在化工設備中，法蘭連接是很重要的部件，有著密封性作用，是保障設備安全的關鍵。由于法蘭 連接強度高、拆換方便、密封性好，所以在石油化工、航天工程、國防工程中被廣泛使用。設備在使用過 程中，法蘭連接如果有受力不均勻的情況出現，就會對于墊片的應力分布產生干擾，此時無法保障法蘭的 密封性效果，甚至是失效。為提高法蘭連接穩定性，保障設備性能，本文將以法蘭連接為對象，以換熱器 管箱的法蘭為例，對于應力分布的非均勻進行了探討，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，化工設備的運行環境非常復雜，并且有一些 介質有著腐蝕性、易燃易爆及毒性的特性。因此，對于運行 的化工設備來說，對于連接設備保障其密封性和可靠性是關 鍵。化工設備有著多種多樣的設備密封形式、連接形式。最 常見的就是承插式、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、拆換便捷等優勢。所以在 化工制造業法蘭被廣泛使用。如果法蘭連接失效，那么化工 設備介質就會泄露，不僅會污染環境，同時也可能會威脅到 人身安全。可以說法蘭連接的密封性、強度關系到設備穩定 運行和安全運行。
在化工設備中，法蘭連接靠的是螺栓的預緊載荷作用使 設備保持緊密連接與密封性。預緊法蘭的時候，部分情況下 做不到讓每個螺栓的載荷保持一致性的大小。不均勻的預緊 就會使得密封墊片出現很嚴重的應力分布問題。管箱法蘭的 連接，工況復雜，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力、變形狀況。利用 MATLAB 軟件進行有限元的模擬數據的計算，從而得出部件在不同工 況狀態下的應力分布變化情況。



安裝法蘭結構，預緊法蘭連接的時候，不同螺栓施加載 荷顯然無法做到完全一致。另外設備本身的環境也是很復雜 的，而且法蘭連接在不同位置所體現出的溫度工況也是不同 的，也就有著明顯不同的熱變形。螺栓載荷表現出的這些差 異性會使密封墊的接觸面的應力出現不均勻性，此時就會使 法蘭的緊密性受到影響，甚至會引發結構失效，從而導致介 質泄露的問題出現。所以，不論是使密封性提升還是使應力 分布降低避免結構失效，其關鍵均是要使法蘭墊片要有均勻 性的應力分布條件有保障。為了在不同工況下對于法蘭連接 面的應力分布非均勻性情況予以掌握，就要對于密封接觸面 的受力非均勻性進行合理定義，展開積極性評價。其概念就 是對法蘭盤、螺栓截面、墊片應力分布狀況的反映。在螺栓 界面、密封墊片、法蘭盤的應力分布十分零散情況下，它的應力非均勻分布就會比較小，能夠更好地展現與發揮法蘭螺 栓的完整性和緊密性。對于螺栓、密封墊片及法蘭盤表面的 應力分布不均勻性進行研究，可通過非均勻性指標來予以分 析。
在法蘭連接預緊時，螺栓的預緊力大小及加載形式關系 到最后的法蘭連接密封性。預緊過程中，可以選擇增大預緊 值的方式預緊，不過如果這個幅度過大，那么密封墊片就有 可能會出現問題，比如外側壓潰引起密封失效問題。本次實 踐中，使用有限元對法蘭連接模型進行仿真分析時，螺栓是 49500N 的預緊載荷，這里取 50000N 的實際預緊載荷值。加 載完成之后，鎖定載荷。