某工程管道法(fa)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(dan)一管(guan)道(dao)流體壓(ya)力(li)(li)工(gong)(gong)況下，螺栓(shuan)荷載、墊片反力(li)(li)和(he)介質內(nei)壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)合成(cheng)力(li)(li)矩會引起法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)產生變形（轉角(jiao)）而(er)導(dao)致(zhi)密(mi)封失(shi)效(xiao)。但是(shi)在工(gong)(gong)程實際，管(guan)道(dao)運(yun)行過程中還(huan)會受(shou)到附加外(wai)(wai)力(li)(li)及力(li)(li)矩，法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)接頭除承(cheng)受(shou)內(nei)壓(ya)外(wai)(wai)還(huan)要承(cheng)受(shou)上述附加載荷。如果法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)壓(ya)力(li)(li)等級的(de)(de)確定，僅從法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)器材選用內(nei)壓(ya)的(de)(de)角(jiao)度(du)考慮設計往(wang)往(wang)是(shi)不夠的(de)(de)，還(huan)需考慮設備管(guan)道(dao)布置、管(guan)道(dao)應力(li)(li)等因素。工(gong)(gong)程上法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)密(mi)封的(de)(de)失(shi)效(xiao)常常是(shi)施工(gong)(gong)不規范(fan)或工(gong)(gong)程 設計中忽略了較大的(de)(de)外(wai)(wai)載荷而(er)導(dao)致(zhi)的(de)(de)，工(gong)(gong)程設計中應重視對法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)外(wai)(wai)載荷的(de)(de)校核。
法(fa)蘭密(mi)(mi)封(feng)面與墊(dian)片(pian)(pian)(pian)之間存在(zai)著(zhu)無數(shu)很細(xi)小(xiao)的(de)流動通道(dao)，介質將可能通過這(zhe)些(xie)細(xi)小(xiao)的(de)通道(dao)而泄(xie)漏。密(mi)(mi)封(feng)的(de)基(ji)本原理就(jiu)是要使得介質在(zai)流經這(zhe)種細(xi)小(xiao)通道(dao)時的(de)壓(ya)力(li)降(jiang)大于密(mi)(mi)封(feng)腔內(nei)、外的(de)壓(ya)力(li)差(cha)。法(fa)蘭在(zai)力(li)矩作用下，如(ru)果剛度不足，就(jiu)會形成對墊(dian)片(pian)(pian)(pian)壓(ya)緊力(li)的(de)不均勻，從而導(dao)致在(zai)墊(dian)片(pian)(pian)(pian)一(yi)側壓(ya)緊力(li)較小(xiao)不能形成有效(xiao)密(mi)(mi)封(feng)，而在(zai)墊(dian)片(pian)(pian)(pian)另一(yi)側壓(ya)力(li)過大導(dao)致墊(dian)片(pian)(pian)(pian)壓(ya)潰，這(zhe)就(jiu)引起了法(fa)蘭接頭密(mi)(mi)封(feng)的(de)失效(xiao)即泄(xie)漏。
管(guan)道(dao)(dao)的(de)(de)法蘭(lan)除(chu)承(cheng)受內(nei)外(wai)壓外(wai)，還要(yao)承(cheng)受管(guan)道(dao)(dao)及介質(zhi)質(zhi)量、熱膨(peng)脹(zhang)、振(zhen)動等(deng)引起的(de)(de)軸向(xiang)力(li)和(he)彎矩的(de)(de)作用。通常(chang)法蘭(lan)的(de)(de)設計(ji)，例如(ru)ASME B16.5沒有考慮(lv)管(guan)道(dao)(dao)外(wai)加荷載(zai)、彎矩等(deng)的(de)(de)影響，為防止在操作條(tiao)件下發(fa)生泄漏(lou)和(he)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)的(de)(de)損壞事故，必要(yao)時需要(yao)對已經選(xuan)定(ding)的(de)(de)標準法蘭(lan)進行(xing)可(ke)靠性校核(he)(he)，以判斷是否需要(yao)采(cai)取進一(yi)步(bu)的(de)(de)安全措(cuo)施。法蘭(lan)外(wai)荷載(zai)校核(he)(he)方法有很多種，詳細(xi)講述(shu)見《管(guan)道(dao)(dao)應(ying)力(li)分析(xi)與工程應(ying)用》一(yi)書。下面僅對管(guan)道(dao)(dao)設計(ji)人員需掌握(wo)的(de)(de)基本內(nei)容做簡述(shu)。
1. 當量壓力法(fa)［Kellogg 當量壓力法(fa)（Peq法(fa)）］
Kellogg 當(dang)量(liang)(liang)壓力(li)(li)(li)法（equivalent pressure method）認為(wei)法蘭(lan)連接(jie)處(chu)的(de)所有外部載(zai)荷(he)均(jun)作(zuo)(zuo)用在(zai)(zai)墊片(pian)上(shang)，軸向應(ying)力(li)(li)(li)應(ying)處(chu)于(yu)安全范(fan)圍(wei)內。在(zai)(zai)這個方法中，沒(mei)有考(kao)慮螺栓力(li)(li)(li)的(de)影響(xiang)，作(zuo)(zuo)用在(zai)(zai)法蘭(lan)上(shang)的(de)軸向力(li)(li)(li)和彎矩轉化成(cheng)了當(dang)量(liang)(liang)壓力(li)(li)(li)（Peq）。將這兩個當(dang)量(liang)(liang)壓力(li)(li)(li)與(yu)設計壓力(li)(li)(li)相加(jia)得到總的(de)當(dang)量(liang)(liang)壓力(li)(li)(li)，并(bing)根據(ju)法蘭(lan)材料(liao)與(yu)ASME B16.5中的(de)壓力(li)(li)(li)-溫(wen)度等(deng)(deng)級(ji)表進行對比。如果總的(de)當(dang)量(liang)(liang)壓力(li)(li)(li)小于(yu)等(deng)(deng)級(ji)表中相應(ying)溫(wen)度下的(de)許用壓力(li)(li)(li)，即判定法蘭(lan)不會(hui)泄漏(lou)。此方法簡單可靠，但是(shi)過于(yu)保守。因為(wei)，外部載(zai)荷(he)實際上(shang)并(bing)不只作(zuo)(zuo)用于(yu)墊片(pian)，外部載(zai)荷(he)在(zai)(zai)墊片(pian)處(chu)產生(sheng)的(de)最大(da)應(ying)力(li)(li)(li)是(shi)在(zai)(zai)最外邊(bian)沿處(chu)，而(er)由壓力(li)(li)(li)產生(sheng)的(de)應(ying)力(li)(li)(li)是(shi)均(jun)勻分布的(de)。
如(ru)圖5.4.1所示，將由于管(guan)道所受重力和熱膨脹(zhang)而產生的(de)作(zuo)用(yong)在法蘭(lan)上(shang)的(de)軸向力F和彎矩M（M為(wei)作(zuo)用(yong)在法蘭(lan)上(shang)的(de)合力矩）轉換(huan)成當量壓(ya)力Pel和Po2,Pe1和Pe2相加得出總(zong)的(de)當量壓(ya)力P。
將計算得(de)到的總壓力P1與ASME B16.5中與法(fa)蘭材料相關的對應溫度下的壓力進行對比。當P1小于此壓力時(shi)，理論上認為法(fa)蘭不(bu)會發生泄漏，否(fou)則(ze)，認為存(cun)在泄漏的可能(neng)。
所需數據(ju)：法蘭材料、壓(ya)力(li)等級、工(gong)作壓(ya)力(li)、工(gong)作溫(wen)度(du)、墊片內直徑和(he)(he)有(you)效寬(kuan)度(du)、外部軸(zhou)向力(li)和(he)(he)外部力(li)矩，可以在(zai)下列規(gui)范找(zhao)到。
法蘭材料：ASME B16.5 Table 1A，ASME B16.47 Table 1。
溫(wen)壓曲線：ASME B16.5 Table 2，ASME B16.47 Table 3～Table 27。
墊(dian)片材料：ASME B16.5 NONMANDATORY APPENDIX B，ASME B16.47 Table B-1。
墊片(pian)尺(chi)寸：ASME B16.20，ASME B16.21。
2. ASME Section VIII Division 1法(fa)蘭外(wai)荷載校核方(fang)法(fa)
ASME Section VIII Division 1 Appendix 2所(suo)采用(yong)的法(fa)(fa)蘭(lan)設計(ji)方法(fa)(fa)是(shi)華(hua)脫爾斯法(fa)(fa)（（E-.D.Waters），沿(yan)用(yong)至今(jin)已達半個(ge)多(duo)世(shi)紀。該方法(fa)(fa)是(shi)簡單理(li)論分析并(bing)帶(dai)有經(jing)驗性質的設計(ji)方法(fa)(fa)，是(shi)否能(neng)可(ke)靠保證密封(feng)性能(neng)存在質疑。補(bu)充了剛(gang)度校核及(ji)與其配(pei)套的ASME PCC-1《承壓范圍(wei)螺栓法(fa)(fa)蘭(lan)連接件的裝配(pei)指南》，基本能(neng)夠保證工(gong)程(cheng)設計(ji)的泄漏(lou)要求，因此仍被采用(yong)。
3. ASME BPVC VIII Division 2法蘭外荷載校(xiao)核方法
ASME BPVC VIII Division 2與(yu)Division 1類(lei)似(si)，主要區別在于：Division 1 參考ASMESection II Part D Table 1A和1B的許用(yong)應力（采用(yong)最大主應力確定）；Division 2參考Table 5A和5B的許用(yong)應力（采用(yong)變形能理論(lun)或Von Mises屈服(fu)準則的確定）。Division 2考慮了由于施(shi)加在法(fa)蘭上的軸向力和彎曲力矩而(er)產(chan)生的附加外部力矩。
4. ASME Section III Division 1-Subsection NC法蘭外荷載(zai)校核(he)方法
此(ci)(ci)校(xiao)(xiao)核(he)方(fang)法源(yuan)于(yu)ASME BPVC III-1-NC分卷第(di)3658.3節(jie)，因(yin)此(ci)(ci)稱為NC 3658.3法，也稱為NC 3658.3最大屈服強度法。這(zhe)個方(fang)法也是(shi)當(dang)量壓力，但(dan)只考慮了彎矩的等效壓力。ASME BPVC III-I-NC卷是(shi)關于(yu)核(he)電站部件建(jian)設(she)標準，采用此(ci)(ci)方(fang)法對(dui)法蘭泄漏進(jin)行(xing)校(xiao)(xiao)核(he)需要滿(man)(man)足(zu)一(yi)定的要求。當(dang)下列2個條件同時(shi)滿(man)(man)足(zu)時(shi)，才能(neng)使用NC 3658.3法校(xiao)(xiao)核(he)法蘭泄漏：
a. 法蘭(lan)、螺栓、墊片符合(he)ASME 1316.5中的要求(qiu)；
b. 螺栓材料在100F（38℃）下的許用應力不(bu)小(xiao)于20000psi（138 MPa）。
此方法認(ren)為(wei)管道(dao)介質(zhi)內壓以及由管道(dao)變形所產(chan)生的彎(wan)矩或扭矩都施加在螺栓(shuan)上(shang)，并且假(jia)定應力都均勻分布在螺栓(shuan)孔所處圓(yuan)周上(shang)，如果螺栓(shuan)發生破壞，則(ze)法蘭產(chan)生泄漏(lou)。根(gen)據(ju)ASME BPVC III-1-NC分卷(juan)第3658.3節，滿(man)足式（5.4.1）的要求。
當根(gen)據計算式得出的值(zhi)小于等于時(shi)，則認(ren)為法蘭(lan)不(bu)會(hui)發(fa)生泄(xie)漏(lou)，否則認(ren)為會(hui)發(fa)生泄(xie)漏(lou)，需(xu)要采取方法（如提(ti)高法蘭(lan)磅級）解決。
當量壓力(li)法不適用于動載荷分析。
5. GB/T 20801法(fa)蘭外荷載校核方法(fa)
GB/T 20801法(fa)蘭外荷(he)載校核列出了4種方法(fa)。
當管法蘭承受(shou)外加軸向力或外加彎矩(ju)時，可按下列(lie)方法之一評(ping)估：
a. 法蘭壓(ya)力(li)-溫度額(e)定(ding)值-當量(liang)壓(ya)力(li)方法。
按(an)式（5.4.5）計算其外加(jia)軸向(xiang)力(li)或外加(jia)彎矩的當量壓力(li)p。，設(she)計壓力(li)與當量壓力(li)之和應(ying)不(bu)大于法(fa)蘭的壓力(li)-溫度額(e)定值(zhi)。經設(she)計者同(tong)意，設(she)計壓力(li)也可采(cai)用相應(ying)工況(kuang)下的最大工作壓力(li)。
b. 泰勒(le)方(fang)(fang)法(fa)-當(dang)量壓力方(fang)(fang)法(fa)、泰勒(le)方(fang)(fang)法(fa)-當(dang)量力方(fang)(fang)法(fa)、泰勒(le)方(fang)(fang)法(fa)-修正當(dang)量力方(fang)(fang)法(fa)。對于法(fa)蘭剛(gang)度，必(bi)要時(shi)還可(ke)按(an)GB／T 17186.1的(de)規定校核法(fa)蘭剛(gang)度。
6. 法蘭外荷載校核(he)過程
法(fa)蘭(lan)應放在受外部彎矩盡可(ke)能(neng)小的地方(fang)。并(bing)不是每一處法(fa)蘭(lan)有了外加荷(he)載都需要詳細的校核。一般情況(kuang)可(ke)根據管道(dao)專業(ye)設計人的經驗，對下列(lie)法(fa)蘭(lan)進行(xing)詳細的外荷(he)載校核：
①. 法蘭等級在900磅及以(yi)上的(de)高壓(ya)法蘭連接處；
②. 法蘭口(kou)徑(jing)在24＂及(ji)以上的法蘭連接(jie)處；
③. 承載高溫、劇毒、易燃、易爆等流體的法蘭連接處；
④. 根據管道專業設計人員(yuan)經(jing)驗(yan)，認為需要詳細(xi)法蘭(lan)外(wai)荷載校核處；
⑤. 其(qi)他。
Kellogg Peg法(fa)(fa)認為法(fa)(fa)蘭(lan)連接處(chu)的所有外部載荷(he)均作(zuo)用在墊(dian)片上(shang)。NC 3658.3方(fang)法(fa)(fa)認為管(guan)道介質內壓以及由管(guan)道變(bian)形所產(chan)生的彎矩和扭矩都施(shi)加在螺栓(shuan)上(shang)。而ASME Section VIII方(fang)法(fa)(fa)主要是對法(fa)(fa)蘭(lan)應力進行計算比對。Kellogg Peq 法(fa)(fa)輸入簡便快捷，而 ASME Section VIII和NC 3658.3方(fang)法(fa)(fa)需要在相(xiang)(xiang)關標準中查閱大量數據(ju)。Kellogg Peq法(fa)(fa)相(xiang)(xiang)對較保守(shou)，計算結果與(yu)現(xian)場實(shi)(shi)際情(qing)況有偏差，ASME Section III和NC 3658.3方(fang)法(fa)(fa)相(xiang)(xiang)對更精確，與(yu)實(shi)(shi)際情(qing)況更接近。
在國內外一些大型工(gong)(gong)程公司中一般結合這幾種方(fang)(fang)案按(an)以下流(liu)程校(xiao)核(he)(he)法(fa)蘭(lan)泄漏，都能保證現(xian)場實際運行(xing)過(guo)程的安全(quan)穩定。首先(xian)用(yong)Peq方(fang)(fang)法(fa)（Kellogg當量壓力(li)法(fa)）校(xiao)核(he)(he)，如果通(tong)過(guo)，則(ze)(ze)設計法(fa)蘭(lan)不(bu)泄漏；若校(xiao)核(he)(he)不(bu)通(tong)過(guo)，再用(yong)ASME Section VIII方(fang)(fang)法(fa)校(xiao)核(he)(he)，通(tong)過(guo)則(ze)(ze)設計法(fa)蘭(lan)不(bu)泄漏，失敗就(jiu)需要分(fen)析具體的原因(yin)，修(xiu)改調(diao)整后再重新校(xiao)核(he)(he)，直到通(tong)過(guo)為止。僅(jin)螺栓(shuan)的預緊應(ying)力(li)在不(bu)論(lun)是否有軸向力(li)和彎矩的情況下，均超(chao)出許(xu)用(yong)應(ying)力(li)值時，才使用(yong)NC3658.3方(fang)(fang)法(fa)進(jin)行(xing)校(xiao)核(he)(he)。見圖(tu)5.4.2所示。法(fa)蘭(lan)外荷載校(xiao)核(he)(he)方(fang)(fang)法(fa)詳細講述見《管(guan)道應(ying)力(li)分(fen)析與(yu)工(gong)(gong)程應(ying)用(yong)》、《工(gong)(gong)業管(guan)道配管(guan)設計與(yu)工(gong)(gong)程應(ying)用(yong)》兩書。
