外载荷作用下确定管法兰MAWP的几种方法介绍
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钢制管法兰、垫片及紧固件选用规定
钢制管法兰、垫片及紧固件选用规定2008-01-15发布2008-02-01实施胜利工程设计咨询公司总图规划所发布前言根据胜利油田胜利工程设计咨询有限责任公司 2007 年技术基础工作计划的要求，由总图规划设计所编制完成了《钢制管法兰、垫片及紧固件选用规定》。
本规定共分9章和5个附录。
主要内容有：总则、术语、基本规定、法兰的选用、密封面的选用、垫片的选用、紧固件的选用、法兰、垫片与紧固件的选配、法兰、垫片及紧固件参数的描述等。
本规定由总图规划设计所专业技术委员会提出。
本规定由总图规划设计所专业技术委员会起草。
本规定起草人：刘庆砚本规定由总图规划设计所专业技术委员会负责解释。
本规定首次发布时间：2008年01月。
目次1 总则 (1)2 术语 (2)3 基本规定 (4)4 法兰的选用 (5)4.1 一般规定 (5)4.2 法兰类型的选用 (6)4.3 法兰公称通径的选用 (7)4.4 法兰公称压力的选用 (7)4.5 法兰材料的选用 (8)4.6 法兰最高无冲击工作压力的选用 (8)4.7 法兰盖允许开孔直径的选用 (11)5 密封面的选用 (12)5.1 一般规定 (12)5.2 密封面的选用 (12)6 垫片的选用 (16)6.1 一般规定 (16)6.2 垫片的选用 (16)6.3 垫片适用条件的选配 (21)7 紧固件的选用 (22)7.1 一般规定 (22)7.2 紧固件的选用 (23)8 法兰、垫片、紧固件的选配 (25)8.1 一般规定 (25)8.2 法兰、垫片、紧固件的选配 (27)9 法兰、垫片及紧固件参数的描述 (30)9.1 一般规定 (30)9.2 法兰的描述 (30)9.3 垫片及紧固件参数的描述 (31)附录A 可与欧洲体系法兰配合使用的国内管法兰标准 (32)附录B 国内部分标准中的密封面名称对照 (33)附录C 设备表中法兰、垫片及紧固件参数的描述举例 (34)附录D 材料表中法兰、垫片及紧固件参数的描述举例 (35)附录E 施工图说明书中法兰、垫片及紧固件参数的描述举例 (36)本规定用词说明 (39)1 总则1.0.1 为了规范油气集输及输油管道工程设计中法兰及紧固件的选用标准，保证设计质量，提高设计水平，统一法兰及紧固件的描述方法，制定本规定。
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使管⼦与管⼦相互连接的零件。
连接于管端。
法兰上有孔眼，可穿螺栓，使两法兰紧连。
法兰间⽤衬垫密封。
法兰容器零部件间的连接有不可拆（焊接）、可拆两种。
由于⽣产⼯艺要求，以及为了制造、运输、安装和检修⽅便，在筒体与筒体、筒体与封头、管道与管道、管道与阀门之间，常⽤可拆卸的法兰连接形式。
尽管可拆卸结构有法兰联接、螺纹联接和承插式联接等。
但法兰连接以其特有的密封可靠、强度⾼、适应范围⼴等优点在化⼯、制药设备和管道上应⽤最⼴。
法兰连接的结构及密封机理⼯作机理：通过螺栓预紧，使法兰密封⾯间的垫⽚被压紧变实，并填满法兰密封⾯上凹凸不平的间隙，阻⽌了介质通过垫⽚内部⽑细孔的渗透性泄漏和垫⽚与密封⾯间的界⾯泄漏。
从⽽实现预密封。
保证法兰连接密封不漏的条件是：预紧时，预紧⼒作⽤在垫⽚上的预紧⽐压不低于预紧密封⽐压；⼯作时，作⽤在垫⽚上的剩余⽐压不低于⼯作密封⽐压。
法兰类型根据法兰与设备或管道连接的整体性程度来分类：1、整体法兰平焊法兰：⽤于温度、压⼒不太⾼的场合。
(标准中有具体的温度、压⼒值）对焊法兰：适⽤于压⼒、温度较⾼及有毒、易燃、易爆的重要场合。
造价⾼。
平焊法兰和对焊法兰的区别：1、焊缝形式不同：平焊的焊缝不能射线探伤，⽽对焊的焊缝可以；平焊是两个⾓接环焊缝，对焊是⼀个对接环焊缝。
2、公称压⼒不同：带颈平焊法兰公称压⼒为：0.6---4.0MPa的，⽽带颈对焊法兰公称压⼒为：1--25MPa等级的，显然，带颈平焊法兰的适应的压⼒等级较低些。
3、连接⽅式不同：平焊法兰⼀般的只能与管道连接，⽽不能直接与对焊管件连接；对焊法兰⼀般可以与所有对焊管件（包括弯头、三通、异径管等等）直接连接，当然也包括管道。
2、松式法兰特点：法兰未能与管道或容器连接在⼀起，适⽤于压⼒较低的场合，对有⾊⾦属和不锈钢设备和管道壳体不产⽣附加弯曲应⼒；⽤碳钢制造时，可节省贵重⾦属消耗。
法兰标准及选用方法
法兰标准及选用方法石油、化工上用的法兰标准有两类，一类是压力容器法兰标准，一个类是管法兰标准。
㈠压力容器法兰标准1．平焊法兰平焊法兰的两种类型的比较情况如下表所示，参见示意图。
因而使法兰盘进一步增大了刚性。
故规定用于更高的压力范围(PN 0.6MPa～6.4MPa)和直径范围(DN300mm～2000m m)，适用温度范围为-20℃～450℃。
由表4-16中可看出，乙型平焊法兰中DN 2000mm以下的规格均已包括在长颈对焊法兰的规定范围之内。
这两种法兰的联接尺寸和法兰厚度完全一样。
所以DN2000mm以下的乙型平焊法兰，可以用轧制的长颈对焊法兰代替，以降低法兰的生产成本。
平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。
当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰7加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。
示意图中所示为带衬环的甲型平焊法兰。
使用法兰标准确定法兰尺寸时，必须知道法兰的公称直径与公称压力。
压力容器法兰的公称直径与压力容器的公称直径取同一系列数值。
例如DN 1000mm的压力容器，应当配用DN 1000mm的压力容器法兰。
法兰公称压力的确定与法兰的最大操作压力、操作温度以及法兰材料有关。
因为在制定法兰尺寸系列、计算法兰厚度时，是以16MnR在200℃时的机械性能为基准制定的。
所以规定以此基准所确定的法兰尺寸，在200℃时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。
例如，所谓公称压力PNO.6MPa的法兰，就是指具有这样一种具体尺寸的法兰，该法兰是用16MnR制造的，在200℃时，它的最大允许操作压力是0.6MPa。
如果把这个PN0.6MPa的法兰用在高于200℃的条件下，那么它的最大操作压力将低于它的公称压力0.6MPa。
反之，如果将它用于低于200℃的条件下，仍按200℃确定其最高工作压力。
如果把法兰的材料改为Q235-A，那么Q235一A钢的机械性能比16MnR差，这个公称压力PN0.6MPa的法兰，即使是在200℃时操作，它的最大允许操作压力也将低于它的公称压力。
管道工培训课件：法兰连接讲解
法兰连接时，为了使接口严密，不渗不漏，法兰盘之 间须用垫片密封。常用的垫片材料有橡胶石棉板、耐酸 石棉板、耐油橡胶石棉板等，应根据管道输送的介质选 用。
4
法兰类型 按材质分:钢制\铸钢\铸铁螺纹法兰。 按连接方式分: (1)平焊法兰:P<2.5MPa, T<300 ℃。 (2)对焊法兰:P<20MPa, T=350-450 ℃ (3)松套法兰:用于有色金属管、不锈钢管 (4)螺纹法兰:用于高压管或镀锌管等
（6）法兰连接好后应进行试压，如发现渗漏，应更换垫片， 直至合格。
（7）当法兰连接的管道需要临时封堵时，须采用法兰盖封堵， 法兰盖的形式、结构、尺寸和材质应与所配用的法兰一致， 只不过法兰盖中间无安装管子的法兰孔。
9
法兰与法兰的连接包括法兰、垫片.、螺栓之间的连接。 (1) 法宅密封面的形式法兰密封面的形式主要有光滑式、凹凸式、榫槽 式 和梯形槽式等，如图所示。
平焊法兰 对焊法兰 松套法兰 螺纹法兰
b.法兰垫圈:用于增加法兰接口的密封性。法 兰垫片分软垫片、硬垫片两大类。水暖管道采 用软垫片，当管径小于125mm时厚1.6mm，管径 大于125mm时厚2.4mm。高温高压管道采用硬垫
片（金属垫片）。
使用法兰垫片时应注意如下事项：法兰盘的垫片要做 成带把的形状，以便于安装；法兰垫片的内径不得小于 法兰的孔径，外径应小于相对应的两个螺栓孔内边缘的 距离，使垫片不遮挡螺栓孔；垫片边宽应一致。一个接 口中只能加一个垫片，不能用加双层垫片、多层垫片或 偏垫解决接口间隙过大的问题，达到严密不渗漏的目的。 因为垫片层数越多，可能渗漏的缝隙越多，加之日久垫 片材料疲劳老化，接口易渗漏。
1
法兰连接安装的注重事项： （1）管道安装过程中，法兰与设备接管或管道附件连接时，施工
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法兰类型 按材质分:钢制\铸钢\铸铁螺纹法兰。 按连接方式分: (1)平焊法兰:P<2.5MPa, T<300 ℃。 (2)对焊法兰:P<20MPa, T=350-450 ℃ (3)松套法兰:用于有色金属管、不锈钢管 (4)螺纹法兰:用于高压管或镀锌管等
（6）法兰连接好后应进行试压，如发现渗漏，应更换垫片， 直至合格。
（7）当法兰连接的管道需要临时封堵时，须采用法兰盖封堵， 法兰盖的形式、结构、尺寸和材质应与所配用的法兰一致， 只不过法兰盖中间无安装管子的法兰孔。
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法兰与法兰的连接包括法兰、垫片.、螺栓之间的连接。 (1) 法宅密封面的形式法兰密封面的形式主要有光滑式、凹凸式、榫槽 式 和梯形槽式等，如图所示。
平焊法兰 对焊法兰 松套法兰 螺纹法兰
b.法兰垫圈:用于增加法兰接口的密封性。法 兰垫片分软垫片、硬垫片两大类。水暖管道采 用软垫片，当管径小于125mm时厚1.6mm，管径 大于125mm时厚2.4mm。高温高压管道采用硬垫
片（金属垫片）。
使用法兰垫片时应注意如下事项：法兰盘的垫片要做 成带把的形状，以便于安装；法兰垫片的内径不得小于 法兰的孔径，外径应小于相对应的两个螺栓孔内边缘的 距离，使垫片不遮挡螺栓孔；垫片边宽应一致。一个接 口中只能加一个垫片，不能用加双层垫片、多层垫片或 偏垫解决接口间隙过大的问题，达到严密不渗漏的目的。 因为垫片层数越多，可能渗漏的缝隙越多，加之日久垫 片材料疲劳老化，接口易渗漏。
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法兰连接安装的注重事项： （1）管道安装过程中，法兰与设备接管或管道附件连接时，施工
法兰与管道连接方式
法兰与管道连接方式一、简介法兰与管道连接是工业领域中常见的连接方式之一。
法兰连接具有结构紧凑、密封可靠、拆装方便等特点，被广泛应用于石油、化工、水处理、食品等领域。
本文将会全面介绍法兰与管道连接的相关知识，包括法兰的基本概念、分类、安装要点以及常见问题与解决方法。
二、法兰的概念和分类2.1 法兰的概念法兰是一种将两个管道连接在一起的装置，通常由法兰盘（Flange）和法兰垫片（Gasket）组成。
它通过螺栓将两个法兰盘紧密连接在一起，法兰垫片则起到密封的作用。
2.2 法兰的分类根据使用场景和要求的不同，法兰可以分为以下几类： 1. 普通法兰：用于一般工作压力和温度条件下的连接，适用于大多数场合。
2. 高压法兰：用于承受高压力的场合，设计更为严格，通常采用较厚的法兰盘和螺栓。
3. 翻边法兰：一般用于液压系统中的软管连接，通过翻边将软管固定在法兰上，具有紧固牢固的特点。
4. 盲板法兰：用于封堵管道的连接口，通常需要使用封头和堵头来封堵法兰中的孔洞。
三、法兰的安装要点3.1 法兰的准备工作在安装法兰之前，需要进行以下准备工作： 1. 清洁法兰盘和管道端口，确保表面光滑且无杂质。
2. 检查法兰螺栓和螺母是否完好无损。
3. 准备合适的法兰垫片，根据工作条件选择合适的垫片材料和厚度。
3.2 法兰的安装步骤安装法兰的步骤如下： 1. 将法兰盘放置在管道端口上，使两个法兰盘的孔洞对齐。
2. 将法兰垫片放置在法兰盘之间，确保其完全覆盖孔洞。
3. 使用合适的螺栓将两个法兰盘紧密连接在一起，切勿过紧或过松。
4. 依次拧紧每个螺栓，并按对角线原则进行交叉拧紧，确保力度均匀。
5. 检查法兰连接是否牢固，如果存在松动或漏气现象，需要重新拧紧或更换垫片。
3.3 法兰的注意事项在安装法兰时需要注意以下事项： 1. 选择合适的法兰材料和密封材料，根据介质的特性和工作条件进行选择。
2. 使用合适的螺栓和螺母，并根据设计要求进行正确的紧固。
法兰的种类和作原理
法兰的种类和作原理法兰是一种用于连接两个管道或管道与设备之间的连接件，广泛应用于石油、天然气、化工、电力、造船、造纸等领域。
法兰的种类繁多，常见的有焊接法兰、对焊法兰、螺纹法兰、盲板法兰、承插焊法兰、滚压焊法兰等。
下面将对这些法兰的类型和作用原理进行详细介绍。
1.焊接法兰：焊接法兰是将管道与设备直接焊接在一起的连接方式。
它可以分为颈焊法兰、平焊法兰和凸焊法兰等类型。
焊接法兰通过焊接方式牢固地固定在管道上，具有承压能力强、密封可靠、结构紧凑等特点。
适用于高温高压环境下的管道连接。
2.对焊法兰：对焊法兰是将两根管道用焊接的方式连接在一起的连接件。
通常由管道一端或两端加工成法兰面并进行对焊连接。
对焊法兰分为弯头对焊法兰、等径对焊法兰和异径对焊法兰等。
对焊法兰具有连接紧固、延长管道长度、承压能力强等特点。
3.螺纹法兰：螺纹法兰是通过将螺纹连接的方式将管道和设备连接在一起的连接件。
螺纹法兰分为内螺纹法兰和外螺纹法兰两种类型。
螺纹法兰适用于低温低压环境下的管道连接，密封性相对较差，常见于小口径管道。
4.盲板法兰：盲板法兰是一种用于堵塞管道的法兰，在管道不需要通流时使用。
它通常由一块没有孔洞的盲板和一个法兰连接组成。
盲板法兰主要用于管道的维修和检修，同时也可以用于管道的封闭和防止介质泄漏。
5.承插焊法兰：承插焊法兰是将承插焊螺纹连接的管子与法兰相连的连接件。
承插焊法兰适用于中低压环境下的管道连接，具有安装方便、拆装方便的优点。
6.滚压焊法兰：滚压焊法兰是通过轧制法兰连接面上的法兰和管道的焊接方式使其达到紧密连接的效果。
滚压焊法兰不需要借助螺栓和螺母进行固定，其连接强度高，适用于高温高压、耐腐蚀的工作环境。
以上是常见的法兰类型，每种法兰的作原理略有不同，但都通过与管道或设备的连接来实现介质的传递、控制和隔离。
法兰的连接方式分为固定法兰和活动法兰两种。
固定法兰通过螺栓和螺母将法兰紧固在一起，确保法兰连接的牢固性和密封性；活动法兰则可以实现法兰的旋转和倾斜，适应管道的安装调节和角度变化。
法兰连接螺栓载荷及安装需用扭矩计算
19249.55503
法兰的设计螺栓载荷W (N) 螺栓安装需用扭矩计算-方法1
6820540.636
螺母系数K
0.2
单个螺栓设计载荷F (N) 需用扭矩T (N.m) 螺栓安装需用扭矩计算-方法2 螺母或螺栓头部支承面的平均直径dn (mm) 螺纹中径d2 (mm) 螺母或螺栓头部与法兰或垫片之间的摩擦系数fn 螺母和螺纹之间的摩擦系数f2 螺纹的半角α (°) 螺纹的导角的正切值tanλ 导程L (mm) 需用扭矩T (N.m)
选择螺栓尺寸
螺纹根部直径处或无螺纹部分最小直径处横截面积，可查相关手册 或按等于0.7854*(D-0.9743PB)^2
参见ASME VIII-1， TABLE 2-5.2，除了图2-4 sketch(1)的注释 外，当b0小于等于6mm时，G等于垫片接触面平均直径；当b0大于 6mm时，G等于垫片接触面外径-2b
见ASME VIII-1， TABLE 2-5.2
见ASME VIII-1， TABLE 2-5.2 如果b0小于等于6，则等于b0，如果b0大于6，等于2.5*b0^0.5 参考ASME VIII-1， TABLE 2-5.2 见ASME VIII-1， TABLE 2-5.1 [2-5（c) note1] 见ASME VIII-1， TABLE 2-5.1 [2-5（c) note1] 0.785G2P 2b*3.14GmP H+HP 3.14Gby Wm1/Sb Wm2/Sa Max（Am1，Am2） Wm1 （Am+Ab）*Sa/2
341027.0318 2598.625982
49.215 36.0378375 0.16 0.16 30 0.028043688 3.175 2657.118769
管道法兰连接的工艺步骤说明
管道法兰连接的工艺步骤说明
管道法兰连接是一种常见的管道连接方式，用于连接管道与阀门、设备或其他管道系统。
下面是一份简要的工艺步骤说明。
步骤一：准备工作
1. 确定法兰连接的位置和方式，包括法兰的类型和尺寸。
2. 备齐所需的工具和材料，例如扳手、螺栓、螺母、垫片等。
3. 确保管道和法兰连接的表面光洁，清除可能存在的污垢和杂质。
步骤二：安装法兰
1. 将法兰放置在与之相对应的管道上，确保法兰的孔与管道的
孔对齐。
2. 使用螺栓将法兰与管道紧固，确保螺栓的均匀分布且不过紧。
步骤三：安装垫片
1. 在法兰的两侧分别安装垫片，以确保连接处的密封。
2. 选择适当的垫片材料，如橡胶、金属等，根据实际情况进行
安装。
步骤四：紧固法兰
1. 使用扳手或扳手梅花扳动螺栓，逐个旋紧螺栓。
2. 确保螺栓均匀旋紧，但不要过紧，以免损坏法兰或导致泄漏。
步骤五：检查连接
1. 检查法兰连接处是否牢固、均匀，没有松动或偏移。
2. 使用压力检测装置对连接进行测试，确保没有泄漏。
步骤六：完成安装
安装完成后，根据需要进行后续工作，例如涂抹密封剂、涂漆等。
确保管道法兰连接处的整体美观和防腐。
以上是管道法兰连接的工艺步骤说明，按照这些步骤进行操作可以确保连接的安全和可靠性。
在操作过程中，要注意安全，避免因过紧或其他错误操作导致损坏或事故发生。
常用法兰规格的性能测试与检验方法
常用法兰规格的性能测试与检验方法法兰作为连接管道的重要组件，在工业领域广泛应用。
为了保证法兰的质量和性能，必须进行相应的性能测试与检验。
本文将介绍常用法兰规格的性能测试与检验方法，以帮助读者更好地了解和应用法兰。
一、法兰的性能测试1. 法兰的耐压试验法兰的耐压试验是判断其在正常工作压力下的承载能力。
测试步骤如下：(1) 准备测试设备和法兰样品。
(2) 将法兰与其他管道组件连接并固定好。
(3) 逐渐增加内部介质的压力，观察法兰的性能表现，特别是法兰与管道连接处的密封性能。
(4) 记录测试数据并进行分析。
2. 法兰的密封性测试法兰的密封性测试是检验其在连接过程中是否能有效密封，测试方法如下：(1) 准备测试设备和法兰样品。
(2) 将法兰与相应管道连接，注意使用合适的密封垫片或垫圈。
(3) 注入一定压力的气体或液体介质，并观察泄漏情况。
(4) 根据泄漏的情况对密封性能进行评估。
3. 法兰的疲劳寿命测试法兰的疲劳寿命测试是模拟长时间工作条件下法兰的使用寿命。
测试方法如下：(1) 准备测试设备和法兰样品。
(2) 采用循环加载的方式对法兰进行测试，观察其是否出现疲劳裂纹、变形等现象。
(3) 根据测试结果对法兰的疲劳寿命进行评估。
二、法兰的性能检验方法1. 外观检验外观检验是通过目视或使用相应测试仪器对法兰的外形进行检查，确保其无明显变形、划痕、氧化等缺陷。
2. 尺寸检验尺寸检验是对法兰的关键尺寸进行精确测量，以验证其是否符合相应标准要求。
3. 材料检验材料检验是对法兰所使用的材料进行化学成分分析、物理性能测试等，以确保其质量优良。
4. 强度检验强度检验是通过应用相应测试设备对法兰进行加载测试，以验证其在承载压力下的强度和刚度。
5. 密封性检验密封性检验是通过充入相应介质，对法兰进行泄漏测试，以确定其密封性能是否达标。
总结：常用法兰规格的性能测试与检验方法是确保法兰质量和性能的重要手段。
通过耐压试验、密封性测试和疲劳寿命测试，可以评估法兰的工作能力和使用寿命。
管道法兰连接工艺操作手册
管道法兰连接工艺操作手册一、引言管道法兰连接是一种常用的连接方式，用于连接各种类型的管道和设备。
正确的操作方法和工艺对于确保连接的密封性和稳定性至关重要。
本手册将介绍管道法兰连接的操作规程和注意事项，以帮助操作人员正确进行工艺操作。
二、准备工作在进行管道法兰连接之前，需要做以下准备工作：1.确定连接的管道和法兰的材质和规格是否匹配。
2.清理和检查连接部位是否有杂质、油污或损坏。
3.检查法兰密封垫片是否完好，并确保其材质符合要求。
4.准备好所需的工具和设备，包括扳手、扳手梅花头、橡胶锤等。
三、操作步骤1.将法兰盖板从法兰上取下。
2.将法兰盖板放在干净的工作台上，避免碰撞和损坏。
3.清理法兰和管道连接部位，确保表面光洁且无杂质。
4.将法兰密封垫片放在法兰面上，确保其与法兰孔对齐。
5.将法兰和管道连接，将螺栓穿过法兰孔和垫片孔，并用扳手固定螺栓。
6.逐步均匀地拧紧螺栓，直至达到指定的扭矩。
7.检查连接部位是否漏气或漏液，如有必要，调整螺栓紧固度。
8.检查连接部位是否有松动，并根据需要进行必要的紧固。
9.重复以上步骤，连接其他法兰。
四、注意事项1.操作人员必须穿戴个人防护装备，包括手套、工作服、安全鞋等。
2.在操作过程中，注意避免手部或其他身体部位受伤。
3.使用合适的工具和设备，并保证其良好的状态和功能。
4.在操作前，确保管道和设备处于安全状态，避免发生意外事故。
5.密封垫片的选择应符合规范要求，避免使用老化、磨损或损坏的垫片。
五、常见问题及解决方法1.法兰连接部位出现漏气或漏液：确认螺栓是否拧紧到位，是否有垫片损坏。
2.法兰连接部位松动：通过适当的扳手梅花头将螺栓紧固到位。
3.法兰连接部位无法拆卸：可以采用橡胶锤轻轻敲击法兰，或者使用加热器加热法兰，使其松动。
六、总结管道法兰连接是一种常见的管道连接方式，正确的操作方法和工艺能够确保连接的密封性和稳定性。
本操作手册详细介绍了管道法兰连接的操作步骤和注意事项，并提供了常见问题的解决方法。
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第 56 卷第 2 期2019 年 4 月化 工 设 备 与 管 道PROCESS EQUIPMENT & PIPING V ol. 56 No. 2Apr. 2019外载荷作用下确定管法兰MAWP的几种方法介绍胡艳，杨湖（无锡化工装备股份有限公司，江苏 无锡 214131）摘 要：管法兰作为压力容器的常用部件，是连接压力容器的基本元件，承载着与之相连接的外部管道持续的载荷，受这些管道载荷的影响，这些传递过来的力和弯矩会影响法兰的密封，严重的情况甚至可能导致法兰密封处产生泄漏。
因此，如何确定该法兰在管道力和力矩作用时的MAWP ，对于压力容器设备来说有着非常重要的意义。
关键词：管道载荷；力；力矩；法兰压力等级中图分类号：TQ 050.2；TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-3281（2019）02-0012-004收稿日期：2018-08-08作者简介：胡艳（1979—），女，高级工程师。
主要从事压力容器的校审工作。
压力容器设备上的接管法兰对于容器而言，应该是一个组件，包括法兰、垫片和连接的紧固件，其作用是组合使用后保证法兰连接部位不产生泄漏[1-2]。
鉴于标准法兰的计算很复杂，计算结果并不能体现法兰是否泄漏，故本文不讨论泄漏，只介绍选用标准法兰在管道外载荷作用下产生的影响。
标准法兰推荐应用的操作压力基于以下三个方面：法兰磅级、制造材料和操作温度[3-4]。
举例说明： 压力等级为Class 150的SA-105材料的法兰在设计温度为50 ℃时推荐的压力等级为1.92 MPa ，该值作为法兰的最大许用工作压力（MAWP ）必须大于或者等于法兰的设计计算压力，否则这个法兰的压力等级的选用就是错误的、不合适的，必须提高管法兰的压力等级。
如果温度升高，推荐的压力将会降低。
1 标准法兰中取得法兰MAWP的方法通常情况下，用户会提供管道上的法兰压力等级，而设计工程师如何去核算用户给定的压力等级是否正确，就是这里要介绍的内容。
如何保证设备上选用接管法兰压力等级的正确性。
为了方便后文的描述，这里将这个压力等级统一标记为P R ，它是由管法兰标准（以ASME B16.5/16.47举例说明）定义的最大允许工作压力（MAWP ）。
图1为ASME B16.5—2017中的表2-1.1[1]。
对于300磅压力等级的法兰，组别为1.1的SA-105材料，在操作温度150 ℃时法兰最大允许的工作压力P R 是4.51 MPa （45.1 bar ）。
从图1可以看出这样的规律：温度增加，最大允许工作压力值P R 降低。
所以，一旦出现设备的设计温度有所变更（升高或降低，尤其是升高），最大允许的工作压力必须重新校核，确定现有的法兰压力等级是否合 适。
2 ASME 计算软件PV Elite中使用降低法兰MAWP的步骤和方法在讨论具体的方法之前，先介绍详细具体的步骤，以便能更好更快捷地在软件PV Elite 中使用评定降低法兰MAWP 的方法。
下面就具体步骤一一进行介绍。
首先，打开ASME 计算软件PV Elite ，到Load Cases 选项卡中找到ANSI Flange Pressure Reduction图1 组别为 1.1 材料的压力温度表Fig.1 Pressure-temperature ratings for group 1.1 material2019 年 4 月· 13 ·胡艳，等. 外载荷作用下确定管法兰MAWP 的几种方法介绍Options 的位置，见图2。
用户确认，作用点不同导致的计算结果也不同。
选用计算方法之前，PV Elite 软件中的参数就基本设定完毕。
3 案例模型参数介绍假设在PV Elite —2018中创建模型见图5，数据如下。
规范：ASME V Ⅲ-1—2017单位文件：SI-ASME-Unicode.fil 设计压力：0.5 MPa 设计温度：150 ℃焊缝系数：1.0筒体材料：SA-516 Gr.70筒体规格：DN 1500×14接管规格：φ406.4×14接管材料：SA-516 Gr.70 （板卷）法兰材料：SA-105 （Grade 1.1） 法兰压力等级： Class 150设计温度下最大允许工作压力P R ：1.58 MPa 补强圈材料：SA-516 Gr.70腐蚀裕量：2 mm 接管载荷：管道载荷力：F =12 500 N 管道载荷力矩：M =17 500 000 N ·mm 图2 法兰压力降低选项Fig.2 ANSI flange pressure reduction options其次，通过该位置右边的下拉菜单可以选择想要在PV Elite 中使用的MAWP 降低方法，见图2，共4种方法，依次为：-None.–Kellogg.–PVP–50% Stress Method.–DNV .再次，此时需要确定要考虑法兰MAWP 降低的接管，在接管对话框界面，找到右下角Derate Flange MAWP if Externally Loaded?的相应位置，见图3。
图3 额外载荷下的法兰MAWP 降低选项Fig.3 Derate flange MAWP if external load选择该选项，此时PV Elite 会基于选择的方法（上一步骤中提到的4种）进行MAWP 降低的计算。
最后，还需要定义外载荷。
在接管对话框界面选择“Local Stress Analysis [WRC 107，WRC 297 or PD ：5500]”选项卡。
如果设备的设计规范按照PD 5500，管口载荷的计算方法也选用PD 5500。
如果设备是按照ASME V Ⅲ-1 进行设计，一般管口载荷的计算方法选择WRC 107（一般接管位于封头上）或者WRC 297（一般接管位于筒体上），然后输入相应的力（P ）和弯矩（M c ）。
这里以力F =12 500 N 和M =17 500 000 N·mm 为例输入到软件的相应对话框里，见图4。
另外，要注意的是管口载荷是有方向的，在Kellogg 和PVP 的方法中有正负可能。
实际工作中管道载荷是作用在法兰密封面还是作用在壳体需要图4 局部应力分析Fig.4 Local stress analysis图5 PV Elite 模型Fig.5 PV Elite model第 56 卷第 2 期· 14 ·化 工 设 备 与 管 道4 降低MAWP法兰的具体方法介绍下面通过实际案例对每种方法计算出来的结果与PV Elite中的结果进行对比，从而比较这几种方法的不同。
4.1 50%应力法这是一个非常简单的方法，该方法基于接管壁上实际应力与许用应力（规范）的对比。
简单来说：实际应力/许用应力≤0.5，此时不需要进行MAWP 降低，即为本文第1节中查的最大允许工作压力P R；实际应力/许用应力＞0.5，此时需要扣除等效压力P e[2]。
这可能是一个不太现实的方法，因为该方法主要集中在接管上而不是法兰。
该方法根据接管壁厚上的应力决定MAWP，下面是所需的数据：设计压力P d = 0.5 MPa接管内径d n = 378.4 mm接管壁厚t n = 14 mm接管在设计温度下的许用应力S n = 137.9 MPa计算接管壁厚上的实际应力：S = P d ( d n / 2 + 0.6×t n ) / t n UG27 （C）（1）S = 0.5 ( 378.4 / 2 + 0.6×14 ) / 14 = 7.06 MPa计算应力比：Ratio = S / S n = 7.06 / 137.9 = 0.05＜0.5最后的结果：MAWP =P R = 1.58 MPaPV Elite中得出的计算结果见图6。
垫片外径G o = 485.9 mm垫片内径G i = 371.6 mm垫片基本密封宽度b o= ( G o-G i ) / 4 = 28.575 mmb为垫片有效密封宽度，当垫片基本密封宽度b o ＞6.4，b=2.53× ( b0 )0.5 = 13.524 mm。
G取G o- 2×b = 458.85与( G o + G i ) /2 = 428.75两者的较大者，故G = 458.85 mm。
P R = 1.58 MPa计算等效压力P e：P e = 4F/ ( πG2 ) + 16M / (πG3 ) （3）= 4×12 500 / ( π×458.852 ) + 16×17 500 000/（π×458.853 ) = 1.0 MPa其中G——法兰垫片压紧力作用中心圆直径，mm；F——管口管道载荷径向力，N；M——管口管道载荷弯矩，N·mm；P e——当量压力，MPa；P d——设计压力，MPa。
把以上的数值代入式（2）可得：MAWP = 1.5 P R-P e =1.5×1.58 - 1.0 = 1.37 MPa最后：MAWP = min（P R， MAWP） = min（1.58，1.37）可以得出：MAWP = 1.37 MPaPV Elite中得出的计算结果见图7。
图6 50%应力法计算结果Fig.6 Results of 50% stress method4.2 DNV 法这也是一个简单的应用方法，DNV方法被认为有点不保守，按式（2）计算：MAWP =1.5P R-P e（2）如果该方程得到一个负值，此时MAWP设定为0。
该方法比较简单，本次按如下设置：管口管道载荷弯矩M= 17 500 000 N·mm管口管道载荷力F = 12 500N图7 DNV法计算结果Fig.7 Result of DNV method4.3 Kellogg 法这个特效压力法是常见并偏保守的。
轴向载荷和力矩用于计算等效压力，然后从ASME B16.47表的法兰等级中扣除。
从上文可以看出，计算出来的等效压力P e= 1.0 MPa，P R= 1.58 MPa，代入计算，得：MAWP =P R-P e（4）= 1.58-1.0 = 0.58 MPaPV Elite中得出的计算结果见图8。
4.4 PVP法该方法基于论文PVP 2013—97814进行了一些修改。
PV Elite使用的持续负载类别为32倍，而不是基于操作负载的16倍。
基于此方法，必须输入持久的力和弯矩，才能使这些结果有意义。
否则，计算2019 年 4 月· 15 ·胡艳，等. 外载荷作用下确定管法兰MAWP 的几种方法介绍而，MAWP = min ( MAWP ，P R ) =min (1.37，1.58 )故：MAWP = 1.37 MPa现在可以将该值与PV Elite 获得的值进行对比。