某工程管道法蘭在試運行時，發現泄漏，管道專業設計人員認為是施工方未擰緊螺栓，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(yi)管道(dao)(dao)流(liu)體壓(ya)(ya)力工(gong)況(kuang)下，螺栓荷載(zai)、墊(dian)片反力和介(jie)質內(nei)(nei)壓(ya)(ya)力的(de)(de)(de)(de)(de)合成力矩會引(yin)起法蘭(lan)產生變形（轉角）而導(dao)致密封失效。但是在工(gong)程實際，管道(dao)(dao)運行過程中(zhong)還會受(shou)(shou)到附(fu)加外力及力矩，法蘭(lan)接頭除(chu)承(cheng)受(shou)(shou)內(nei)(nei)壓(ya)(ya)外還要(yao)承(cheng)受(shou)(shou)上(shang)(shang)述(shu)附(fu)加載(zai)荷。如果(guo)法蘭(lan)壓(ya)(ya)力等(deng)級(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)確定，僅從法蘭(lan)器材選(xuan)用內(nei)(nei)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)角度考(kao)慮(lv)設(she)計(ji)往往是不(bu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)，還需考(kao)慮(lv)設(she)備管道(dao)(dao)布(bu)置、管道(dao)(dao)應力等(deng)因素。工(gong)程上(shang)(shang)法蘭(lan)密封的(de)(de)(de)(de)(de)失效常(chang)常(chang)是施(shi)工(gong)不(bu)規范或(huo)工(gong)程 設(she)計(ji)中(zhong)忽(hu)略了(le)較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)(de)外載(zai)荷而導(dao)致的(de)(de)(de)(de)(de)，工(gong)程設(she)計(ji)中(zhong)應重視對法蘭(lan)外載(zai)荷的(de)(de)(de)(de)(de)校核。

  法(fa)蘭(lan)密封(feng)面與墊(dian)片(pian)(pian)(pian)之間存(cun)在(zai)(zai)著無數很(hen)細小的(de)流動通道(dao)，介質(zhi)將(jiang)可能通過這些細小的(de)通道(dao)而泄漏(lou)。密封(feng)的(de)基本原(yuan)理(li)就是要使得介質(zhi)在(zai)(zai)流經這種(zhong)細小通道(dao)時的(de)壓(ya)(ya)(ya)力降大(da)于密封(feng)腔內、外的(de)壓(ya)(ya)(ya)力差(cha)。法(fa)蘭(lan)在(zai)(zai)力矩作用(yong)下(xia)，如果剛度(du)不足，就會(hui)形(xing)成(cheng)(cheng)對(dui)墊(dian)片(pian)(pian)(pian)壓(ya)(ya)(ya)緊力的(de)不均勻(yun)，從(cong)而導致在(zai)(zai)墊(dian)片(pian)(pian)(pian)一側(ce)壓(ya)(ya)(ya)緊力較小不能形(xing)成(cheng)(cheng)有效(xiao)密封(feng)，而在(zai)(zai)墊(dian)片(pian)(pian)(pian)另一側(ce)壓(ya)(ya)(ya)力過大(da)導致墊(dian)片(pian)(pian)(pian)壓(ya)(ya)(ya)潰(kui)，這就引起了法(fa)蘭(lan)接頭密封(feng)的(de)失(shi)效(xiao)即(ji)泄漏(lou)。

  管(guan)(guan)道的(de)(de)(de)法(fa)蘭(lan)除承受(shou)內外(wai)壓外(wai)，還要(yao)承受(shou)管(guan)(guan)道及介質質量、熱膨脹(zhang)、振動等引(yin)起的(de)(de)(de)軸向(xiang)力和(he)彎(wan)矩的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用。通常法(fa)蘭(lan)的(de)(de)(de)設計，例(li)如ASME B16.5沒有(you)考慮管(guan)(guan)道外(wai)加荷載(zai)(zai)、彎(wan)矩等的(de)(de)(de)影響，為(wei)防止在操作(zuo)(zuo)條(tiao)件下(xia)(xia)發生(sheng)泄(xie)漏和(he)可能出現的(de)(de)(de)損(sun)壞事故，必要(yao)時需(xu)要(yao)對(dui)已經選(xuan)定的(de)(de)(de)標(biao)準(zhun)法(fa)蘭(lan)進(jin)行可靠性校(xiao)核，以判斷是否需(xu)要(yao)采取進(jin)一(yi)(yi)步(bu)的(de)(de)(de)安全措(cuo)施。法(fa)蘭(lan)外(wai)荷載(zai)(zai)校(xiao)核方法(fa)有(you)很多種，詳細講述(shu)見《管(guan)(guan)道應(ying)力分析與工程應(ying)用》一(yi)(yi)書(shu)。下(xia)(xia)面僅對(dui)管(guan)(guan)道設計人員需(xu)掌握的(de)(de)(de)基本內容做(zuo)簡述(shu)。

1. 當量壓(ya)力法［Kellogg 當量壓(ya)力法（Peq法）］

  Kellogg 當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)法(fa)（equivalent pressure method）認為法(fa)蘭連接處的(de)所有(you)外(wai)(wai)部(bu)載荷均作(zuo)用在(zai)墊(dian)片上(shang)(shang)，軸(zhou)向應(ying)力(li)(li)(li)(li)應(ying)處于(yu)安(an)全范圍內。在(zai)這個(ge)方法(fa)中，沒有(you)考慮螺栓力(li)(li)(li)(li)的(de)影(ying)響，作(zuo)用在(zai)法(fa)蘭上(shang)(shang)的(de)軸(zhou)向力(li)(li)(li)(li)和彎矩(ju)轉(zhuan)化成了當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)（Peq）。將(jiang)這兩個(ge)當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)與設計壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)相加得到總的(de)當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)，并(bing)根據法(fa)蘭材料(liao)與ASME B16.5中的(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)-溫(wen)度等(deng)級表進(jin)行對(dui)比(bi)。如果總的(de)當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)小于(yu)等(deng)級表中相應(ying)溫(wen)度下(xia)的(de)許(xu)用壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)，即判定法(fa)蘭不會泄(xie)漏。此(ci)方法(fa)簡單可靠，但(dan)是過于(yu)保守。因為，外(wai)(wai)部(bu)載荷實際上(shang)(shang)并(bing)不只作(zuo)用于(yu)墊(dian)片，外(wai)(wai)部(bu)載荷在(zai)墊(dian)片處產生(sheng)的(de)最大(da)應(ying)力(li)(li)(li)(li)是在(zai)最外(wai)(wai)邊沿處，而由壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)產生(sheng)的(de)應(ying)力(li)(li)(li)(li)是均勻分布的(de)。

  如圖5.4.1所(suo)示，將由(you)于(yu)管道所(suo)受重力(li)和(he)熱膨脹(zhang)而產(chan)生(sheng)的作(zuo)用在法(fa)蘭(lan)上(shang)的軸(zhou)向力(li)F和(he)彎(wan)矩(ju)(ju)M（M為作(zuo)用在法(fa)蘭(lan)上(shang)的合(he)力(li)矩(ju)(ju)）轉(zhuan)換成當量壓力(li)Pel和(he)Po2,Pe1和(he)Pe2相加(jia)得出(chu)總的當量壓力(li)P。

  將計算得(de)到的(de)總(zong)壓(ya)力(li)P1與ASME B16.5中與法蘭材料相關的(de)對(dui)應溫度下的(de)壓(ya)力(li)進行對(dui)比。當P1小于此壓(ya)力(li)時，理論上認為法蘭不會發生泄(xie)漏，否則，認為存在泄(xie)漏的(de)可能。

  所(suo)需數據：法蘭材料、壓力等級、工(gong)作(zuo)壓力、工(gong)作(zuo)溫度(du)、墊(dian)片內(nei)直徑和(he)有效寬度(du)、外部(bu)軸向力和(he)外部(bu)力矩，可(ke)以在(zai)下列規范找到。

  法蘭材料：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。

  墊片材料：ASME B16.5 NONMANDATORY APPENDIX B，ASME B16.47 Table B-1。

  墊片尺寸：ASME B16.20，ASME B16.21。

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

  ASME Section VIII Division 1 Appendix 2所采用的(de)(de)法蘭設計方法是華(hua)脫爾(er)斯(si)法（（E-.D.Waters），沿用至今已(yi)達半個多世紀。該方法是簡單理論分析(xi)并帶有經驗(yan)性質(zhi)的(de)(de)設計方法，是否能(neng)可靠保證(zheng)(zheng)密封(feng)性能(neng)存在質(zhi)疑。補充了剛度校核及與其配套的(de)(de)ASME PCC-1《承壓范圍螺(luo)栓法蘭連接件的(de)(de)裝配指(zhi)南》，基(ji)本能(neng)夠保證(zheng)(zheng)工程設計的(de)(de)泄(xie)漏要求(qiu)，因此仍被采用。

3. ASME BPVC VIII Division 2法蘭外荷載校核方法

  ASME BPVC VIII Division 2與Division 1類似，主要(yao)區別在于：Division 1 參考(kao)ASMESection II Part D Table 1A和1B的(de)(de)許用應力(li)（采用最(zui)大主應力(li)確定）；Division 2參考(kao)Table 5A和5B的(de)(de)許用應力(li)（采用變形(xing)能(neng)理(li)論或(huo)Von Mises屈服準則的(de)(de)確定）。Division 2考(kao)慮了由于施(shi)加在法蘭上(shang)的(de)(de)軸向力(li)和彎(wan)曲力(li)矩而產生的(de)(de)附加外部(bu)力(li)矩。

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

  此校核(he)方法(fa)(fa)(fa)源(yuan)于ASME BPVC III-1-NC分卷第3658.3節(jie)，因(yin)此稱為(wei)NC 3658.3法(fa)(fa)(fa)，也稱為(wei)NC 3658.3最(zui)大屈服強度(du)法(fa)(fa)(fa)。這個(ge)方法(fa)(fa)(fa)也是當(dang)量壓力，但只考慮了彎(wan)矩(ju)的等效壓力。ASME BPVC III-I-NC卷是關于核(he)電站部件建設(she)標準，采用此方法(fa)(fa)(fa)對(dui)法(fa)(fa)(fa)蘭泄(xie)漏進行校核(he)需要滿足一定的要求(qiu)。當(dang)下(xia)列(lie)2個(ge)條件同時(shi)滿足時(shi)，才能使用NC 3658.3法(fa)(fa)(fa)校核(he)法(fa)(fa)(fa)蘭泄(xie)漏：

   a. 法蘭、螺(luo)栓、墊(dian)片符合ASME 1316.5中的(de)要(yao)求；

   b. 螺栓材料在100F（38℃）下的許(xu)用應力不小于20000psi（138 MPa）。

  此方法認為管道(dao)介(jie)質內壓(ya)以及由(you)管道(dao)變形所產生的彎矩或扭(niu)矩都施加(jia)在螺栓(shuan)上(shang)，并且假定(ding)應(ying)力都均勻(yun)分(fen)布在螺栓(shuan)孔所處圓周上(shang)，如果螺栓(shuan)發生破壞，則法蘭產生泄(xie)漏(lou)。根據ASME BPVC III-1-NC分(fen)卷第3658.3節，滿足式（5.4.1）的要(yao)求。

  當根據計算式得(de)出的值小于等于時，則認為法蘭(lan)(lan)不會(hui)發(fa)生泄漏，否則認為會(hui)發(fa)生泄漏，需要(yao)采取方法（如提高法蘭(lan)(lan)磅級）解決。

  當量(liang)壓力(li)法不適用(yong)于(yu)動載荷分析。

5. GB/T 20801法蘭外荷載校核方法

  GB/T 20801法(fa)蘭外(wai)荷載校核(he)列出了4種(zhong)方(fang)法(fa)。

  當(dang)管法蘭承受(shou)外(wai)加軸向力(li)或外(wai)加彎(wan)矩時，可按下列方法之一評(ping)估：

  a. 法蘭壓力-溫度額定(ding)值-當量壓力方(fang)法。

  按式（5.4.5）計(ji)算其(qi)外加軸向力(li)或外加彎矩的當(dang)量壓(ya)力(li)p。，設(she)計(ji)壓(ya)力(li)與當(dang)量壓(ya)力(li)之和應不大于(yu)法蘭的壓(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)也可采用相應工(gong)況下的最大工(gong)作壓(ya)力(li)。

  b. 泰(tai)勒方(fang)法(fa)(fa)(fa)-當(dang)量(liang)壓力方(fang)法(fa)(fa)(fa)、泰(tai)勒方(fang)法(fa)(fa)(fa)-當(dang)量(liang)力方(fang)法(fa)(fa)(fa)、泰(tai)勒方(fang)法(fa)(fa)(fa)-修正當(dang)量(liang)力方(fang)法(fa)(fa)(fa)。對于(yu)法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)剛(gang)度(du)，必(bi)要時還可按GB／T 17186.1的規定校核法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)剛(gang)度(du)。

6. 法(fa)蘭(lan)外荷載校核過程(cheng)

  法蘭(lan)應放在受外(wai)部彎矩(ju)盡(jin)可能小的地方。并不是每一處法蘭(lan)有了外(wai)加荷載都(dou)需要詳細(xi)的校核(he)。一般情況可根據管道專業(ye)設計人的經(jing)驗(yan)，對下列法蘭(lan)進行詳細(xi)的外(wai)荷載校核(he)：

   ①. 法蘭等(deng)級(ji)在900磅(bang)及以上(shang)的高壓法蘭連接處；

   ②. 法蘭口徑在24＂及以(yi)上的法蘭連接處；

   ③. 承載高(gao)溫、劇毒、易(yi)燃、易(yi)爆等流體(ti)的法蘭連接處(chu)；

   ④. 根據管道專業設計(ji)人員(yuan)經驗，認為需要詳細法蘭外荷(he)載校核處；

   ⑤. 其他。

  Kellogg Peg法(fa)認(ren)為法(fa)蘭連接處(chu)的所(suo)有(you)外部載(zai)荷均作用(yong)在墊(dian)片(pian)上(shang)。NC 3658.3方(fang)(fang)法(fa)認(ren)為管(guan)道介質內壓以及由管(guan)道變(bian)形(xing)所(suo)產生的彎矩和(he)(he)扭矩都施加(jia)在螺栓上(shang)。而(er)ASME Section VIII方(fang)(fang)法(fa)主要(yao)(yao)是對(dui)法(fa)蘭應力進行計(ji)算比(bi)對(dui)。Kellogg Peq 法(fa)輸入簡便快捷，而(er) ASME Section VIII和(he)(he)NC 3658.3方(fang)(fang)法(fa)需要(yao)(yao)在相(xiang)關(guan)標準中查(cha)閱大(da)量數據(ju)。Kellogg Peq法(fa)相(xiang)對(dui)較保守，計(ji)算結果與現場實際情(qing)(qing)況有(you)偏差，ASME Section III和(he)(he)NC 3658.3方(fang)(fang)法(fa)相(xiang)對(dui)更精確，與實際情(qing)(qing)況更接近。

  在國內外一(yi)些(xie)大型(xing)工(gong)程公司中一(yi)般結(jie)合這幾種方案按以(yi)下(xia)(xia)流(liu)程校(xiao)(xiao)核(he)(he)法蘭(lan)泄漏(lou)(lou)，都(dou)能保(bao)證現(xian)場實際運行過(guo)程的(de)安全穩(wen)定。首先用Peq方法（Kellogg當量(liang)壓(ya)力(li)法）校(xiao)(xiao)核(he)(he)，如(ru)果通(tong)過(guo)，則(ze)設計法蘭(lan)不泄漏(lou)(lou)；若校(xiao)(xiao)核(he)(he)不通(tong)過(guo)，再用ASME Section VIII方法校(xiao)(xiao)核(he)(he)，通(tong)過(guo)則(ze)設計法蘭(lan)不泄漏(lou)(lou)，失敗就需要(yao)分析具體的(de)原因，修(xiu)改調整后再重新(xin)校(xiao)(xiao)核(he)(he)，直到通(tong)過(guo)為止。僅螺栓的(de)預緊應(ying)力(li)在不論(lun)是(shi)否有(you)軸向力(li)和彎矩的(de)情況下(xia)(xia)，均超(chao)出許用應(ying)力(li)值時(shi)，才使用NC3658.3方法進行校(xiao)(xiao)核(he)(he)。見(jian)圖5.4.2所示。法蘭(lan)外荷載(zai)校(xiao)(xiao)核(he)(he)方法詳細講述見(jian)《管道應(ying)力(li)分析與(yu)工(gong)程應(ying)用》、《工(gong)業管道配管設計與(yu)工(gong)程應(ying)用》兩書(shu)。