3.1 EN1591-1

按照EN1591所给出的计算方法，若需将计算 基于给定的泄漏率，那么，计算需要用到所选用垫片 在给定压力、给定温度及给定泄漏率条件下垫片上 的最小残余应力值，这也就需要通过实验来确定可以获得该值的垫片泄漏曲线。

由于目前各种垫片的泄漏曲线仍在实验补充阶 段，所以该计算实例选用文献[7]中给出的实验数据 进行计算,即室温（20 "Q条件下，PN4. 0 ,DN40带 金属嵌入物的柔性石墨垫片在内压为4. 0 MPa时, 要保证He泄漏率在0. 01 mg/ (s · m)这个等级，在 装配工况,垫片上所需的最小应力约为55 MPa。由 于泄漏率的大小主要与装配工况螺栓预紧力及其他 工况下垫片上的残余应力有关，所以,对于法兰的结 构尺寸,该计算实例选用标准法兰进行计算。计算 条件及结果如下。

(1) 计算条件公称压力PN4. 0 ,公称直径 DN40 ,设计温度20 "C,法兰材料Q235-B ,法兰类型 为整体法兰，垫片型式为RF型平垫片，垫片材料为 带金属嵌入物的柔性石墨垫片，螺栓材料Q235-B ; 泄漏率0. 01 mg/ (s .m);法兰外径150 mm,法兰 盘厚度18 mm ,螺栓孔直径18 mm ,螺栓规格M16 , 螺栓中心圆直径110 mm,谁颈大端直径68 mm,谁 颈大端壁厚14 mm,锥颈小端壁厚7. 5 mm ,锥颈锥 度5 :1;垫片外径92 mm,垫片内径49 mm,垫片厚 度 1 . 5 mm。

(2) 计算结果装配工况的垫片应力约为 55.0 MPa;操作工况的垫片应力约为47. 8 MPa。

螺栓预紧力与名义螺栓力最大分散±9.3 %,此计算 结果为控制He泄漏率在0. 01 mg/ (s · m)等级时 的结果。由于垫片实验数据的限制,计算仅涉及装 配和操作2种工况，没有考虑内压和工作温度都可 能高于装配工况和操作工况的测试工况，所以装配 工况的垫片应力与文献[7]中差别较大，而操作工况 的垫片应力与文献[7]中计算数据基本相符,说明计 算过程是正确的。

3.2 GB 150 —1998 计算实例

GB 150 -1998中给出的法兰设计方法与 ASME规范中给出的旧的法兰设计方法相同，虽然 PVRC已经提出了新的法兰设计方法，但目前仍没 有通过审核成为正式规范，而GB 150 —1998也仍 未加入新的法兰设计方法，所以，该计算实例仍采用 CB 150 —1998中给出的法兰设计方法进行计算，即 ASME旧的法兰设计方法。计算条件及计算结果 如下。

(1) 计算条件同3. 1中的计算条件。垫片为 软铝垫片，m =4. 0 ,少=61. 9 MPa,外径92 mm,内 径为49 mm,厚度为1.5 mm。

(2) 计算结果装配工况下，垫片预紧应力为

61.9 MPa，操作工况垫片应力为31.9 MPa。

3.3比较与分析 3.3.1结果对比

为了确定利用GB 150 —1998进行计算得到的 设计计算结果对泄漏率的控制范围，需用到He泄 漏率在0. 1 mg/ (s · m)等级时，利用EN1591进行

计算的计算结果。受到垫片实验数据的限制，泄漏 率在这个等级时装配工况垫片预紧及操作工况垫片 所需应力参考文献[7]中数据，其中，装配工况下垫 片预紧所需应力为10 MPa，操作工况下垫片应力为 10 MPa。

通过对计算结果的比较可以看出，使用GB 150 —1998给出的法兰设计方法设计的法兰，其操 作工况的垫片载荷介于使用EN1591设计计算方法 得到计算结果的一级和二级泄漏等级之间。对于装 配工况下的垫片预紧力，使用GB 150 —1998设计 方法计算得到结果高于使用EN1591计算方法在装 配工况下He泄漏率达到0. 01 mg/ (s .m)等级时 的预紧力，但操作工况下垫片上的应力远低于该水 平，使用该应力值，在操作工况仅能将泄漏控制在 0. 01 mg/ (s · m)等级。

3.3.2结果分析

通过对计算结果进行的比较可以看出， GB 150 —1998中给出的法兰设计规则存在一定的 合理性。但由于GB 150 —1998给出的法兰设计规 则没有定量考虑密封的紧密程度，对法兰连接的紧 密程度无法进行评价。其装配工况和操作工况的垫 片力并不能将泄漏控制在同一泄漏等级。对于法兰 连接密封性要求严格的工况，无法进行确定性设计 与操作。另外，GB 150 —1998给出的法兰设计规则 仅考虑装配和操作2种工况，忽略了其他可能存在 的一些重要工况(如测试工况）。在其他工况下，接 头处的密封行为不可知，加上对可能影响法兰接头 性能的因素考虑较少，这导致在整个连接系统的使 用过程中存在潜在的危险。并且，由于计算忽略了 密封介质对密封泄漏等级的要求，可能导致出现对 普通介质的密封等级过高，而对危险介质的密封等 级又达不到控制要求的现象。而这种现象的存在， 就会导致法兰预紧过渡浪费资源或造成泄漏，这些 都给法兰连接系统的使用带来了很大的不确定性， 是法兰设计方法应该改进的部分。

EN1591法兰设计计算方法对影响接头性能的 因素做出了较全面的考虑，设计可以涵盖多种工况， 使设计计算的结果更加贴合实际情况，并且，允许将 设计基于给定的泄漏率，使各工况下法兰连接系统 的接头行为得到了更好的控制。在更大程度上确保 了法兰连接系统使用的安全性。其设计方法更为合 理。但是由于该标准考虑的因素较多，在计算中增 加了大量的参数，使设计计算的难度加大。并且，由 于按EN1591-1提出的计算方法进行计算时，需要 输入一组垫片系数，该组垫片系数需通过EN13555 的试验方法来确定，这是设计过程中最困难的问题，仍有待解决。