螺栓法蘭連接是壓力容器和管道中的常用部件。它的合理設(shè)計不僅保證設(shè)備和管道的長期安全使用,還可避免物料外漏、減少損失、避免環(huán)境污染、防止重大事故發(fā)生和避免人員傷亡。由于許多事故都是由法蘭連接泄漏造成的,其合理設(shè)計和有關(guān)的技術(shù)要求越來越被重視。
傳統(tǒng)的螺栓法蘭設(shè)計方法是基于TaylorForg。方法:ASME規(guī)范VIII-1就是基于這一方法。ASME規(guī)范VIII-1,從1940至今基本沒有什么大的變化。該方法是國際上許多壓力容器設(shè)計規(guī)范最常用的方法,包括采用墊片系數(shù)進行法蘭強度計算。按照該方法設(shè)計的法蘭己被廣泛用于壓力容器和管道行業(yè)。只要設(shè)計合理,該方法能滿足大多數(shù)應(yīng)用場合的要求。一些標(biāo)準(zhǔn)法蘭,如EN1092和ASME816.5,就是根據(jù)上述方法制定的。因此,采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭就可以免去詳細的螺栓法蘭強度計算。
法蘭受力后會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動變形,這往往是造成法蘭連接密封泄漏的一個主要原因。因此在后來的ASME規(guī)范中又引入了剛度系數(shù)的計算來控制轉(zhuǎn)角變形,但這一做法并沒有被其他壓力容器規(guī)范普遍采用,如PD5500。
螺栓法蘭連接的三大主要部件為法蘭、螺栓和墊片,它們各起不同的作用。法蘭應(yīng)有足夠的剛度,因此法蘭的設(shè)計實際為剛度設(shè)計。雖然只校核法蘭應(yīng)力,但實際上是通過限制應(yīng)力來達到限制轉(zhuǎn)角變形的目的。但是這仍然不夠,因此ASME規(guī)范又增加了剛度計算的要求。螺栓主要是強度設(shè)計,螺栓一定要有足夠的強度來承擔(dān)內(nèi)壓載荷和墊片載荷??刂坡菟ㄝd荷很重要,由于螺栓預(yù)緊載荷較難控制,加上螺紋根部存在應(yīng)力集中,因此螺栓的許用應(yīng)力安全系數(shù)就比其他受壓部件高。墊片是保證密封的重要部件,除了應(yīng)滿足操作工況的要求外,如墊片材料不與介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、墊片材料適用于所需的操作溫度等,墊片還應(yīng)具有剛中有柔、柔中有剛的特點,使其既有足夠的強度而不會被壓壞,又能有足夠的回彈。