某工程管道法蘭在試運行時，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(zai)單一(yi)管道流體壓(ya)力(li)(li)工(gong)況下，螺栓荷載、墊片反力(li)(li)和介質內(nei)壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)合成力(li)(li)矩會引起法(fa)蘭(lan)(lan)產生(sheng)變(bian)形（轉角）而導致(zhi)密(mi)封(feng)(feng)失效(xiao)。但是(shi)在(zai)工(gong)程實際，管道運行過(guo)程中(zhong)還會受(shou)到附加(jia)外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)及力(li)(li)矩，法(fa)蘭(lan)(lan)接頭(tou)除(chu)承(cheng)受(shou)內(nei)壓(ya)外(wai)(wai)(wai)還要承(cheng)受(shou)上(shang)述附加(jia)載荷。如(ru)果法(fa)蘭(lan)(lan)壓(ya)力(li)(li)等(deng)級的(de)(de)(de)確(que)定，僅從法(fa)蘭(lan)(lan)器材選用內(nei)壓(ya)的(de)(de)(de)角度(du)考慮設(she)計往往是(shi)不夠的(de)(de)(de)，還需(xu)考慮設(she)備管道布置、管道應力(li)(li)等(deng)因素。工(gong)程上(shang)法(fa)蘭(lan)(lan)密(mi)封(feng)(feng)的(de)(de)(de)失效(xiao)常常是(shi)施工(gong)不規范或工(gong)程 設(she)計中(zhong)忽略了較大的(de)(de)(de)外(wai)(wai)(wai)載荷而導致(zhi)的(de)(de)(de)，工(gong)程設(she)計中(zhong)應重視(shi)對(dui)法(fa)蘭(lan)(lan)外(wai)(wai)(wai)載荷的(de)(de)(de)校(xiao)核。
法(fa)蘭密封(feng)(feng)面與墊片(pian)之間存(cun)在(zai)(zai)著無數很細(xi)小(xiao)(xiao)的流(liu)動通道，介質將可能通過這些細(xi)小(xiao)(xiao)的通道而(er)泄漏(lou)。密封(feng)(feng)的基本原(yuan)理就(jiu)(jiu)是要使(shi)得介質在(zai)(zai)流(liu)經這種細(xi)小(xiao)(xiao)通道時的壓(ya)(ya)(ya)力降大于密封(feng)(feng)腔內、外的壓(ya)(ya)(ya)力差。法(fa)蘭在(zai)(zai)力矩作用(yong)下，如果剛度不(bu)足，就(jiu)(jiu)會形成對墊片(pian)壓(ya)(ya)(ya)緊力的不(bu)均勻，從而(er)導致在(zai)(zai)墊片(pian)一側(ce)壓(ya)(ya)(ya)緊力較小(xiao)(xiao)不(bu)能形成有效密封(feng)(feng)，而(er)在(zai)(zai)墊片(pian)另一側(ce)壓(ya)(ya)(ya)力過大導致墊片(pian)壓(ya)(ya)(ya)潰，這就(jiu)(jiu)引起了法(fa)蘭接頭密封(feng)(feng)的失效即(ji)泄漏(lou)。
管(guan)道的(de)(de)法蘭(lan)除承受內外壓外，還要(yao)(yao)承受管(guan)道及介質質量、熱膨脹、振動(dong)等引起的(de)(de)軸向力(li)(li)和(he)彎矩的(de)(de)作用。通(tong)常法蘭(lan)的(de)(de)設(she)計，例(li)如(ru)ASME B16.5沒(mei)有(you)考慮管(guan)道外加荷載(zai)、彎矩等的(de)(de)影響，為防止在(zai)操作條件下發生泄漏和(he)可能出(chu)現(xian)的(de)(de)損壞事故(gu)，必要(yao)(yao)時需要(yao)(yao)對已經選定的(de)(de)標(biao)準(zhun)法蘭(lan)進行可靠性校(xiao)核，以判斷是否需要(yao)(yao)采取進一(yi)步的(de)(de)安全措施。法蘭(lan)外荷載(zai)校(xiao)核方法有(you)很多種，詳細講述見《管(guan)道應(ying)力(li)(li)分析與工程應(ying)用》一(yi)書(shu)。下面僅(jin)對管(guan)道設(she)計人員需掌(zhang)握的(de)(de)基本內容做簡述。
1. 當量壓(ya)力(li)法［Kellogg 當量壓(ya)力(li)法（Peq法）］
Kellogg 當(dang)量(liang)(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)法(fa)（equivalent pressure method）認(ren)為(wei)法(fa)蘭(lan)連接處(chu)的(de)所(suo)有外部載(zai)荷均作用在(zai)墊片上(shang)，軸向應(ying)力(li)(li)應(ying)處(chu)于(yu)(yu)(yu)安全范圍內。在(zai)這個方法(fa)中，沒有考慮(lv)螺栓力(li)(li)的(de)影響，作用在(zai)法(fa)蘭(lan)上(shang)的(de)軸向力(li)(li)和彎矩(ju)轉化成了(le)當(dang)量(liang)(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)（Peq）。將這兩個當(dang)量(liang)(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)與(yu)設計(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)相加得(de)到總的(de)當(dang)量(liang)(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)，并(bing)(bing)根據法(fa)蘭(lan)材料與(yu)ASME B16.5中的(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)-溫度等(deng)級(ji)表進(jin)行對比(bi)。如果總的(de)當(dang)量(liang)(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)小(xiao)于(yu)(yu)(yu)等(deng)級(ji)表中相應(ying)溫度下的(de)許用壓(ya)(ya)力(li)(li)，即判定法(fa)蘭(lan)不會(hui)泄漏。此方法(fa)簡(jian)單(dan)可(ke)靠(kao)，但是過于(yu)(yu)(yu)保(bao)守。因為(wei)，外部載(zai)荷實際上(shang)并(bing)(bing)不只作用于(yu)(yu)(yu)墊片，外部載(zai)荷在(zai)墊片處(chu)產(chan)生(sheng)的(de)最大(da)應(ying)力(li)(li)是在(zai)最外邊沿處(chu)，而由(you)壓(ya)(ya)力(li)(li)產(chan)生(sheng)的(de)應(ying)力(li)(li)是均勻(yun)分布的(de)。
如圖(tu)5.4.1所示，將(jiang)由(you)于管(guan)道所受(shou)重(zhong)力(li)(li)和熱膨(peng)脹而產(chan)生(sheng)的(de)(de)作用在法蘭上(shang)的(de)(de)軸向力(li)(li)F和彎矩(ju)(ju)M（M為作用在法蘭上(shang)的(de)(de)合力(li)(li)矩(ju)(ju)）轉換成當(dang)量(liang)壓(ya)力(li)(li)Pel和Po2,Pe1和Pe2相加得出總的(de)(de)當(dang)量(liang)壓(ya)力(li)(li)P。
將計算得到的總壓力(li)P1與ASME B16.5中與法蘭(lan)材料相(xiang)關的對(dui)應溫度下的壓力(li)進行對(dui)比。當P1小于此(ci)壓力(li)時，理論(lun)上(shang)認(ren)為法蘭(lan)不會發生泄漏(lou)，否則，認(ren)為存在(zai)泄漏(lou)的可能。
所(suo)需數(shu)據：法蘭材(cai)料、壓力(li)等級、工(gong)作(zuo)壓力(li)、工(gong)作(zuo)溫度、墊(dian)片內(nei)直徑(jing)和有效寬度、外部軸向力(li)和外部力(li)矩，可以在下列(lie)規范找到(dao)。
法蘭材(cai)料：ASME B16.5 Table 1A，ASME B16.47 Table 1。
溫壓曲線：ASME B16.5 Table 2，ASME B16.47 Table 3～Table 27。
墊(dian)片材(cai)料：ASME B16.5 NONMANDATORY APPENDIX B，ASME B16.47 Table B-1。
墊片尺(chi)寸：ASME B16.20，ASME B16.21。
2. ASME Section VIII Division 1法蘭外(wai)荷載校(xiao)核方法
ASME Section VIII Division 1 Appendix 2所采(cai)用(yong)的(de)(de)法(fa)蘭(lan)設計(ji)方(fang)法(fa)是(shi)華脫爾斯法(fa)（（E-.D.Waters），沿(yan)用(yong)至今已(yi)達(da)半個多世紀。該方(fang)法(fa)是(shi)簡單理論分(fen)析并帶有經驗性質的(de)(de)設計(ji)方(fang)法(fa)，是(shi)否能(neng)(neng)可靠保(bao)證密封性能(neng)(neng)存在(zai)質疑。補充了剛度校核及與其配套的(de)(de)ASME PCC-1《承壓范圍螺栓(shuan)法(fa)蘭(lan)連接件(jian)的(de)(de)裝配指南》，基本能(neng)(neng)夠保(bao)證工程設計(ji)的(de)(de)泄漏(lou)要求，因(yin)此仍被采(cai)用(yong)。
3. ASME BPVC VIII Division 2法蘭外荷載(zai)校(xiao)核方法
ASME BPVC VIII Division 2與(yu)Division 1類似，主(zhu)要區別(bie)在(zai)(zai)于：Division 1 參(can)考ASMESection II Part D Table 1A和(he)1B的(de)(de)許用(yong)應(ying)力(li)(li)（采用(yong)最(zui)大(da)主(zhu)應(ying)力(li)(li)確定）；Division 2參(can)考Table 5A和(he)5B的(de)(de)許用(yong)應(ying)力(li)(li)（采用(yong)變形能理論(lun)或Von Mises屈服準則的(de)(de)確定）。Division 2考慮(lv)了(le)由于施加在(zai)(zai)法(fa)蘭上(shang)的(de)(de)軸向(xiang)力(li)(li)和(he)彎(wan)曲力(li)(li)矩(ju)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)(de)附加外(wai)部力(li)(li)矩(ju)。
4. ASME Section III Division 1-Subsection NC法蘭外荷載校核方法
此(ci)校(xiao)(xiao)核(he)方(fang)法(fa)(fa)(fa)源于(yu)(yu)ASME BPVC III-1-NC分卷(juan)第3658.3節，因此(ci)稱為NC 3658.3法(fa)(fa)(fa)，也稱為NC 3658.3最(zui)大屈服(fu)強度法(fa)(fa)(fa)。這個方(fang)法(fa)(fa)(fa)也是(shi)當量壓力(li)，但(dan)只考慮了彎矩的(de)(de)等(deng)效壓力(li)。ASME BPVC III-I-NC卷(juan)是(shi)關于(yu)(yu)核(he)電站(zhan)部件建設標準，采用此(ci)方(fang)法(fa)(fa)(fa)對(dui)法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)泄漏進行校(xiao)(xiao)核(he)需要(yao)滿(man)足(zu)一定的(de)(de)要(yao)求(qiu)。當下(xia)列(lie)2個條件同時滿(man)足(zu)時，才能使用NC 3658.3法(fa)(fa)(fa)校(xiao)(xiao)核(he)法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)泄漏：
a. 法蘭、螺(luo)栓、墊片符合ASME 1316.5中的要(yao)求；
b. 螺栓材料在100F（38℃）下的許(xu)用(yong)應(ying)力不小于20000psi（138 MPa）。
此方法認(ren)為管(guan)道介(jie)質(zhi)內壓以及由管(guan)道變(bian)形(xing)所產(chan)生的彎矩或扭矩都施(shi)加在螺(luo)栓上(shang)，并(bing)且假定應力都均勻(yun)分布在螺(luo)栓孔所處(chu)圓周上(shang)，如果(guo)螺(luo)栓發生破壞，則法蘭(lan)產(chan)生泄漏。根據ASME BPVC III-1-NC分卷第3658.3節，滿足式（5.4.1）的要求(qiu)。
當根據計算式得(de)出的(de)值小于等于時，則認為法蘭(lan)不會(hui)發(fa)生泄漏(lou)(lou)，否則認為會(hui)發(fa)生泄漏(lou)(lou)，需(xu)要采取方(fang)法（如提高法蘭(lan)磅級）解決(jue)。
當量(liang)壓力法不適用(yong)于動載荷分析。
5. GB/T 20801法蘭外荷載校核方法
GB/T 20801法蘭外(wai)荷載校核列出了(le)4種方(fang)法。
當(dang)管法蘭承受外加軸向(xiang)力或外加彎矩時，可按(an)下列方法之一評估：
a. 法(fa)(fa)蘭壓力-溫度額定值-當量壓力方(fang)法(fa)(fa)。
按式（5.4.5）計(ji)算其外(wai)加(jia)軸向(xiang)力(li)或外(wai)加(jia)彎矩的當量壓(ya)力(li)p。，設(she)計(ji)壓(ya)力(li)與當量壓(ya)力(li)之和應(ying)不大于(yu)法蘭的壓(ya)力(li)-溫(wen)度額定(ding)值。經設(she)計(ji)者同意，設(she)計(ji)壓(ya)力(li)也可采(cai)用相應(ying)工況(kuang)下的最大工作壓(ya)力(li)。
b. 泰勒(le)方(fang)法(fa)-當量(liang)壓力(li)方(fang)法(fa)、泰勒(le)方(fang)法(fa)-當量(liang)力(li)方(fang)法(fa)、泰勒(le)方(fang)法(fa)-修正當量(liang)力(li)方(fang)法(fa)。對于法(fa)蘭剛(gang)度，必要時還可按GB／T 17186.1的規定校核法(fa)蘭剛(gang)度。
6. 法蘭外荷載校核過程
法(fa)蘭(lan)應(ying)放在受(shou)外部彎矩(ju)盡可能(neng)小的(de)(de)地(di)方。并不(bu)是每一(yi)(yi)處法(fa)蘭(lan)有(you)了外加荷載都需要詳細的(de)(de)校核(he)。一(yi)(yi)般情況可根據管道專業設計人的(de)(de)經(jing)驗(yan)，對下列法(fa)蘭(lan)進行詳細的(de)(de)外荷載校核(he)：
①. 法蘭等級(ji)在900磅及以上的高壓法蘭連接處(chu)；
②. 法蘭(lan)口徑在(zai)24＂及(ji)以上(shang)的(de)法蘭(lan)連接處；
③. 承載高溫、劇毒、易燃、易爆等流體的法蘭連接處(chu)；
④. 根據(ju)管道(dao)專業設計人員(yuan)經驗，認為需要詳細法(fa)蘭(lan)外荷載校核處；
⑤. 其他。
Kellogg Peg法認為法蘭(lan)連接(jie)處的(de)所有(you)外部載(zai)荷均作用在墊(dian)片上。NC 3658.3方法認為管道介質(zhi)內壓(ya)以(yi)及(ji)由管道變形所產生的(de)彎矩(ju)和(he)扭矩(ju)都施加在螺栓上。而ASME Section VIII方法主(zhu)要是對法蘭(lan)應力進行計算比對。Kellogg Peq 法輸入簡便快捷，而 ASME Section VIII和(he)NC 3658.3方法需要在相(xiang)關標準中查閱(yue)大(da)量數據。Kellogg Peq法相(xiang)對較保守，計算結(jie)果與現場實(shi)際情(qing)況有(you)偏差，ASME Section III和(he)NC 3658.3方法相(xiang)對更精確，與實(shi)際情(qing)況更接(jie)近。
在(zai)國內外一些大型工(gong)程(cheng)公司中一般結合這幾種方(fang)(fang)案按以下(xia)流(liu)程(cheng)校(xiao)核(he)(he)法(fa)(fa)蘭泄漏(lou)，都(dou)能保證現場實際運行(xing)過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)安全穩定。首(shou)先(xian)用(yong)Peq方(fang)(fang)法(fa)(fa)（Kellogg當(dang)量壓力(li)法(fa)(fa)）校(xiao)核(he)(he)，如果通過(guo)(guo)，則設計法(fa)(fa)蘭不泄漏(lou)；若(ruo)校(xiao)核(he)(he)不通過(guo)(guo)，再用(yong)ASME Section VIII方(fang)(fang)法(fa)(fa)校(xiao)核(he)(he)，通過(guo)(guo)則設計法(fa)(fa)蘭不泄漏(lou)，失敗就需要(yao)分析具(ju)體(ti)的(de)(de)原因(yin)，修改調整(zheng)后(hou)再重新校(xiao)核(he)(he)，直到(dao)通過(guo)(guo)為(wei)止。僅螺栓的(de)(de)預緊應(ying)(ying)力(li)在(zai)不論是否(fou)有軸向(xiang)力(li)和彎矩的(de)(de)情況下(xia)，均(jun)超(chao)出(chu)許用(yong)應(ying)(ying)力(li)值時，才使(shi)用(yong)NC3658.3方(fang)(fang)法(fa)(fa)進行(xing)校(xiao)核(he)(he)。見圖5.4.2所示(shi)。法(fa)(fa)蘭外荷載(zai)校(xiao)核(he)(he)方(fang)(fang)法(fa)(fa)詳細講述見《管道應(ying)(ying)力(li)分析與(yu)工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)用(yong)》、《工(gong)業(ye)管道配管設計與(yu)工(gong)程(cheng)應(ying)(ying)用(yong)》兩書。
