由于存在接頭材料和幾何非線性，傳統(tǒng)對國標(biāo)碳鋼法蘭接頭的研究方法有很多缺點，在這方面一直缺乏可靠的理論設(shè)計方法。國內(nèi)外對此進(jìn)行了大量地實驗以及理論研究，也取得了長足進(jìn)步。對于法蘭設(shè)計方法有兩大基本理論，也就是基于彈性分析的方法和基于塑性極限載荷的方法，這兩種方法均是依據(jù)強(qiáng)度失效來判據(jù)，保證法蘭接頭的結(jié)構(gòu)完整性。
國內(nèi)外對國標(biāo)法蘭連接系統(tǒng)設(shè)計的計算準(zhǔn)則主要有兩大體系：一個是以美國標(biāo)準(zhǔn)ASME為代表的美洲國標(biāo)船用法蘭體系；另一個是以德國標(biāo)準(zhǔn)DINV2505為代表的歐洲體系。美國標(biāo)準(zhǔn)ASME-VIII-1附錄II提出的目前國內(nèi)外最通用的法蘭連接設(shè)計規(guī)范是環(huán)形墊片的螺栓法蘭連接計算規(guī)則，日本標(biāo)準(zhǔn)JISB205-1991《管法蘭計算方法》以及本國標(biāo)準(zhǔn)GB150-1998《鋼制壓力容器》等標(biāo)準(zhǔn)是基于美國ASME規(guī)范給出法蘭設(shè)計準(zhǔn)則。
在國際通用國標(biāo)法蘭設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的幾個體系分別為：
(1)歐洲碳鋼法蘭體系：英標(biāo)BS、德國DIN、法標(biāo)NF、意標(biāo)UNI均為歐洲的法蘭體系：公稱壓力為0.1，0.25，0.6，1.0，1.6，2.5，4。0，6。4，10.0，16。0，25。0，32.0，40.OMPa；公稱直徑為15~4000mm。歐洲體系法蘭結(jié)構(gòu)型式有平焊板式、卷邊松套式、對焊卷邊松套式、對焊環(huán)松套式、帶勁螺紋連接式、對焊式和整體式及法蘭蓋；法蘭密封面型式有平面、突面、凹凸面、樺槽面和環(huán)連接面；蘇聯(lián)于1980年發(fā)布的OCT管法蘭同錄標(biāo)準(zhǔn)與德國DIN相似。
(2)美國法蘭體系：美國ANSIB16。5《鋼制管法蘭及法蘭管件》、ANSIB16。7A/B《大直徑鋼制法蘭》B16。36、孔板法蘭B16。48和八字法蘭等；公稱壓力為150psi<2.OMPa)、300ps(15。0MPa)、400psi(6。8MPa)、600ps(i10.0MPa)、900ps(i15。OMPa)，1500psiC25。OMPa)，2500psiC42.0MPa)；公稱通徑為6}400mm；法蘭的結(jié)構(gòu)形式有條焊式、承插焊式、螺紋連接式、松套式、對焊式及法蘭蓋式；法蘭密封面為突面、凹凸面和金屬環(huán)連接面；(3)我國鋼制管法蘭國家標(biāo)準(zhǔn)體系：公稱壓力為0.25MPa42.OMPa；系列1為PN1.0PN1.6，PN2.0，PN5。0，PN10.0PN15。0PN25。0，PN42(主系列)；系列2為PN0.25，PN0.6，PN2.5PN4。0la；公稱通徑為10~4000mm；法蘭的結(jié)構(gòu)形式有整體法蘭、單元法蘭、螺紋法蘭、焊接法蘭、松套法蘭、法蘭蓋、旋轉(zhuǎn)法蘭和堆焊法蘭；法蘭密封面為平面、凸面、凹凸面和環(huán)連接面。
法蘭滿足密封的要求
本文以重整裝置船用法蘭為研究對象，研究螺栓擰緊順序，穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)熱一固藕合，管道外載荷對碳鋼法蘭接頭的強(qiáng)度及密封影響，并計算保溫結(jié)構(gòu)與不保溫結(jié)構(gòu)的能耗之差，分析保溫的重要性。
計算模型考慮材料的非線性及墊片的非線性壓縮回彈特性，全文計算以金屬纏繞型墊片為主，在外載荷計算時對比MMC墊片與纏繞式墊片的性能差別。
螺栓加載順序為順序加載方式以及兩種交叉加載方式，其中加載步數(shù)較多的加載方式在最后一輪加載之后應(yīng)力分布均勻。而需要較少加載步數(shù)的交叉加載方式最終應(yīng)力分布與前兩種方式的相近，但由于所需的加載步數(shù)少，具有較高的效率。直徑越大，應(yīng)力變化過程更加均勻。加載過程中螺栓發(fā)生徑向和環(huán)向彎曲。
通過計算碳鋼法蘭的保溫與不保溫結(jié)構(gòu)溫度分布，根據(jù)傳熱學(xué)原理計算不同結(jié)構(gòu)的熱量損失之差，比較兩種結(jié)構(gòu)的能量損耗。得出保溫下各部件的溫度較高，保溫層外壁的溫度接近環(huán)境溫度，說明保溫結(jié)構(gòu)合理。一個法蘭保溫結(jié)構(gòu)比不保溫結(jié)構(gòu)每年節(jié)省約30噸標(biāo)油，設(shè)計合理的保溫結(jié)構(gòu)對法蘭保溫具有重要意義。保溫后應(yīng)力升高，增加了強(qiáng)度破壞的可能性，同時法蘭轉(zhuǎn)角增大，增加了泄漏的可能性。但是仍滿足密封要求。
瞬態(tài)禍合分析得出國標(biāo)法蘭、螺栓、墊片的溫度變化過程各不相同。由于墊片距內(nèi)壁較近，墊片的溫度變化較早，螺栓溫度變化較晚。與加載過程相對應(yīng)，法蘭接頭中各部件的應(yīng)力變化呈現(xiàn)出預(yù)緊一加壓一最大一穩(wěn)定四個關(guān)鍵位置，由于各部件的應(yīng)力變化時間和大小不盡相同，綜合作用導(dǎo)致墊片的應(yīng)力和壓縮量呈現(xiàn)降低一增大一降低一穩(wěn)定的趨勢。
利用管道分析軟件CAESARII和ANSYS進(jìn)行了管道中國標(biāo)船用法蘭受力分析以及在外載作用下法蘭的強(qiáng)度及密封分析，得出外載荷作用后螺栓的彎曲加劇，墊片的內(nèi)側(cè)應(yīng)力減小，外側(cè)應(yīng)力增大，增加泄漏的可能性。纏繞墊法蘭受外載后轉(zhuǎn)角增大，而MMC墊片的轉(zhuǎn)角減小，說明MMC墊片的內(nèi)外環(huán)起到了限制法蘭轉(zhuǎn)動的作用。
河北喜利得管道設(shè)備有限公司（http://www.hbxilide.com）經(jīng)過多年的實踐經(jīng)驗和專家的精心設(shè)計，使我廠發(fā)展成集研發(fā)，生產(chǎn)，銷售，安裝，調(diào)試為一體的現(xiàn)代化企業(yè)，國標(biāo)彎頭、國標(biāo)法蘭、無縫大小頭、無縫國標(biāo)封頭、國標(biāo)三通、暢銷國內(nèi)外。