法兰作为炼油、化工等行业中最常用的连接形式，其结构合理性、工作可靠性、使用效率、维修便利性及成本等因素都是非常重要的。法兰连接系统的失效将直接影响到经济效益、环境、能源等方面，可能引发的灾难性事故会危害到人类的健康和生命安全。随着装置的大型化以及能源、环境问题日益受到重视，设备尺寸、操作压力和操作温度也向着更高程度发展，法兰密封问题己引起世界各国有关人士的广泛重视。为此，提高法兰连接系统设计、生产水平，具有重要的经济价值和社会意义。
      1 法兰标准
      1．1 法兰标准介绍
      国内外用于法兰连接系统设计的计算准则主要分两大体系，一个是以美国标准为代表的美洲法兰体系；另一个是以德国标准DIN V 2505为代表的欧洲法兰体系。其中，美国ASMEⅧ一1附录2推荐的具有环形垫片的螺栓法兰连接的计算规则是目前国内外最通用的法兰连接设计规范，我国GB 150—1998<<钢制压力容器》、日本的JIS B 2205—1991((管法兰计算方法》等标准中给出的法兰设计规范都属于美洲体系。DIN V 2505标准于1964年颁布，最后一次修改版是1990年的DIN E 2505。
      ASMEⅧ一1附录2推荐的具有环形垫片的螺栓法兰连接的计算规则主要基于m和Y这2个系数，这2个系数仅与垫片材料或者型式有关，与密封介质性质、压力及温度等无关。该设计方法是以强度为主要准则，对法兰计算仅作应力校核，不能保证泄漏率等级在确定范围之内。GB 150—1998~钢制压力容器》中给出的法兰设计计算方法来源于AsME规范，其设计同样基于m 和Y这2个垫片系数，对法兰计算作应力校核。DIN V 2505则将注意力放在法兰的密封方面，在垫片的性能方面相比，ASME的2个系数m、Y作了较多的考虑，如操作状态下垫片的最大允许载荷和垫片松弛，以及密封介质的区别等。和ASME相同的是，整个计算过程(包括垫片系数本身)与法兰连接的密封性没有明确的定量关系。
      1．2 法兰标准发展
      由于不少压力容器法兰按照规范设计并不能保证紧密的密封，同时新的垫片结构、材料的不断出现也要求补充新的垫片系数。这就对法兰设计方法提出了更高的要求。目前，许多机构都在补充垫片系数和改进法兰连接系统设计规范方面做了大量工作，其中美国压力容器研究委员会(PVRC— —Pressure Vessel research Council)和欧洲标准协会(CEN)下属的法兰及其接头技术委员会(TC74)所做工作尤为突出。
      出于改进ASME设计规范的需要，美国压力容器研究委员会PVRC在几十年中进行了广泛的垫片试验研究工作，积累了大量的试验数据，于上世纪90年代初提出了基于泄漏率准则的法兰连接设计计算新方法。新方法主要有以下几点：①使用连接紧密性作为设计准则，通过标准泄漏试验得到新
垫片常数G ⋯G。和相应的计算方法来确定预紧螺栓载荷[2]。②对法兰的刚度提出了要求，并考虑
用在法兰接头上的外力和外力矩。③对螺栓设计面积和设计螺栓操作载荷的定义作了修改，考虑了
多程管壳式换热器中分程隔板上的垫片载荷对连接的可能影响。在计算出螺栓载荷以后，法兰的强
要求仍按照ASMEⅧ一1附录2的方法进行。新方法区别于传统的设计理念，将紧密性参数引入了设计中，更有效地控制了法兰的泄漏，但仍处在试验阶段，尚未成为执行标准。
      2001年，欧洲标准协会(CEN)通过了由其下属法兰及其接头技术委员会(TC74)提出的统一的欧盟标准：①EN1591—1《法兰及其接头—— 带垫片圆形法兰连接的设计规则》中第一部分《计算方法》_3]。②ENV1591—2《法兰及其接头—— 带垫片圆形法兰连接的设计规则》第二部分《垫片系数》_4]，并于2004年通过了EN13555《法兰及其接头—— 带垫片圆形法兰连接设计规则中所需垫片参数及其试验方法》[5]，用来提供EN1591—1中计算所用到的垫片特性参数的实验方法。
      EN1591也与传统的规范计算方法不同，考虑整个法兰一螺栓一垫片系统的特性，在压力、温度、外力和外弯矩等载荷作用下对法兰及其连接件进行完整性和密封性计算，保证了结构的完整性并控制接头泄漏。计算方法中对影响法兰连接性能的参数做了较为全面的考虑，包括考虑拧紧螺栓时载荷的分散性、相连管道或者壳体的影响、外载荷(轴向力和弯矩)以及螺栓和法兰之间温度差(法兰、螺栓和垫片的轴向热膨胀)等的影响，并且考虑到法兰连接系统在不同工况下的力学性能和密封性能，对每种工况考虑流体压力、外载荷和温度载荷作用，分别进行密封和强度计算。该方法允许将设计计算基于任何给定的泄漏率等级，更为全面地反映了法兰接头的机械特性和密封性能，对结构的完整性和泄漏的控制做出了合理、周全的考虑，设计计算与实际行为更加符合。
      ... ...
4 结语
      对目前国内外普遍使用的主要法兰连接设计方法的比较结果显示，欧盟新提出的法兰连接设计方法EN1591开创了新的法兰设计理念，将泄漏率引入了法兰连接系统的设计中，增加了设计的灵活性。但是，其计算过程的繁杂及垫片系数不全使其应用受到限制，解决这些问题还需要一定的时间。为此，需要垫片研究人员和垫片制造商共同努力，提供多种垫片的设计参数用以完善ENI591提出的新的法兰设计计算方法，使法兰设计可以更加贴合实际情况，对泄漏做出更好的控制以及降低法兰连接可能存在的危险性，给人类健康和生命安全予以更大程度的保证，同时，在保护环境与节约能源方面做出更大的贡献。
国内外法兰连接典型设计方法讨论.rar