壓力容器法蘭連接的螺栓預(yù)緊是保證法蘭連接點(diǎn)不發(fā)生泄漏的重要環(huán)節(jié)之一。如果預(yù)緊力不足，當(dāng)容器承受較高壓力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生泄漏。如果預(yù)緊力過(guò)大，超過(guò)螺栓的允許強(qiáng)度，會(huì)使螺栓產(chǎn)生塑性變形，這樣就破壞了螺栓的安全度，壓力容器投入運(yùn)行后是非常危險(xiǎn)的。有的壓力容器由于螺栓預(yù)緊力過(guò)大和各個(gè)螺栓受力不均勻，使設(shè)備法蘭處于不均勻的屈服狀態(tài)下工作，也會(huì)破壞法蘭的安全度，使法蘭使用壽命降低。那么，要在法蘭密封前施加給螺栓多大的力才能保證在壓緊墊片的同時(shí)在操作狀態(tài)下又不發(fā)生泄漏呢？

法蘭螺栓連接合格的判定標(biāo)準(zhǔn)

法蘭螺栓連接合格的判定標(biāo)準(zhǔn)，一般從以下兩方面考慮：1）密封性：做到“不漏即好"，即在水壓試驗(yàn)時(shí)，介質(zhì)不發(fā)生泄漏。2）安全性：做到螺栓危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力對(duì)碳素鋼不超過(guò)屈服極限的60%~70%，對(duì)合金鋼不超過(guò)屈服極限的50%~60%；密封墊片受到的比壓力大于最小密封比壓y，且一般不超過(guò)4y。

螺栓預(yù)緊力的計(jì)算方法

計(jì)算方法一：在我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T150-2011《壓力容器》中并沒(méi)有提及螺栓預(yù)緊力的計(jì)算方法，有人采用GB/T150中的螺栓設(shè)計(jì)載荷W計(jì)算預(yù)緊時(shí)的擰緊力矩：T=KWd（K的取值可參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》相關(guān)章節(jié)）

GB/T150采用的是Tayor-Water作為螺栓法蘭的設(shè)計(jì)方法，僅將法蘭視作一個(gè)獨(dú)立的承壓元件，只考慮其強(qiáng)度失效，而未考慮另一個(gè)更貼近實(shí)際的法蘭失效模式——?jiǎng)偠龋ㄗ冃危┮鸬拿芊猓ㄐ孤┦А?/span>

Taylor-Waters法是一種強(qiáng)度計(jì)算方法，可用于確定螺栓面積和法蘭環(huán)厚度的強(qiáng)度計(jì)算。但Taylor-Waters法不能反映法蘭接頭的密封要求，大量實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)安裝表明，按Taylor-Waters法所得的預(yù)緊力不能保證法蘭接頭，尤其是氣體介質(zhì)的密封要求。

由于耐壓試驗(yàn)壓力大于設(shè)計(jì)壓力，考慮到法蘭轉(zhuǎn)角、墊片松弛、螺栓伸長(zhǎng)等因素，因此，GB/T150中的法蘭計(jì)算僅是用來(lái)確定需要的最小螺栓截面積之用，實(shí)際螺栓預(yù)緊力必須大于“螺栓設(shè)計(jì)載荷"，同樣是采用Taylor-Waters法的進(jìn)行法蘭設(shè)計(jì)方的ASME中也在ASME B&PV Ⅲ附錄Ⅻ 1100中規(guī)定實(shí)際螺栓預(yù)緊力提高至設(shè)計(jì)值的1.5倍以上是必要的。

計(jì)算方法二：周體偉考慮內(nèi)壓作用和墊片在升壓過(guò)程中松弛的綜合結(jié)果，提出了一種法蘭螺栓預(yù)緊力的計(jì)算方法。

操作時(shí)法蘭接頭的連接螺栓受力有如下三部分組成：1）容器或管道中流體壓力P；2徑向外力Pr；3）彎矩M?？梢砸陨虾?jiǎn)化折算為壓力，稱為相當(dāng)壓力Pe：實(shí)際上采用將P適當(dāng)增大的方法求得Pe，一般Pe≤1.5P。

假設(shè)預(yù)緊力為f，亦即預(yù)緊時(shí)的螺栓載荷f。此時(shí)f僅是壓緊墊片而引起的。當(dāng)操作時(shí)，隨著操作壓力的上升，螺栓載荷由f開(kāi)始變化，直到壓力引起的螺栓載荷增加值達(dá)到F為止。在此過(guò)程中，螺栓一方面隨載荷的增長(zhǎng)而變形伸長(zhǎng)，f值也增大；另一方面，螺栓伸長(zhǎng)又減小了對(duì)墊片的壓縮，使螺栓載荷值f減小。

由此，只要算出由內(nèi)壓Pe作用引起的墊片松弛所減少的壓緊力ΔF，就可以用它和Fp（操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力）求得預(yù)緊力f。f=Fp+ΔF其中，Fp=6.28DGbmPe。ΔF可由墊片回彈變形與螺栓伸長(zhǎng)的變形協(xié)調(diào)公式得出

螺栓預(yù)緊力f：

計(jì)算方法三：

查表法，一般專業(yè)公司會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定螺栓預(yù)緊力數(shù)據(jù)表格，操作時(shí)直接查表得出。下表為某專業(yè)公司操作參數(shù)對(duì)應(yīng)的螺栓預(yù)緊力矩。

計(jì)算方法四：歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN13445.4“非直接火壓力容器"中附錄G提出了法蘭連接的另一種設(shè)計(jì)方法。該附錄直接引用EN1591“法蘭及其接頭帶墊片的圓形法蘭連接設(shè)計(jì)規(guī)則"。

該方法包括的法蘭結(jié)構(gòu)形式有整體法蘭、松式法蘭、法蘭連接的凸形封頭和法蘭平蓋?？紤]法蘭在各種載荷的作用下會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)變形，而法蘭密封面與墊片的有效接觸寬度又直接影響到密封所需要的螺栓力。因此，在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中將需要進(jìn)行一些迭代過(guò)程。EN13445.4附錄G所列的法蘭設(shè)計(jì)方法是一種基于密封性緊密度的設(shè)計(jì)方法，該方法確定了滿足密封要求所需要的螺栓力和裝配時(shí)所需要的螺栓預(yù)緊力矩，這就保證了對(duì)墊片、螺栓、法蘭等零件進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)采用載荷與實(shí)際工況下的載荷是較為吻合的。同時(shí)，所有對(duì)連接接頭所作的強(qiáng)度校核也是為了達(dá)到密封的目的。