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(xiàn)，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(wěn)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(huán)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?；ぴO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(yōu)勢。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 設備介質就會泄露，不僅會污染環(huán)境，同時也可能會威脅到 人身安全?？梢哉f法蘭連接的密封性、強度關系到設備穩(wěn)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(xiàn)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(tài)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(huán)境也是很復雜 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 異性會使密封墊的接觸面的應力出現(xiàn)不均勻性，此時就會使 法蘭的緊密性受到影響，甚至會引發(fā)結構失效，從而導致介 質泄露的問題出現(xiàn)。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(xiàn)與發(fā)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(xiàn)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。