容器及管道可拆卸的密封連接形式比較多，如螺紋連接、承插式連接以及碳鋼法蘭連接等，其中法蘭連接由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便，在工業(yè)中應(yīng)用最為普遍。法蘭連接結(jié)構(gòu)主要由法蘭、螺栓及墊片組成，其依靠螺栓預(yù)緊力把兩部分設(shè)備或管道的法蘭環(huán)連接在一起，同時(shí)壓緊墊片，使連接處達(dá)到密封。法蘭連接是“螺栓一墊片一船用法蘭密封系統(tǒng)”的總稱，它拆卸方便、強(qiáng)度高、密封性能良好。
流程工業(yè)中，國(guó)標(biāo)法蘭連接作為重要的連接形式被廣泛地應(yīng)用于設(shè)備及管道中，作為連接密封的結(jié)構(gòu)，要求其連接具有可靠的緊密性能和足夠的強(qiáng)度。受螺栓預(yù)緊力及操作工況下介質(zhì)壓力、溫度以及管系產(chǎn)生的附加彎矩和附加軸向力等載荷作用，連接接頭處易發(fā)生泄漏，導(dǎo)致密封失效，不僅浪費(fèi)能源，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，損害人體健康，甚至導(dǎo)致爆炸等災(zāi)難性事故。如1984年的印度博帕爾市聯(lián)合農(nóng)藥廠的氯氣泄漏事件，是歷史上最嚴(yán)重的工業(yè)意外，影響巨大，造成2.5萬(wàn)人直接死亡，SS萬(wàn)人間接致死，20多萬(wàn)人永久殘廢的人間悲劇。
在煉油、化工和核能等過程工業(yè)的裝置中，有很多設(shè)備或管道的國(guó)標(biāo)法蘭裝置長(zhǎng)期處于高溫下運(yùn)行工作。由于在高溫下會(huì)引起密封墊片的蠕變松弛以及加速老化，從而使得其壓縮回彈性能下降，再加上工況溫度和壓力的波動(dòng)，使得密封墊片上的密封比壓逐漸降低，最終可能會(huì)導(dǎo)致法蘭連接系統(tǒng)的密封失效。高溫也會(huì)導(dǎo)致螺栓和法蘭的蠕變變形，使得螺栓預(yù)緊力失效，法蘭產(chǎn)生翹曲偏轉(zhuǎn)，也會(huì)導(dǎo)致密封失效，發(fā)生泄漏。據(jù)記載，煉油裝置煙氣法蘭接頭的泄漏，石化企業(yè)中高溫高壓加氫裝置的法蘭發(fā)生泄漏著火，電廠過熱蒸氣法蘭接頭泄漏等經(jīng)常發(fā)生，對(duì)于這些法蘭接頭都是在高溫下工作，有的已超過5000C。碳鋼法蘭連接接頭的密封失效不但直接影響了裝置的高負(fù)荷運(yùn)行，而且也會(huì)引起停工檢修所造成十分可觀的經(jīng)濟(jì)損失。
面對(duì)高溫、高壓及壓力溫度波動(dòng)等苛刻的工作條件，對(duì)新型密封材料的研制及優(yōu)化法蘭連接接頭的迫切要求，對(duì)法蘭連接的設(shè)備和管道的強(qiáng)度和緊密性的要求也隨來(lái)越高。從而使得法蘭接頭和密封墊片的研究逐漸引起世界上各國(guó)家、行業(yè)組織和企業(yè)的廣泛重視。因此，對(duì)螺栓法蘭連接工作機(jī)理作出更加深入的理解，在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定方面更加優(yōu)化，并據(jù)此設(shè)計(jì)出既能滿足強(qiáng)度要求又能有良好緊密性能的螺栓法蘭連接件已經(jīng)成為當(dāng)前長(zhǎng)盛不衰的一個(gè)課題。盡管多數(shù)法蘭的己經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，但在設(shè)計(jì)法蘭連接的分析上也存在很多的問題，許多國(guó)家研究人員仍繼續(xù)研究，研究中主要的難點(diǎn)在于墊片的材料非線性和應(yīng)力一應(yīng)變時(shí)滯效應(yīng)，對(duì)于螺栓法蘭接頭研究強(qiáng)度和緊密性是不可分割的，不能單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行分析和研究，必須通過連接件作為一整體來(lái)分析其強(qiáng)度及緊密性。目前的設(shè)計(jì)規(guī)范沒有提到淚度對(duì)法蘭連接緊密性的影響，尤其對(duì)高溫下法蘭連接的研究頗為少見。因此對(duì)高溫下法蘭連接的緊密性分析研究具有重要意義。高溫下法蘭連接系統(tǒng)的緊密性研究是一個(gè)熱一固禍合場(chǎng)問題，溫度的影響對(duì)國(guó)標(biāo)船用法蘭各連接件的性能的變化，變形協(xié)調(diào)很復(fù)雜，目前多采用數(shù)值模擬方法對(duì)其進(jìn)行研究。本文利用ANSYS有限元軟件對(duì)高溫下螺栓法蘭系統(tǒng)的應(yīng)力一應(yīng)變，溫度場(chǎng)以及熱一固禍合場(chǎng)進(jìn)行了分析，對(duì)解決國(guó)標(biāo)碳鋼法蘭系統(tǒng)在高溫下的緊密性具有一定的參考價(jià)值。
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