在化工設(shè)備中，法蘭連接是很重要的部件，有著密封性作用，是保障設(shè)備安全的關(guān)鍵。由于法蘭 連接強(qiáng)度高、拆換方便、密封性好，所以在石油化工、航天工程、國(guó)防工程中被廣泛使用。設(shè)備在使用過(guò) 程中，法蘭連接如果有受力不均勻的情況出現(xiàn)，就會(huì)對(duì)于墊片的應(yīng)力分布產(chǎn)生干擾，此時(shí)無(wú)法保障法蘭的 密封性效果，甚至是失效。為提高法蘭連接穩(wěn)定性，保障設(shè)備性能，本文將以法蘭連接為對(duì)象，以換熱器 管箱的法蘭為例，對(duì)于應(yīng)力分布的非均勻進(jìn)行了探討，在不同的情況下定量分析法蘭連接受力的非均勻性 情況。


眾所周知，化工設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境非常復(fù)雜，并且有一些 介質(zhì)有著腐蝕性、易燃易爆及毒性的特性。因此，對(duì)于運(yùn)行 的化工設(shè)備來(lái)說(shuō)，對(duì)于連接設(shè)備保障其密封性和可靠性是關(guān) 鍵?；ぴO(shè)備有著多種多樣的設(shè)備密封形式、連接形式。最 常見(jiàn)的就是承插式、螺紋式和法蘭式。法蘭螺栓又稱法蘭連 接，有著緊密性好、可替換性高、拆換便捷等優(yōu)勢(shì)。所以在 化工制造業(yè)法蘭被廣泛使用。如果法蘭連接失效，那么化工 設(shè)備介質(zhì)就會(huì)泄露，不僅會(huì)污染環(huán)境，同時(shí)也可能會(huì)威脅到 人身安全。可以說(shuō)法蘭連接的密封性、強(qiáng)度關(guān)系到設(shè)備穩(wěn)定 運(yùn)行和安全運(yùn)行。
在化工設(shè)備中，法蘭連接靠的是螺栓的預(yù)緊載荷作用使 設(shè)備保持緊密連接與密封性。預(yù)緊法蘭的時(shí)候，部分情況下 做不到讓每個(gè)螺栓的載荷保持一致性的大小。不均勻的預(yù)緊 就會(huì)使得密封墊片出現(xiàn)很嚴(yán)重的應(yīng)力分布問(wèn)題。管箱法蘭的 連接，工況復(fù)雜，并且溫度分布也不均勻。所以需要用到有 限元軟件，分析法蘭不同部件應(yīng)力、變形狀況。利用 MATLAB 軟件進(jìn)行有限元的模擬數(shù)據(jù)的計(jì)算，從而得出部件在不同工 況狀態(tài)下的應(yīng)力分布變化情況。



安裝法蘭結(jié)構(gòu)，預(yù)緊法蘭連接的時(shí)候，不同螺栓施加載 荷顯然無(wú)法做到完全一致。另外設(shè)備本身的環(huán)境也是很復(fù)雜 的，而且法蘭連接在不同位置所體現(xiàn)出的溫度工況也是不同 的，也就有著明顯不同的熱變形。螺栓載荷表現(xiàn)出的這些差 異性會(huì)使密封墊的接觸面的應(yīng)力出現(xiàn)不均勻性，此時(shí)就會(huì)使 法蘭的緊密性受到影響，甚至?xí)l(fā)結(jié)構(gòu)失效，從而導(dǎo)致介 質(zhì)泄露的問(wèn)題出現(xiàn)。所以，不論是使密封性提升還是使應(yīng)力 分布降低避免結(jié)構(gòu)失效，其關(guān)鍵均是要使法蘭墊片要有均勻 性的應(yīng)力分布條件有保障。為了在不同工況下對(duì)于法蘭連接 面的應(yīng)力分布非均勻性情況予以掌握，就要對(duì)于密封接觸面 的受力非均勻性進(jìn)行合理定義，展開(kāi)積極性評(píng)價(jià)。其概念就 是對(duì)法蘭盤、螺栓截面、墊片應(yīng)力分布狀況的反映。在螺栓 界面、密封墊片、法蘭盤的應(yīng)力分布十分零散情況下，它的應(yīng)力非均勻分布就會(huì)比較小，能夠更好地展現(xiàn)與發(fā)揮法蘭螺 栓的完整性和緊密性。對(duì)于螺栓、密封墊片及法蘭盤表面的 應(yīng)力分布不均勻性進(jìn)行研究，可通過(guò)非均勻性指標(biāo)來(lái)予以分 析。
在法蘭連接預(yù)緊時(shí)，螺栓的預(yù)緊力大小及加載形式關(guān)系 到最后的法蘭連接密封性。預(yù)緊過(guò)程中，可以選擇增大預(yù)緊 值的方式預(yù)緊，不過(guò)如果這個(gè)幅度過(guò)大，那么密封墊片就有 可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，比如外側(cè)壓潰引起密封失效問(wèn)題。本次實(shí) 踐中，使用有限元對(duì)法蘭連接模型進(jìn)行仿真分析時(shí)，螺栓是 49500N 的預(yù)緊載荷，這里取 50000N 的實(shí)際預(yù)緊載荷值。加 載完成之后，鎖定載荷。