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。

  在單一管(guan)(guan)道流體壓(ya)力工(gong)況下，螺栓(shuan)荷載、墊片反力和(he)介質內壓(ya)力的合成力矩會引起法蘭(lan)產生變形(xing)（轉角(jiao)）而(er)導致密封失效(xiao)。但是(shi)在工(gong)程實際，管(guan)(guan)道運行過程中(zhong)還會受到附(fu)加(jia)外力及力矩，法蘭(lan)接頭除承受內壓(ya)外還要承受上(shang)述附(fu)加(jia)載荷。如果法蘭(lan)壓(ya)力等(deng)級的確(que)定，僅(jin)從(cong)法蘭(lan)器材選(xuan)用內壓(ya)的角(jiao)度考(kao)慮(lv)設(she)(she)計往往是(shi)不夠的，還需考(kao)慮(lv)設(she)(she)備管(guan)(guan)道布置、管(guan)(guan)道應力等(deng)因素。工(gong)程上(shang)法蘭(lan)密封的失效(xiao)常(chang)常(chang)是(shi)施工(gong)不規范或工(gong)程 設(she)(she)計中(zhong)忽略了較大的外載荷而(er)導致的，工(gong)程設(she)(she)計中(zhong)應重視對(dui)法蘭(lan)外載荷的校(xiao)核(he)。

  法(fa)蘭(lan)密(mi)封(feng)面與墊(dian)(dian)片之間存在(zai)(zai)著(zhu)無數很細(xi)小(xiao)的(de)(de)流(liu)動(dong)通道(dao)，介(jie)質將可能通過(guo)這些(xie)細(xi)小(xiao)的(de)(de)通道(dao)而(er)泄(xie)(xie)漏(lou)。密(mi)封(feng)的(de)(de)基本(ben)原(yuan)理(li)就是要使(shi)得介(jie)質在(zai)(zai)流(liu)經這種細(xi)小(xiao)通道(dao)時的(de)(de)壓(ya)力降大于密(mi)封(feng)腔內(nei)、外的(de)(de)壓(ya)力差。法(fa)蘭(lan)在(zai)(zai)力矩作(zuo)用下，如果剛度不(bu)足(zu)，就會形(xing)成(cheng)對墊(dian)(dian)片壓(ya)緊力的(de)(de)不(bu)均勻(yun)，從而(er)導致在(zai)(zai)墊(dian)(dian)片一(yi)側壓(ya)緊力較小(xiao)不(bu)能形(xing)成(cheng)有效密(mi)封(feng)，而(er)在(zai)(zai)墊(dian)(dian)片另一(yi)側壓(ya)力過(guo)大導致墊(dian)(dian)片壓(ya)潰，這就引起了法(fa)蘭(lan)接頭密(mi)封(feng)的(de)(de)失效即泄(xie)(xie)漏(lou)。

  管(guan)道(dao)的(de)(de)法(fa)蘭除承受內外(wai)壓外(wai)，還(huan)要承受管(guan)道(dao)及介質質量、熱膨脹、振動等(deng)(deng)引起的(de)(de)軸向力(li)和彎矩(ju)的(de)(de)作(zuo)用。通常法(fa)蘭的(de)(de)設(she)計，例如ASME B16.5沒有考慮管(guan)道(dao)外(wai)加荷(he)載、彎矩(ju)等(deng)(deng)的(de)(de)影響，為(wei)防止在操作(zuo)條件下發生泄漏和可(ke)能出(chu)現的(de)(de)損壞事故，必要時需(xu)(xu)要對已經選定的(de)(de)標準法(fa)蘭進行可(ke)靠(kao)性校核，以判斷(duan)是否需(xu)(xu)要采取進一步的(de)(de)安(an)全措施。法(fa)蘭外(wai)荷(he)載校核方法(fa)有很(hen)多(duo)種，詳細講述(shu)見(jian)《管(guan)道(dao)應力(li)分析與工程應用》一書。下面(mian)僅對管(guan)道(dao)設(she)計人(ren)員需(xu)(xu)掌握的(de)(de)基本內容做簡述(shu)。

1. 當量壓力法(fa)(fa)(fa)［Kellogg 當量壓力法(fa)(fa)(fa)（Peq法(fa)(fa)(fa)）］

  Kellogg 當量壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)法(fa)（equivalent pressure method）認為法(fa)蘭連接處(chu)的所有外部(bu)載荷(he)均作用在(zai)墊片上，軸向應力(li)(li)(li)(li)應處(chu)于(yu)安全范圍內。在(zai)這(zhe)個方(fang)法(fa)中，沒(mei)有考慮螺(luo)栓力(li)(li)(li)(li)的影響(xiang)，作用在(zai)法(fa)蘭上的軸向力(li)(li)(li)(li)和彎矩轉化成了當量壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)（Peq）。將這(zhe)兩個當量壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)與設計壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)相(xiang)加得(de)到總的當量壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)，并(bing)根據法(fa)蘭材料(liao)與ASME B16.5中的壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)-溫(wen)度等(deng)級表進行(xing)對比。如果總的當量壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)小(xiao)于(yu)等(deng)級表中相(xiang)應溫(wen)度下的許用壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)，即判定法(fa)蘭不(bu)會泄漏。此方(fang)法(fa)簡單可靠，但是(shi)過于(yu)保守(shou)。因為，外部(bu)載荷(he)實際上并(bing)不(bu)只作用于(yu)墊片，外部(bu)載荷(he)在(zai)墊片處(chu)產(chan)生的最大應力(li)(li)(li)(li)是(shi)在(zai)最外邊沿處(chu)，而由壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)產(chan)生的應力(li)(li)(li)(li)是(shi)均勻分布的。

  如(ru)圖5.4.1所(suo)示，將由于(yu)管道所(suo)受(shou)重力(li)和熱膨脹而產生的(de)作(zuo)用在法(fa)蘭上的(de)軸向力(li)F和彎矩M（M為作(zuo)用在法(fa)蘭上的(de)合力(li)矩）轉換成當量(liang)壓力(li)Pel和Po2,Pe1和Pe2相加得出總的(de)當量(liang)壓力(li)P。

  將計算得到的總壓力(li)P1與ASME B16.5中與法(fa)蘭(lan)材料相(xiang)關的對(dui)應溫度(du)下的壓力(li)進行對(dui)比(bi)。當(dang)P1小于此壓力(li)時，理論上認(ren)為(wei)法(fa)蘭(lan)不(bu)會發(fa)生泄漏，否則，認(ren)為(wei)存在泄漏的可能。

  所需數據：法蘭材料(liao)、壓(ya)力等級、工(gong)作壓(ya)力、工(gong)作溫度(du)、墊片(pian)內直徑和(he)有(you)效(xiao)寬度(du)、外(wai)部(bu)軸向力和(he)外(wai)部(bu)力矩，可以在下列規范找(zhao)到。

  法蘭(lan)材料：ASME B16.5 Table 1A，ASME B16.47 Table 1。

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

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

  墊片尺(chi)寸：ASME B16.20，ASME B16.21。

2.  ASME Section VIII Division 1法蘭外荷載校核方法

  ASME Section VIII Division 1 Appendix 2所采用(yong)的(de)法蘭設計(ji)方(fang)法是華(hua)脫爾斯(si)法（（E-.D.Waters），沿用(yong)至(zhi)今已達半個多世紀。該(gai)方(fang)法是簡單理論分析并(bing)帶有(you)經驗性(xing)質的(de)設計(ji)方(fang)法，是否能(neng)可(ke)靠(kao)保(bao)證密封性(xing)能(neng)存在質疑。補(bu)充了剛度(du)校(xiao)核及與其配套(tao)的(de)ASME PCC-1《承壓范圍螺栓法蘭連接件的(de)裝(zhuang)配指(zhi)南》，基(ji)本能(neng)夠保(bao)證工程(cheng)設計(ji)的(de)泄漏(lou)要求，因此(ci)仍被(bei)采用(yong)。

3. ASME BPVC VIII Division 2法蘭外荷載(zai)校(xiao)核(he)方法

  ASME BPVC VIII Division 2與(yu)Division 1類似，主(zhu)要區別(bie)在于(yu)：Division 1 參(can)考ASMESection II Part D Table 1A和1B的許用應力（采(cai)用最大主(zhu)應力確定）；Division 2參(can)考Table 5A和5B的許用應力（采(cai)用變形能理論或Von Mises屈(qu)服準則的確定）。Division 2考慮了(le)由于(yu)施加在法蘭上(shang)的軸向力和彎(wan)曲力矩而產(chan)生(sheng)的附(fu)加外部(bu)力矩。

4. ASME Section III Division 1-Subsection NC法(fa)蘭(lan)外荷載校核方法(fa)

  此校(xiao)核(he)方(fang)法(fa)源于(yu)ASME BPVC III-1-NC分卷(juan)第3658.3節，因此稱為NC 3658.3法(fa)，也稱為NC 3658.3最大屈服強度法(fa)。這個(ge)方(fang)法(fa)也是(shi)(shi)當(dang)量壓力，但只考(kao)慮(lv)了(le)彎矩的等效壓力。ASME BPVC III-I-NC卷(juan)是(shi)(shi)關于(yu)核(he)電站部件建設(she)標準，采(cai)用此方(fang)法(fa)對法(fa)蘭泄漏(lou)進行校(xiao)核(he)需要滿足一定(ding)的要求。當(dang)下列2個(ge)條件同時滿足時，才(cai)能(neng)使用NC 3658.3法(fa)校(xiao)核(he)法(fa)蘭泄漏(lou)：

   a. 法蘭、螺栓、墊片(pian)符合ASME 1316.5中的(de)要求；

   b. 螺(luo)栓材料在100F（38℃）下的(de)許用應力不小于20000psi（138 MPa）。

  此方法認為管(guan)道介(jie)質(zhi)內壓(ya)以及由管(guan)道變(bian)形所產生的(de)彎矩或扭矩都(dou)施(shi)加在螺(luo)栓上，并且(qie)假定應力都(dou)均勻分(fen)布在螺(luo)栓孔所處圓(yuan)周上，如(ru)果(guo)螺(luo)栓發生破壞，則法蘭產生泄漏。根據ASME BPVC III-1-NC分(fen)卷第3658.3節(jie)，滿足式（5.4.1）的(de)要(yao)求。

  當根據計算式(shi)得出的值小于等(deng)于時，則(ze)認為法(fa)蘭不(bu)會發生泄漏(lou)，否(fou)則(ze)認為會發生泄漏(lou)，需要采取(qu)方法(fa)（如提高法(fa)蘭磅級）解決。

  當量壓力法不適用于(yu)動載(zai)荷分析。

5. GB/T 20801法蘭外(wai)荷載校核方法

  GB/T 20801法(fa)蘭外荷載校核(he)列出(chu)了(le)4種方(fang)法(fa)。

  當管(guan)法蘭承受外加軸(zhou)向力或(huo)外加彎矩時，可(ke)按下列方法之一評估：

  a. 法(fa)(fa)蘭壓(ya)(ya)力-溫度額定值(zhi)-當量壓(ya)(ya)力方法(fa)(fa)。

  按(an)式（5.4.5）計(ji)(ji)算(suan)其(qi)外加軸向力(li)或(huo)外加彎矩的(de)當(dang)量壓力(li)p。，設計(ji)(ji)壓力(li)與當(dang)量壓力(li)之(zhi)和應不大(da)于法蘭(lan)的(de)壓力(li)-溫度額定值。經設計(ji)(ji)者同(tong)意，設計(ji)(ji)壓力(li)也可采用相應工況(kuang)下的(de)最大(da)工作壓力(li)。

  b. 泰(tai)(tai)勒方法(fa)(fa)(fa)-當(dang)(dang)量壓(ya)力(li)方法(fa)(fa)(fa)、泰(tai)(tai)勒方法(fa)(fa)(fa)-當(dang)(dang)量力(li)方法(fa)(fa)(fa)、泰(tai)(tai)勒方法(fa)(fa)(fa)-修正當(dang)(dang)量力(li)方法(fa)(fa)(fa)。對于法(fa)(fa)(fa)蘭剛度，必要時還(huan)可按GB／T 17186.1的規定校(xiao)核法(fa)(fa)(fa)蘭剛度。

6. 法蘭外荷載校核(he)過程

  法蘭應放在受外部彎矩盡可能小的(de)(de)地方。并(bing)不(bu)是每一處(chu)法蘭有了外加荷載都需要詳(xiang)細(xi)的(de)(de)校核。一般情(qing)況可根據管道專(zhuan)業設(she)計人的(de)(de)經驗，對下列法蘭進行詳(xiang)細(xi)的(de)(de)外荷載校核：

   ①. 法蘭等級在900磅及(ji)以上的高壓法蘭連接處；

   ②. 法蘭口徑在(zai)24＂及以(yi)上(shang)的法蘭連接處；

   ③. 承(cheng)載高(gao)溫、劇毒、易(yi)燃、易(yi)爆(bao)等流體的法蘭連接處；

   ④. 根據(ju)管道專(zhuan)業設(she)計人員經驗，認為(wei)需(xu)要詳細法蘭外荷載校核處；

   ⑤. 其他(ta)。

  Kellogg Peg法(fa)認為(wei)法(fa)蘭(lan)連接(jie)處的(de)所(suo)有(you)(you)外(wai)部載荷均作用在(zai)墊片上(shang)。NC 3658.3方(fang)(fang)(fang)法(fa)認為(wei)管(guan)道介質(zhi)內(nei)壓以及由管(guan)道變形所(suo)產生的(de)彎矩和扭矩都施加在(zai)螺栓上(shang)。而(er)ASME Section VIII方(fang)(fang)(fang)法(fa)主要(yao)是(shi)對(dui)(dui)法(fa)蘭(lan)應(ying)力進行計(ji)算比(bi)對(dui)(dui)。Kellogg Peq 法(fa)輸入(ru)簡便快捷(jie)，而(er) ASME Section VIII和NC 3658.3方(fang)(fang)(fang)法(fa)需要(yao)在(zai)相關標準中查閱大(da)量(liang)數(shu)據。Kellogg Peq法(fa)相對(dui)(dui)較保守，計(ji)算結果與現場實際(ji)情況(kuang)有(you)(you)偏差(cha)，ASME Section III和NC 3658.3方(fang)(fang)(fang)法(fa)相對(dui)(dui)更(geng)精確，與實際(ji)情況(kuang)更(geng)接(jie)近。

  在(zai)國內外一(yi)(yi)些大型工(gong)程公司(si)中一(yi)(yi)般(ban)結合這幾種(zhong)方案按以下流程校(xiao)(xiao)核(he)(he)(he)法(fa)(fa)蘭(lan)泄漏，都(dou)能保證現場實際運行(xing)過(guo)程的(de)(de)安全(quan)穩定。首先(xian)用(yong)Peq方法(fa)(fa)（Kellogg當量壓力(li)(li)法(fa)(fa)）校(xiao)(xiao)核(he)(he)(he)，如果(guo)通過(guo)，則設計(ji)法(fa)(fa)蘭(lan)不(bu)(bu)泄漏；若校(xiao)(xiao)核(he)(he)(he)不(bu)(bu)通過(guo)，再用(yong)ASME Section VIII方法(fa)(fa)校(xiao)(xiao)核(he)(he)(he)，通過(guo)則設計(ji)法(fa)(fa)蘭(lan)不(bu)(bu)泄漏，失敗就需要分析具體(ti)的(de)(de)原(yuan)因(yin)，修(xiu)改調整后再重(zhong)新校(xiao)(xiao)核(he)(he)(he)，直到(dao)通過(guo)為止(zhi)。僅螺(luo)栓的(de)(de)預(yu)緊應(ying)(ying)力(li)(li)在(zai)不(bu)(bu)論是否有軸(zhou)向力(li)(li)和彎矩的(de)(de)情況下，均超出許(xu)用(yong)應(ying)(ying)力(li)(li)值時，才使用(yong)NC3658.3方法(fa)(fa)進行(xing)校(xiao)(xiao)核(he)(he)(he)。見圖5.4.2所示。法(fa)(fa)蘭(lan)外荷載校(xiao)(xiao)核(he)(he)(he)方法(fa)(fa)詳細講述見《管道(dao)應(ying)(ying)力(li)(li)分析與(yu)工(gong)程應(ying)(ying)用(yong)》、《工(gong)業管道(dao)配(pei)管設計(ji)與(yu)工(gong)程應(ying)(ying)用(yong)》兩(liang)書。