下载文档原格式
钢制法兰计算方法及选用问题的讨论朱灿朋1,2，穆传冰1,2，李义超1,2（1.北京首钢国际工程技术有限公司冶金工程分公司焦化事业部，北京 100043）（2.北京市冶金三维仿真设计工程技术研究中心，北京 100043）[摘 要] 介绍了国内外钢制管法兰标准和设计计算方法的发展历史和现状，重点对国内主要钢制管法兰标准进行对比分析，详细论述国内法兰选型设计过程并进行相关讨论，对法兰的合理选型进行了论述。
[关键词] 钢制法兰；选用；计算作者简介：朱灿朋（1975—），男，安徽庐江人，硕士研究生。
高级工程师。
目前主要从事焦化设计管理和总承包项目管理工作。
表1 美洲管法兰标准体系和欧洲管法兰标准体系对比1 概述法兰连接是一种在承压设备工程设计中应用广泛的可拆型连接结构。
保证其连接的强度、刚度以及密封的安全是对法兰接头设计提出的最基本要求。
在法兰计算中需要解决三个主要问题。
（1）确定安装时螺栓的预紧应力水平：预紧力的大小，与所使用的垫片密封性能有关。
即垫片在预紧和操作状态下达到密封设计要求时所需要的最小垫片应力，与法兰的承载能力以及作用载荷的变化有关。
（2）密封分析计算：保证法兰接头在预紧、试验及操作条件下都满足设计要求的密封等级，以控制泄漏率在允许范围内。
（3）应力分析计算：防止法兰接头在不同静载荷作用下发生强度破坏或刚度失效[1]。
法兰连接由配对法兰、垫片和紧固件组成，通过紧固件压紧垫片实现密封。
一般流体在垫片处的泄漏以“渗透泄漏”和“界面泄漏”两种形式出现。
渗透泄漏是流体通过垫片材料本体毛细管的泄漏，除了与介质压力、温度、黏度和分子结构等流体状态性质有关外，主要与垫片的结构、材质有关；界面泄漏是流体从垫片与法兰接触界面泄漏，主要与界面间隙尺寸有关。
无论哪种泄漏都是通过垫片压紧力来阻止，因此工作状态的法兰要保证密封，必须保证工作状态下，垫片上有足够的剩余预紧力[2]。
2 国内外钢制管法兰标准发展现状2.1 国外钢制管法兰标准国际上管法兰标准主要有两个体系，一个是以欧盟EN 为代表的欧洲管法兰标准体系（公称压力采用PN 表示）；另一个是以美国ASME 为代表的美洲管法兰标准体系（公称压力采用Class 表示），两个管法兰标准体系不同，且不能互换。
压力容器材料用量计算公式在工程设计中，压力容器是一种常见的设备，用于储存或输送气体、液体或蒸汽等物质。
压力容器的设计和制造需要考虑许多因素，其中之一就是所使用的材料。
合适的材料选择不仅可以确保容器的安全性能，还可以降低成本并延长使用寿命。
因此，对于压力容器材料用量的计算是至关重要的。
一般来说，压力容器的材料用量计算需要考虑以下几个方面：压力容器的设计压力、工作温度、容器尺寸、材料的强度和韧性等。
根据这些因素，可以通过以下公式来计算所需的材料用量：材料用量 = (P V) / (σ K)。
其中，P为设计压力，V为容器的体积，σ为材料的许用应力，K为材料的强度系数。
这个公式可以帮助工程师们快速准确地计算出所需的材料用量，从而指导材料的选取和使用。
在实际应用中，压力容器的设计压力是一个非常重要的参数，它直接影响到材料用量的计算。
设计压力是指在容器内部所能承受的最大压力，通常由设计标准或规范来规定。
在计算材料用量时，需要将设计压力考虑在内，以确保容器在正常运行条件下不会发生破裂或变形。
另外，工作温度也是一个影响材料用量计算的重要因素。
由于材料的强度和韧性会随着温度的变化而变化，因此需要根据工作温度来选择合适的材料，并考虑其温度影响因素。
通常情况下，工作温度越高，所需的材料用量也越大。
容器尺寸是另一个影响材料用量计算的因素。
容器的尺寸越大，所需的材料用量也会随之增加。
因此，在设计压力容器时，需要根据实际尺寸来计算材料用量，以确保容器的结构安全可靠。
材料的强度和韧性是影响材料用量计算的关键因素。
在计算材料用量时，需要考虑材料的许用应力和强度系数，以确保所选择的材料能够满足设计要求。
通常情况下，工程师们会根据材料的性能指标和实际需求来选择合适的材料，并进行材料用量的计算。
总之，压力容器材料用量的计算是一个复杂而重要的工作。
通过合理的材料用量计算，可以确保压力容器在设计压力、工作温度和容器尺寸等条件下具有足够的强度和韧性，从而保证容器的安全性能和可靠性。
压力容器重量计算公式
首先，计算压力容器本身的重量，需要考虑材料的密度。
不同材料的密度是不同的，例如常见的钢材的密度约为7.85 g/cm³，而铝材的密度约为2.7 g/cm³。
可以通过容器的体积和材料的密度计算得到容器本身的重量。
例如，容器的体积为 V，材料的密度为ρ，则容器本身的重量 W = V × ρ。
其次，对于一些特殊形状的容器，如球形、圆柱形、圆锥形等，还需要根据具体的形状和尺寸来计算容器的重量。
以下是一些常见形状的容器重量计算公式：
1.球形容器
球形容器的重量计算公式为W=(4/3)×π×r³×ρ，其中r为球的半径，ρ为材料的密度。
2.圆柱形容器
圆柱形容器的重量计算公式为W=π×r²×h×ρ，其中r为圆柱的半径，h为圆柱的高度，ρ为材料的密度。
3.圆锥形容器
圆锥形容器的重量计算公式为W=(1/3)×π×r²×h×ρ，其中r为圆锥的底半径，h为圆锥的高度，ρ为材料的密度。
对于复杂形状的容器，可以将其分为多个简单形状进行计算，然后将其各个部分的重量相加。
此外，还需要考虑容器的附件重量，如法兰、支座等。
附件的重量可以根据附件的材料密度和尺寸来计算，然后将其与容器本身的重量相加得到总重量。
需要注意的是，上述公式都是理想情况下的计算公式，实际制造过程中还需考虑平均壁厚、焊缝、椭圆度等因素对计算结果的影响。
中、低压法兰密封计算世界各国在有关压力容器的技术规范中，密封计算都归属于法兰设计或法兰螺栓连接部分，而且都以法兰、螺栓的受力分析和计算为主要内容。
这里不重复有关法兰的计算，重点介绍垫片计算与密封性能的校核。
一、华特斯计算法目前，我国的《钢制石油化工压力容器设计规定》与英国、日本有关压力容器规范一样，基本是沿用美国《ASME》规范，法兰和密封的设计采用华斯特法。
这种方法在密封性能的计算方面强调螺栓的强度，华斯特认为：在各种情况下，只要螺栓强度足够，作用在垫片上的螺栓力不小于设计值，即能保证垫片和密封面的紧密连接。
1.在操作情况下所需的最小螺栓载荷Fm1(N)和在预紧螺栓时所需的最小螺栓载荷Fm2(N) 2.垫片计算密封宽度垫片计算密封宽度b可如下确定：当bo≤0.0064m时，b=bo，从表3-5可见，垫片的有效密封宽度bo不等于垫片与压紧面的实际接触宽度N。
此因垫圈置于螺栓孔内侧时，螺栓力使法兰产生一定程度的偏转。
内压建立后，介质压力产生的轴向力加剧偏转。
因此，压紧力并不是均匀分布在整个接触面上，二是外缘紧、内缘松，介质可能渗透到垫圈的某一宽度，而且垫片宽度愈大，这种现象愈严重，所以计算宽度b≤bo，DG的计算方法也随bo变化。
3.螺栓总截面积的计算二、西德DIN2505法西德标准DIN2505“法兰连接计算”中，垫片计算部分与我国现行规范有所不同，其步骤分为下列几个：(9)计算结束后，还需作受力图。
将升压升温过程中法兰、螺栓、垫片变形量算出并反映在一张图上，以便了解在操作情况下，是否因过度松弛，需要在预紧时采用更高的螺栓力或另选垫片。
三、系数法国内有关单位在探讨垫片密封性能设计方法时曾作过大量工作。
现将该计算方法作一简介。
四、对三种计算方法的讨论(1)《ASME规范》作为美国的国家标准，在世界上影响很大。
其垫片密封性能计算部分的核心是预紧比压y 与垫片系数m值的确定。
尽管《ASME 规范》每隔3年修订一次，但四十多年来，y、m值的变化并不大。
