某工程管道法(fa)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。
在單一管(guan)(guan)道(dao)流體(ti)壓(ya)(ya)力工(gong)(gong)況下，螺栓荷(he)(he)載(zai)(zai)、墊片反力和介質內(nei)壓(ya)(ya)力的(de)合成力矩會引起法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)產生變形（轉角(jiao)）而(er)導致密(mi)封失效。但是在工(gong)(gong)程(cheng)實(shi)際(ji)，管(guan)(guan)道(dao)運行(xing)過程(cheng)中還會受到附加外力及力矩，法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)接頭除承受內(nei)壓(ya)(ya)外還要承受上述(shu)附加載(zai)(zai)荷(he)(he)。如果法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)壓(ya)(ya)力等級的(de)確(que)定，僅從法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)器材選用內(nei)壓(ya)(ya)的(de)角(jiao)度(du)考(kao)慮(lv)設計(ji)(ji)(ji)往(wang)往(wang)是不(bu)(bu)夠的(de)，還需(xu)考(kao)慮(lv)設備管(guan)(guan)道(dao)布置、管(guan)(guan)道(dao)應力等因素。工(gong)(gong)程(cheng)上法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)密(mi)封的(de)失效常(chang)常(chang)是施工(gong)(gong)不(bu)(bu)規范(fan)或工(gong)(gong)程(cheng) 設計(ji)(ji)(ji)中忽(hu)略了(le)較(jiao)大的(de)外載(zai)(zai)荷(he)(he)而(er)導致的(de)，工(gong)(gong)程(cheng)設計(ji)(ji)(ji)中應重視對法(fa)(fa)蘭(lan)(lan)外載(zai)(zai)荷(he)(he)的(de)校核(he)。
法蘭(lan)密(mi)封(feng)面與墊片(pian)之間(jian)存在(zai)(zai)(zai)著無數(shu)很細(xi)小(xiao)的(de)流動通(tong)道(dao)，介(jie)質將可能通(tong)過這(zhe)些細(xi)小(xiao)的(de)通(tong)道(dao)而(er)泄漏。密(mi)封(feng)的(de)基(ji)本原理就是要使得介(jie)質在(zai)(zai)(zai)流經(jing)這(zhe)種細(xi)小(xiao)通(tong)道(dao)時的(de)壓力(li)(li)降大(da)于(yu)密(mi)封(feng)腔內、外的(de)壓力(li)(li)差。法蘭(lan)在(zai)(zai)(zai)力(li)(li)矩作用(yong)下(xia)，如果剛度不(bu)足(zu)，就會形(xing)成對墊片(pian)壓緊(jin)(jin)力(li)(li)的(de)不(bu)均勻，從而(er)導(dao)致在(zai)(zai)(zai)墊片(pian)一(yi)(yi)側壓緊(jin)(jin)力(li)(li)較小(xiao)不(bu)能形(xing)成有效密(mi)封(feng)，而(er)在(zai)(zai)(zai)墊片(pian)另一(yi)(yi)側壓力(li)(li)過大(da)導(dao)致墊片(pian)壓潰，這(zhe)就引起了法蘭(lan)接頭密(mi)封(feng)的(de)失效即泄漏。
管道的(de)(de)法蘭(lan)(lan)除承(cheng)受內外(wai)壓外(wai)，還要(yao)承(cheng)受管道及介質質量、熱膨(peng)脹、振(zhen)動等(deng)引(yin)起的(de)(de)軸(zhou)向力(li)和彎(wan)矩(ju)的(de)(de)作用(yong)。通常法蘭(lan)(lan)的(de)(de)設計，例如ASME B16.5沒有考(kao)慮(lv)管道外(wai)加荷(he)載、彎(wan)矩(ju)等(deng)的(de)(de)影響，為防止在操作條件下(xia)發生(sheng)泄漏和可(ke)能出現的(de)(de)損壞事故(gu)，必要(yao)時需要(yao)對已經選(xuan)定的(de)(de)標準法蘭(lan)(lan)進(jin)(jin)行(xing)可(ke)靠性校核(he)，以判斷是否需要(yao)采取進(jin)(jin)一步的(de)(de)安全措施。法蘭(lan)(lan)外(wai)荷(he)載校核(he)方法有很(hen)多種，詳細講(jiang)述見(jian)《管道應(ying)力(li)分析與工程(cheng)應(ying)用(yong)》一書(shu)。下(xia)面僅(jin)對管道設計人員需掌(zhang)握的(de)(de)基(ji)本內容(rong)做(zuo)簡述。
1. 當量壓力法［Kellogg 當量壓力法（Peq法）］
Kellogg 當(dang)量(liang)壓力(li)(li)(li)(li)(li)法（equivalent pressure method）認為法蘭連接(jie)處(chu)的(de)(de)所有(you)外部載荷(he)均作(zuo)用(yong)在(zai)墊片上，軸(zhou)(zhou)向(xiang)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)應(ying)處(chu)于(yu)安全范圍內(nei)。在(zai)這個方(fang)法中，沒有(you)考慮螺(luo)栓(shuan)力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)影響，作(zuo)用(yong)在(zai)法蘭上的(de)(de)軸(zhou)(zhou)向(xiang)力(li)(li)(li)(li)(li)和彎矩轉化(hua)成了(le)當(dang)量(liang)壓力(li)(li)(li)(li)(li)（Peq）。將這兩個當(dang)量(liang)壓力(li)(li)(li)(li)(li)與設計壓力(li)(li)(li)(li)(li)相加得到總的(de)(de)當(dang)量(liang)壓力(li)(li)(li)(li)(li)，并根據法蘭材料與ASME B16.5中的(de)(de)壓力(li)(li)(li)(li)(li)-溫(wen)度等級(ji)表進行對比。如果總的(de)(de)當(dang)量(liang)壓力(li)(li)(li)(li)(li)小于(yu)等級(ji)表中相應(ying)溫(wen)度下的(de)(de)許用(yong)壓力(li)(li)(li)(li)(li)，即判定法蘭不會泄漏。此方(fang)法簡單可(ke)靠，但(dan)是過于(yu)保守。因為，外部載荷(he)實際(ji)上并不只作(zuo)用(yong)于(yu)墊片，外部載荷(he)在(zai)墊片處(chu)產(chan)生(sheng)的(de)(de)最(zui)大應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是在(zai)最(zui)外邊沿(yan)處(chu)，而由壓力(li)(li)(li)(li)(li)產(chan)生(sheng)的(de)(de)應(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)是均勻分布的(de)(de)。
如圖5.4.1所示(shi)，將由于管道所受重力(li)(li)和(he)(he)熱膨脹而產生的(de)(de)作用(yong)(yong)在法蘭(lan)上的(de)(de)軸(zhou)向(xiang)力(li)(li)F和(he)(he)彎(wan)矩M（M為作用(yong)(yong)在法蘭(lan)上的(de)(de)合(he)力(li)(li)矩）轉(zhuan)換成當量壓力(li)(li)Pel和(he)(he)Po2,Pe1和(he)(he)Pe2相加得出總的(de)(de)當量壓力(li)(li)P。
將計算得到的(de)總壓(ya)力(li)P1與ASME B16.5中與法蘭材(cai)料相關的(de)對(dui)應溫度(du)下(xia)的(de)壓(ya)力(li)進行對(dui)比。當(dang)P1小于此壓(ya)力(li)時，理(li)論上認(ren)為法蘭不會發生泄漏，否則，認(ren)為存(cun)在泄漏的(de)可能(neng)。
所需數據(ju)：法(fa)蘭材料、壓力等級、工(gong)(gong)作壓力、工(gong)(gong)作溫度、墊片(pian)內(nei)直徑和(he)(he)有效寬度、外部(bu)軸向(xiang)力和(he)(he)外部(bu)力矩，可以在下列規范(fan)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(cun)：ASME B16.20，ASME B16.21。
2. ASME Section VIII Division 1法蘭(lan)外荷載(zai)校核方法
ASME Section VIII Division 1 Appendix 2所采用(yong)的法(fa)蘭(lan)設計(ji)方法(fa)是華脫爾斯法(fa)（（E-.D.Waters），沿用(yong)至(zhi)今已達半個多世紀(ji)。該(gai)方法(fa)是簡單理論分(fen)析并(bing)帶有經(jing)驗(yan)性質的設計(ji)方法(fa)，是否能可靠保(bao)證密(mi)封性能存(cun)在質疑。補充了剛(gang)度(du)校核及與其配套的ASME PCC-1《承(cheng)壓范圍螺栓法(fa)蘭(lan)連(lian)接件(jian)的裝配指南》，基本能夠保(bao)證工程設計(ji)的泄(xie)漏要求，因(yin)此仍(reng)被(bei)采用(yong)。
3. ASME BPVC VIII Division 2法蘭外(wai)荷載校(xiao)核方法
ASME BPVC VIII Division 2與Division 1類似，主(zhu)要區別(bie)在于(yu)：Division 1 參(can)考(kao)(kao)ASMESection II Part D Table 1A和(he)1B的(de)(de)許用(yong)(yong)應力(li)(li)（采用(yong)(yong)最(zui)大(da)主(zhu)應力(li)(li)確定(ding)）；Division 2參(can)考(kao)(kao)Table 5A和(he)5B的(de)(de)許用(yong)(yong)應力(li)(li)（采用(yong)(yong)變形能理(li)論或Von Mises屈(qu)服(fu)準則的(de)(de)確定(ding)）。Division 2考(kao)(kao)慮了由于(yu)施加(jia)在法(fa)蘭上的(de)(de)軸向(xiang)力(li)(li)和(he)彎曲力(li)(li)矩(ju)而產生的(de)(de)附加(jia)外部力(li)(li)矩(ju)。
4. ASME Section III Division 1-Subsection NC法蘭外荷載校(xiao)核方法
此校核(he)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)源(yuan)于ASME BPVC III-1-NC分卷第3658.3節，因此稱為NC 3658.3法(fa)(fa)(fa)，也稱為NC 3658.3最大屈(qu)服強(qiang)度法(fa)(fa)(fa)。這個方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)也是(shi)當量壓力，但只考慮了彎矩的(de)等效壓力。ASME BPVC III-I-NC卷是(shi)關于核(he)電站部件建設標(biao)準(zhun)，采用此方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)對(dui)法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)泄(xie)漏進行校核(he)需要(yao)滿(man)足(zu)(zu)一(yi)定的(de)要(yao)求。當下(xia)列2個條件同(tong)時(shi)滿(man)足(zu)(zu)時(shi)，才能使用NC 3658.3法(fa)(fa)(fa)校核(he)法(fa)(fa)(fa)蘭(lan)泄(xie)漏：
a. 法(fa)蘭(lan)、螺栓、墊片符(fu)合ASME 1316.5中的要(yao)求；
b. 螺(luo)栓材料在(zai)100F（38℃）下的(de)許用應力不小于20000psi（138 MPa）。
此方法認(ren)為(wei)管(guan)道介(jie)質(zhi)內壓以及由(you)管(guan)道變形所產生(sheng)的(de)(de)彎矩(ju)或(huo)扭矩(ju)都施(shi)加在(zai)螺(luo)栓(shuan)上，并(bing)且假(jia)定應力都均(jun)勻分布(bu)在(zai)螺(luo)栓(shuan)孔所處圓周上，如果螺(luo)栓(shuan)發(fa)生(sheng)破壞，則法蘭產生(sheng)泄漏(lou)。根據ASME BPVC III-1-NC分卷第3658.3節(jie)，滿足式（5.4.1）的(de)(de)要求。
當(dang)根據計算式得出的值小于(yu)等于(yu)時，則(ze)認(ren)為法蘭不(bu)會發(fa)生(sheng)泄漏，否(fou)則(ze)認(ren)為會發(fa)生(sheng)泄漏，需(xu)要采取方法（如提高法蘭磅級）解決(jue)。
當量(liang)壓力法(fa)不適用于(yu)動載荷分(fen)析。
5. GB/T 20801法蘭外荷載校核方法
GB/T 20801法蘭(lan)外荷載校核列出了4種(zhong)方法。
當管(guan)法蘭(lan)承(cheng)受(shou)外(wai)加軸向力(li)或外(wai)加彎矩(ju)時(shi)，可按下列方法之(zhi)一評估：
a. 法蘭壓力-溫(wen)度額定值-當量壓力方法。
按式（5.4.5）計(ji)算其外加軸向(xiang)力(li)(li)(li)(li)或外加彎(wan)矩的(de)當量(liang)(liang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)p。，設計(ji)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)與(yu)當量(liang)(liang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)之和應不大于(yu)法(fa)蘭的(de)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)-溫度額定值。經(jing)設計(ji)者同意(yi)，設計(ji)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)也可采用相(xiang)應工況(kuang)下的(de)最大工作壓(ya)力(li)(li)(li)(li)。
b. 泰(tai)勒方(fang)(fang)法(fa)(fa)-當(dang)量壓力(li)方(fang)(fang)法(fa)(fa)、泰(tai)勒方(fang)(fang)法(fa)(fa)-當(dang)量力(li)方(fang)(fang)法(fa)(fa)、泰(tai)勒方(fang)(fang)法(fa)(fa)-修正當(dang)量力(li)方(fang)(fang)法(fa)(fa)。對于法(fa)(fa)蘭剛(gang)度，必要時還可(ke)按(an)GB／T 17186.1的規(gui)定校核法(fa)(fa)蘭剛(gang)度。
6. 法蘭外荷載校核過程
法蘭應放在受外部彎矩盡可能(neng)小(xiao)的(de)地方(fang)。并不是每一(yi)處法蘭有了外加荷載都(dou)需要詳細的(de)校核。一(yi)般(ban)情況可根據管(guan)道專業設計(ji)人的(de)經驗(yan)，對(dui)下(xia)列法蘭進行詳細的(de)外荷載校核：
①. 法蘭(lan)等(deng)級在900磅及以(yi)上的(de)高壓(ya)法蘭(lan)連接處；
②. 法(fa)蘭口徑在24＂及以(yi)上(shang)的(de)法(fa)蘭連接(jie)處；
③. 承(cheng)載高溫、劇毒、易燃、易爆等(deng)流體(ti)的法蘭連接(jie)處；
④. 根據管(guan)道專業設計人員經驗，認為需要詳細法蘭外(wai)荷(he)載校核處；
⑤. 其他。
Kellogg Peg法(fa)(fa)(fa)認(ren)為法(fa)(fa)(fa)蘭連接處的(de)所有外部(bu)載荷(he)均作(zuo)用在(zai)墊片上(shang)(shang)。NC 3658.3方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)認(ren)為管道介質(zhi)內(nei)壓以及由管道變形所產生的(de)彎矩和扭矩都施加在(zai)螺栓上(shang)(shang)。而(er)ASME Section VIII方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)主要是對法(fa)(fa)(fa)蘭應力(li)進(jin)行計(ji)算比對。Kellogg Peq 法(fa)(fa)(fa)輸入(ru)簡便快捷，而(er) ASME Section VIII和NC 3658.3方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)需要在(zai)相(xiang)關標準中查閱大(da)量數據。Kellogg Peq法(fa)(fa)(fa)相(xiang)對較保(bao)守，計(ji)算結(jie)果(guo)與現場實(shi)際情況有偏差，ASME Section III和NC 3658.3方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)相(xiang)對更(geng)(geng)精確，與實(shi)際情況更(geng)(geng)接近。
在國(guo)內外一(yi)些大型工程公司(si)中一(yi)般結合這(zhe)幾種方(fang)案按以下流程校(xiao)核(he)(he)法(fa)蘭(lan)泄漏(lou)(lou)，都能保證現場(chang)實際(ji)運行過(guo)(guo)(guo)程的(de)(de)安全(quan)穩定。首先用Peq方(fang)法(fa)（Kellogg當量(liang)壓力(li)法(fa)）校(xiao)核(he)(he)，如果(guo)通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)，則(ze)設計法(fa)蘭(lan)不(bu)泄漏(lou)(lou)；若校(xiao)核(he)(he)不(bu)通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)，再(zai)用ASME Section VIII方(fang)法(fa)校(xiao)核(he)(he)，通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)則(ze)設計法(fa)蘭(lan)不(bu)泄漏(lou)(lou)，失敗就需(xu)要分析具體的(de)(de)原因，修改調整(zheng)后(hou)再(zai)重新校(xiao)核(he)(he)，直到通(tong)(tong)過(guo)(guo)(guo)為止。僅螺栓的(de)(de)預緊應(ying)力(li)在不(bu)論是否有(you)軸向(xiang)力(li)和彎(wan)矩(ju)的(de)(de)情況(kuang)下，均超(chao)出許用應(ying)力(li)值時，才使用NC3658.3方(fang)法(fa)進行校(xiao)核(he)(he)。見圖5.4.2所示。法(fa)蘭(lan)外荷載校(xiao)核(he)(he)方(fang)法(fa)詳細講(jiang)述見《管(guan)道(dao)應(ying)力(li)分析與(yu)(yu)工程應(ying)用》、《工業(ye)管(guan)道(dao)配管(guan)設計與(yu)(yu)工程應(ying)用》兩書。
