螺栓、墊片符合ASME 1316.5中(zhong)的要求；

   b. 螺栓材(cai)料在100F（38℃）下(xia)的許用應(ying)力不小(xiao)于20000psi（138 MPa）。

  此方(fang)法認(ren)為管(guan)道(dao)介質內壓以及由管(guan)道(dao)變形所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)彎矩(ju)或扭矩(ju)都(dou)施加在(zai)螺栓上，并且假定應(ying)力都(dou)均勻分布在(zai)螺栓孔所(suo)處圓周上，如(ru)果(guo)螺栓發生(sheng)破(po)壞，則法蘭(lan)產(chan)生(sheng)泄漏(lou)。根據ASME BPVC III-1-NC分卷第3658.3節，滿足式(shi)（5.4.1）的(de)要求(qiu)。

  當根據計算式得出的值(zhi)小(xiao)于等(deng)于時，則(ze)認(ren)為法蘭不會發生泄(xie)漏，否(fou)則(ze)認(ren)為會發生泄(xie)漏，需要采取方法（如提高法蘭磅級）解決。

  當(dang)量壓力法不適用于動載荷(he)分析(xi)。

5. GB/T 20801法蘭外荷(he)載(zai)校核(he)方(fang)法

  GB/T 20801法蘭外荷載校(xiao)核列出了4種方法。

  當管法蘭(lan)承受外加軸(zhou)向力或(huo)外加彎矩時，可按下(xia)列方法之一(yi)評估(gu)：

  a. 法蘭壓(ya)力-溫(wen)度額定值(zhi)-當量壓(ya)力方法。

  按式（5.4.5）計(ji)算其外加軸向力(li)或外加彎(wan)矩的(de)當量(liang)壓(ya)力(li)p。，設(she)計(ji)壓(ya)力(li)與當量(liang)壓(ya)力(li)之和應(ying)不大于法蘭(lan)的(de)壓(ya)力(li)-溫(wen)度額定值。經設(she)計(ji)者同意，設(she)計(ji)壓(ya)力(li)也可采用相(xiang)應(ying)工(gong)況下的(de)最大工(gong)作壓(ya)力(li)。

  b. 泰(tai)勒(le)方(fang)(fang)法-當量壓力方(fang)(fang)法、泰(tai)勒(le)方(fang)(fang)法-當量力方(fang)(fang)法、泰(tai)勒(le)方(fang)(fang)法-修正當量力方(fang)(fang)法。對于法蘭剛度(du)，必要時還可按(an)GB／T 17186.1的規定校核法蘭剛度(du)。

6. 法蘭外荷載校核過程(cheng)

  法蘭應(ying)放在受外(wai)(wai)部彎矩盡可能小(xiao)的(de)(de)地方。并不是每一處法蘭有了外(wai)(wai)加荷載(zai)都(dou)需要詳細的(de)(de)校核。一般情(qing)況可根(gen)據管道專業(ye)設(she)計人的(de)(de)經驗，對下列法蘭進行(xing)詳細的(de)(de)外(wai)(wai)荷載(zai)校核：

   ①. 法蘭等級在900磅(bang)及以上的高(gao)壓(ya)法蘭連接處(chu)；

   ②. 法蘭口徑在24＂及以(yi)上的法蘭連接(jie)處；

   ③. 承載(zai)高溫、劇毒、易(yi)燃、易(yi)爆(bao)等流體的法蘭連(lian)接處(chu)；

   ④. 根(gen)據(ju)管(guan)道(dao)專業設計人員經(jing)驗，認為需(xu)要詳(xiang)細法(fa)蘭外荷載校核處；

   ⑤. 其他。

  Kellogg Peg法(fa)(fa)(fa)認(ren)為法(fa)(fa)(fa)蘭連接(jie)處的(de)所(suo)有外部載(zai)荷均作用在(zai)墊片上。NC 3658.3方(fang)法(fa)(fa)(fa)認(ren)為管道(dao)介質內壓以及由(you)管道(dao)變形(xing)所(suo)產生的(de)彎矩和(he)(he)扭矩都施加(jia)在(zai)螺栓(shuan)上。而ASME Section VIII方(fang)法(fa)(fa)(fa)主要是(shi)對(dui)(dui)(dui)法(fa)(fa)(fa)蘭應力進行計(ji)算比對(dui)(dui)(dui)。Kellogg Peq 法(fa)(fa)(fa)輸入簡便快捷，而 ASME Section VIII和(he)(he)NC 3658.3方(fang)法(fa)(fa)(fa)需要在(zai)相(xiang)關標準中查閱大量數(shu)據。Kellogg Peq法(fa)(fa)(fa)相(xiang)對(dui)(dui)(dui)較保守，計(ji)算結果與(yu)現(xian)場實際(ji)情況(kuang)有偏(pian)差，ASME Section III和(he)(he)NC 3658.3方(fang)法(fa)(fa)(fa)相(xiang)對(dui)(dui)(dui)更(geng)精確，與(yu)實際(ji)情況(kuang)更(geng)接(jie)近。

  在國內外一些大型工(gong)程(cheng)(cheng)公(gong)司中一般結合(he)這幾種方(fang)案(an)按(an)以下(xia)流(liu)程(cheng)(cheng)校核(he)法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)泄(xie)漏(lou)(lou)(lou)，都能保證現場實際運行過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)的安全穩(wen)定。首先用(yong)Peq方(fang)法(fa)(fa)(fa)（Kellogg當量壓力(li)(li)法(fa)(fa)(fa)）校核(he)，如果通(tong)(tong)過(guo)(guo)，則設計(ji)法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)不泄(xie)漏(lou)(lou)(lou)；若校核(he)不通(tong)(tong)過(guo)(guo)，再用(yong)ASME Section VIII方(fang)法(fa)(fa)(fa)校核(he)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)則設計(ji)法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)不泄(xie)漏(lou)(lou)(lou)，失敗就需(xu)要分析具(ju)體的原(yuan)因，修改(gai)調整后再重(zhong)新校核(he)，直到通(tong)(tong)過(guo)(guo)為止。僅螺(luo)栓(shuan)的預緊應(ying)力(li)(li)在不論是否有(you)軸向力(li)(li)和(he)彎矩的情況下(xia)，均超出許用(yong)應(ying)力(li)(li)值時(shi)，才使用(yong)NC3658.3方(fang)法(fa)(fa)(fa)進行校核(he)。見圖5.4.2所示。法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)外荷載校核(he)方(fang)法(fa)(fa)(fa)詳細講述(shu)見《管道(dao)應(ying)力(li)(li)分析與工(gong)程(cheng)(cheng)應(ying)用(yong)》、《工(gong)業管道(dao)配管設計(ji)與工(gong)程(cheng)(cheng)應(ying)用(yong)》兩書(shu)。