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(shuan)，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。
在單一管道流(liu)體壓(ya)(ya)(ya)力(li)工況(kuang)下，螺(luo)栓荷載、墊片(pian)反力(li)和介質內壓(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)(de)(de)合(he)成力(li)矩會(hui)引起法(fa)蘭(lan)(lan)產(chan)生變形（轉角(jiao)）而導致密(mi)封失效。但是在工程(cheng)(cheng)實際，管道運(yun)行過程(cheng)(cheng)中(zhong)還會(hui)受到附加(jia)(jia)外(wai)力(li)及(ji)力(li)矩，法(fa)蘭(lan)(lan)接頭(tou)除承(cheng)受內壓(ya)(ya)(ya)外(wai)還要承(cheng)受上述附加(jia)(jia)載荷。如果法(fa)蘭(lan)(lan)壓(ya)(ya)(ya)力(li)等級(ji)的(de)(de)(de)確定(ding)，僅從法(fa)蘭(lan)(lan)器材選用內壓(ya)(ya)(ya)的(de)(de)(de)角(jiao)度考慮設(she)計往往是不夠的(de)(de)(de)，還需考慮設(she)備管道布置、管道應力(li)等因素。工程(cheng)(cheng)上法(fa)蘭(lan)(lan)密(mi)封的(de)(de)(de)失效常常是施工不規范或(huo)工程(cheng)(cheng) 設(she)計中(zhong)忽略了(le)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)外(wai)載荷而導致的(de)(de)(de)，工程(cheng)(cheng)設(she)計中(zhong)應重視(shi)對法(fa)蘭(lan)(lan)外(wai)載荷的(de)(de)(de)校核。
法(fa)蘭密封面(mian)與墊(dian)片(pian)(pian)之間存在著無數很細(xi)小(xiao)(xiao)的(de)(de)流動通(tong)道，介質(zhi)將(jiang)可能(neng)(neng)通(tong)過(guo)這(zhe)些細(xi)小(xiao)(xiao)的(de)(de)通(tong)道而泄漏(lou)。密封的(de)(de)基本原理(li)就(jiu)(jiu)是要使得介質(zhi)在流經這(zhe)種細(xi)小(xiao)(xiao)通(tong)道時的(de)(de)壓(ya)力降大于密封腔內、外(wai)的(de)(de)壓(ya)力差。法(fa)蘭在力矩(ju)作用下(xia)，如果剛度不(bu)足(zu)，就(jiu)(jiu)會形成對(dui)墊(dian)片(pian)(pian)壓(ya)緊力的(de)(de)不(bu)均(jun)勻，從而導(dao)致在墊(dian)片(pian)(pian)一側壓(ya)緊力較小(xiao)(xiao)不(bu)能(neng)(neng)形成有(you)效密封，而在墊(dian)片(pian)(pian)另一側壓(ya)力過(guo)大導(dao)致墊(dian)片(pian)(pian)壓(ya)潰(kui)，這(zhe)就(jiu)(jiu)引起(qi)了(le)法(fa)蘭接頭密封的(de)(de)失效即泄漏(lou)。
管(guan)道的(de)(de)(de)法蘭(lan)除承受內外(wai)壓(ya)外(wai)，還(huan)要(yao)承受管(guan)道及(ji)介質質量、熱膨脹、振動(dong)等(deng)引(yin)起(qi)的(de)(de)(de)軸向(xiang)力和彎矩的(de)(de)(de)作用。通常法蘭(lan)的(de)(de)(de)設計，例如ASME B16.5沒(mei)有(you)考慮管(guan)道外(wai)加(jia)荷載(zai)、彎矩等(deng)的(de)(de)(de)影響，為防(fang)止在操作條件(jian)下發(fa)生(sheng)泄漏和可(ke)能出現的(de)(de)(de)損(sun)壞(huai)事(shi)故，必要(yao)時需(xu)要(yao)對已經選定的(de)(de)(de)標準法蘭(lan)進行可(ke)靠(kao)性校核，以判斷是否需(xu)要(yao)采取進一步的(de)(de)(de)安全措施。法蘭(lan)外(wai)荷載(zai)校核方法有(you)很(hen)多種，詳細講述見《管(guan)道應力分析與(yu)工程應用》一書。下面僅對管(guan)道設計人(ren)員(yuan)需(xu)掌握(wo)的(de)(de)(de)基本內容做簡述。
1. 當(dang)量壓力(li)法(fa)［Kellogg 當(dang)量壓力(li)法(fa)（Peq法(fa)）］
Kellogg 當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)法(fa)（equivalent pressure method）認為法(fa)蘭連接(jie)處(chu)的(de)(de)所(suo)有外部載荷均作(zuo)用(yong)在(zai)(zai)墊(dian)片(pian)上，軸(zhou)向(xiang)(xiang)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)應(ying)處(chu)于(yu)安全范圍內。在(zai)(zai)這個(ge)方法(fa)中，沒(mei)有考慮螺栓(shuan)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)影響，作(zuo)用(yong)在(zai)(zai)法(fa)蘭上的(de)(de)軸(zhou)向(xiang)(xiang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)和彎(wan)矩(ju)轉(zhuan)化成了當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)（Peq）。將這兩個(ge)當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)與(yu)(yu)設(she)計壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)相(xiang)加得到總的(de)(de)當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，并根據法(fa)蘭材料與(yu)(yu)ASME B16.5中的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)-溫(wen)度等級表進行對(dui)比。如(ru)果(guo)總的(de)(de)當(dang)量(liang)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)小于(yu)等級表中相(xiang)應(ying)溫(wen)度下的(de)(de)許用(yong)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)，即判定法(fa)蘭不(bu)會(hui)泄(xie)漏。此方法(fa)簡單(dan)可靠，但是(shi)過于(yu)保守。因為，外部載荷實際上并不(bu)只作(zuo)用(yong)于(yu)墊(dian)片(pian)，外部載荷在(zai)(zai)墊(dian)片(pian)處(chu)產生的(de)(de)最(zui)(zui)大應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)在(zai)(zai)最(zui)(zui)外邊沿處(chu)，而由壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)產生的(de)(de)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)均勻分布的(de)(de)。
如(ru)圖(tu)5.4.1所示(shi)，將由于(yu)管道所受重(zhong)力和(he)(he)熱(re)膨脹而產生的(de)作用在法蘭上的(de)軸向力F和(he)(he)彎矩M（M為作用在法蘭上的(de)合力矩）轉換(huan)成當量壓(ya)力Pel和(he)(he)Po2,Pe1和(he)(he)Pe2相加得出總的(de)當量壓(ya)力P。
將(jiang)計(ji)算得到(dao)的(de)總壓力P1與(yu)ASME B16.5中與(yu)法(fa)蘭(lan)(lan)材(cai)料相關(guan)的(de)對應溫度下的(de)壓力進行對比。當(dang)P1小于(yu)此壓力時，理論上認為(wei)法(fa)蘭(lan)(lan)不會發生泄(xie)漏，否(fou)則，認為(wei)存在泄(xie)漏的(de)可能。
所(suo)需數據：法蘭材料、壓(ya)力等級、工作壓(ya)力、工作溫度、墊片內直徑和有(you)效寬(kuan)度、外(wai)部軸向力和外(wai)部力矩(ju)，可以在下列規范找到。
法蘭材料：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。
墊片材(cai)料：ASME B16.5 NONMANDATORY APPENDIX B，ASME B16.47 Table B-1。
墊片尺寸：ASME B16.20，ASME B16.21。
2. ASME Section VIII Division 1法蘭外荷載校核方法
ASME Section VIII Division 1 Appendix 2所(suo)采用的(de)法(fa)蘭(lan)設計方法(fa)是(shi)華脫爾斯法(fa)（（E-.D.Waters），沿用至今已達(da)半個多世紀。該方法(fa)是(shi)簡單理(li)論分析并(bing)帶有經驗性(xing)質(zhi)的(de)設計方法(fa)，是(shi)否能(neng)可(ke)靠保(bao)(bao)證密(mi)封性(xing)能(neng)存在(zai)質(zhi)疑。補充了剛度(du)校(xiao)核及與其配(pei)套的(de)ASME PCC-1《承(cheng)壓范圍螺栓(shuan)法(fa)蘭(lan)連接件的(de)裝配(pei)指南》，基本能(neng)夠保(bao)(bao)證工(gong)程設計的(de)泄(xie)漏要(yao)求，因此仍被采用。
3. ASME BPVC VIII Division 2法蘭外(wai)荷載校核方法
ASME BPVC VIII Division 2與(yu)Division 1類似，主要區別(bie)在(zai)于：Division 1 參(can)考(kao)ASMESection II Part D Table 1A和(he)1B的(de)(de)(de)許(xu)(xu)用應(ying)力（采用最大主應(ying)力確(que)定）；Division 2參(can)考(kao)Table 5A和(he)5B的(de)(de)(de)許(xu)(xu)用應(ying)力（采用變形(xing)能理(li)論或Von Mises屈服(fu)準則的(de)(de)(de)確(que)定）。Division 2考(kao)慮(lv)了由于施(shi)加(jia)在(zai)法蘭上的(de)(de)(de)軸(zhou)向力和(he)彎曲力矩而(er)產生的(de)(de)(de)附加(jia)外部力矩。
4. ASME Section III Division 1-Subsection NC法蘭外荷載校(xiao)核方法
此校核(he)方(fang)法源于ASME BPVC III-1-NC分卷第3658.3節，因此稱為NC 3658.3法，也稱為NC 3658.3最(zui)大屈(qu)服強度法。這個方(fang)法也是當量壓力，但只考慮了彎矩的(de)等(deng)效壓力。ASME BPVC III-I-NC卷是關于核(he)電站部件建設標(biao)準，采用(yong)此方(fang)法對法蘭泄漏進行校核(he)需要滿(man)足一定的(de)要求。當下列(lie)2個條件同時滿(man)足時，才能使用(yong)NC 3658.3法校核(he)法蘭泄漏：
a. 法蘭(lan)、螺栓、墊片(pian)符(fu)合ASME 1316.5中的要求；
b. 螺栓材料在100F（38℃）下的許用應(ying)力(li)不小于20000psi（138 MPa）。
此(ci)方法(fa)認為管道(dao)介質(zhi)內壓(ya)以(yi)及由管道(dao)變形所產生的彎矩(ju)或扭(niu)矩(ju)都(dou)施加在螺栓(shuan)(shuan)(shuan)上(shang)，并且假定應力都(dou)均勻分布在螺栓(shuan)(shuan)(shuan)孔所處圓周上(shang)，如果螺栓(shuan)(shuan)(shuan)發生破壞，則法(fa)蘭產生泄漏。根據(ju)ASME BPVC III-1-NC分卷第3658.3節，滿足式（5.4.1）的要求。
當根據計(ji)算式得出的值(zhi)小于等于時，則認(ren)為法(fa)蘭不會發生泄漏(lou)(lou)，否則認(ren)為會發生泄漏(lou)(lou)，需要采(cai)取方法(fa)（如提高法(fa)蘭磅級）解決。
當量壓力(li)法(fa)不(bu)適用于動載荷分析。
5. GB/T 20801法(fa)(fa)蘭(lan)外荷載校核方法(fa)(fa)
GB/T 20801法(fa)蘭外(wai)荷載校核列出了4種方法(fa)。
當管法蘭承受(shou)外加軸向力或外加彎矩(ju)時，可按下列方(fang)法之(zhi)一評估(gu)：
a. 法蘭壓力(li)-溫(wen)度(du)額(e)定值-當(dang)量壓力(li)方(fang)法。
按式（5.4.5）計算其外加軸向力(li)(li)(li)或(huo)外加彎矩的(de)(de)當(dang)量壓力(li)(li)(li)p。，設計壓力(li)(li)(li)與當(dang)量壓力(li)(li)(li)之和應(ying)不大于法蘭的(de)(de)壓力(li)(li)(li)-溫度額定(ding)值(zhi)。經設計者(zhe)同意，設計壓力(li)(li)(li)也可(ke)采用(yong)相應(ying)工況下的(de)(de)最(zui)大工作壓力(li)(li)(li)。
b. 泰勒方(fang)法(fa)(fa)-當(dang)量壓(ya)力(li)方(fang)法(fa)(fa)、泰勒方(fang)法(fa)(fa)-當(dang)量力(li)方(fang)法(fa)(fa)、泰勒方(fang)法(fa)(fa)-修(xiu)正當(dang)量力(li)方(fang)法(fa)(fa)。對(dui)于法(fa)(fa)蘭(lan)剛度，必要時還可按GB／T 17186.1的規定校核(he)法(fa)(fa)蘭(lan)剛度。
6. 法蘭外荷載校核過(guo)程
法(fa)(fa)蘭(lan)應放在受外部彎矩盡可能(neng)小的地方。并不是每(mei)一(yi)(yi)處法(fa)(fa)蘭(lan)有了外加荷載(zai)(zai)都需要詳細的校(xiao)核(he)(he)。一(yi)(yi)般情況可根據管道專業(ye)設計人(ren)的經驗(yan)，對下列法(fa)(fa)蘭(lan)進行詳細的外荷載(zai)(zai)校(xiao)核(he)(he)：
①. 法(fa)蘭(lan)等級(ji)在(zai)900磅(bang)及以上的(de)高壓法(fa)蘭(lan)連接處；
②. 法蘭口徑在24＂及以(yi)上的法蘭連接(jie)處；
③. 承載(zai)高(gao)溫、劇毒、易(yi)燃(ran)、易(yi)爆等(deng)流體的法蘭連接(jie)處；
④. 根據管道專(zhuan)業設計人員經驗，認為(wei)需(xu)要(yao)詳細(xi)法蘭外荷載校核處；
⑤. 其他。
Kellogg Peg法(fa)認(ren)為法(fa)蘭連接處的(de)所有(you)外部載荷均作用在墊(dian)片上。NC 3658.3方(fang)法(fa)認(ren)為管道(dao)介質內壓以及由管道(dao)變形所產生的(de)彎(wan)矩(ju)和(he)扭矩(ju)都施加在螺栓上。而ASME Section VIII方(fang)法(fa)主(zhu)要是對(dui)法(fa)蘭應力進行計(ji)算比對(dui)。Kellogg Peq 法(fa)輸入簡便快捷，而 ASME Section VIII和(he)NC 3658.3方(fang)法(fa)需要在相關(guan)標(biao)準(zhun)中查閱大量(liang)數據。Kellogg Peq法(fa)相對(dui)較保守(shou)，計(ji)算結(jie)果與現場實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)有(you)偏差，ASME Section III和(he)NC 3658.3方(fang)法(fa)相對(dui)更精確，與實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)更接近。
在國內(nei)外(wai)一些大型工程公司中一般(ban)結合這幾種方(fang)(fang)案按以(yi)下流(liu)程校核(he)法(fa)(fa)(fa)蘭泄(xie)(xie)漏，都(dou)能保證現場(chang)實際運行過(guo)(guo)(guo)程的(de)安(an)全(quan)穩定。首(shou)先用(yong)(yong)(yong)Peq方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)（Kellogg當量壓力(li)法(fa)(fa)(fa)）校核(he)，如果通過(guo)(guo)(guo)，則(ze)(ze)設計法(fa)(fa)(fa)蘭不(bu)泄(xie)(xie)漏；若校核(he)不(bu)通過(guo)(guo)(guo)，再(zai)用(yong)(yong)(yong)ASME Section VIII方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)校核(he)，通過(guo)(guo)(guo)則(ze)(ze)設計法(fa)(fa)(fa)蘭不(bu)泄(xie)(xie)漏，失(shi)敗就需要分析具體的(de)原因，修改調整后(hou)再(zai)重(zhong)新(xin)校核(he)，直到通過(guo)(guo)(guo)為止。僅螺栓的(de)預緊(jin)應力(li)在不(bu)論是否有軸向(xiang)力(li)和彎矩的(de)情(qing)況下，均超(chao)出許用(yong)(yong)(yong)應力(li)值(zhi)時，才使用(yong)(yong)(yong)NC3658.3方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)進(jin)行校核(he)。見(jian)圖5.4.2所示。法(fa)(fa)(fa)蘭外(wai)荷載(zai)校核(he)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)詳細講述見(jian)《管(guan)道(dao)應力(li)分析與工程應用(yong)(yong)(yong)》、《工業管(guan)道(dao)配管(guan)設計與工程應用(yong)(yong)(yong)》兩書。
