壓力容器法蘭連接的螺栓預緊是保證法蘭連接點不發(fā)生泄漏的重要環(huán)節(jié)之一。如果預緊力不足，當容器承受較高壓力時，會產生泄漏。如果預緊力過大，超過螺栓的允許強度，會使螺栓產生塑性變形，這樣就破壞了螺栓的安全度，壓力容器投入運行后是非常危險的。有的壓力容器由于螺栓預緊力過大和各個螺栓受力不均勻，使設備法蘭處于不均勻的屈服狀態(tài)下工作，也會破壞法蘭的安全度，使法蘭使用壽命降低。那么，要在法蘭密封前施加給螺栓多大的力才能保證在壓緊墊片的同時在操作狀態(tài)下又不發(fā)生泄漏呢？

法蘭螺栓連接合格的判定標準

法蘭螺栓連接合格的判定標準，一般從以下兩方面考慮：1）密封性：做到“不漏即好"，即在水壓試驗時，介質不發(fā)生泄漏。2）安全性：做到螺栓危險截面上的應力對碳素鋼不超過屈服極限的60%~70%，對合金鋼不超過屈服極限的50%~60%；密封墊片受到的比壓力大于最小密封比壓y，且一般不超過4y。

螺栓預緊力的計算方法

計算方法一：在我國現行標準GB/T150-2011《壓力容器》中并沒有提及螺栓預緊力的計算方法，有人采用GB/T150中的螺栓設計載荷W計算預緊時的擰緊力矩：T=KWd（K的取值可參考《機械設計手冊》相關章節(jié)）

GB/T150采用的是Tayor-Water作為螺栓法蘭的設計方法，僅將法蘭視作一個獨立的承壓元件，只考慮其強度失效，而未考慮另一個更貼近實際的法蘭失效模式——剛度（變形）引起的密封（泄漏）失效。

Taylor-Waters法是一種強度計算方法，可用于確定螺栓面積和法蘭環(huán)厚度的強度計算。但Taylor-Waters法不能反映法蘭接頭的密封要求，大量實驗與現場安裝表明，按Taylor-Waters法所得的預緊力不能保證法蘭接頭，尤其是氣體介質的密封要求。

由于耐壓試驗壓力大于設計壓力，考慮到法蘭轉角、墊片松弛、螺栓伸長等因素，因此，GB/T150中的法蘭計算僅是用來確定需要的最小螺栓截面積之用，實際螺栓預緊力必須大于“螺栓設計載荷"，同樣是采用Taylor-Waters法的進行法蘭設計方的ASME中也在ASME B&PV Ⅲ附錄Ⅻ 1100中規(guī)定實際螺栓預緊力提高至設計值的1.5倍以上是必要的。

計算方法二：周體偉考慮內壓作用和墊片在升壓過程中松弛的綜合結果，提出了一種法蘭螺栓預緊力的計算方法。

操作時法蘭接頭的連接螺栓受力有如下三部分組成：1）容器或管道中流體壓力P；2徑向外力Pr；3）彎矩M。可以以上簡化折算為壓力，稱為相當壓力Pe：實際上采用將P適當增大的方法求得Pe，一般Pe≤1.5P。

假設預緊力為f，亦即預緊時的螺栓載荷f。此時f僅是壓緊墊片而引起的。當操作時，隨著操作壓力的上升，螺栓載荷由f開始變化，直到壓力引起的螺栓載荷增加值達到F為止。在此過程中，螺栓一方面隨載荷的增長而變形伸長，f值也增大；另一方面，螺栓伸長又減小了對墊片的壓縮，使螺栓載荷值f減小。

由此，只要算出由內壓Pe作用引起的墊片松弛所減少的壓緊力ΔF，就可以用它和Fp（操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力）求得預緊力f。f=Fp+ΔF其中，Fp=6.28DGbmPe。ΔF可由墊片回彈變形與螺栓伸長的變形協(xié)調公式得出

螺栓預緊力f：

計算方法三：

查表法，一般專業(yè)公司會根據經驗制定螺栓預緊力數據表格，操作時直接查表得出。下表為某專業(yè)公司操作參數對應的螺栓預緊力矩。

計算方法四：歐洲標準EN13445.4“非直接火壓力容器"中附錄G提出了法蘭連接的另一種設計方法。該附錄直接引用EN1591“法蘭及其接頭帶墊片的圓形法蘭連接設計規(guī)則"。

該方法包括的法蘭結構形式有整體法蘭、松式法蘭、法蘭連接的凸形封頭和法蘭平蓋。考慮法蘭在各種載荷的作用下會發(fā)生轉動變形，而法蘭密封面與墊片的有效接觸寬度又直接影響到密封所需要的螺栓力。因此，在整個計算過程中將需要進行一些迭代過程。EN13445.4附錄G所列的法蘭設計方法是一種基于密封性緊密度的設計方法，該方法確定了滿足密封要求所需要的螺栓力和裝配時所需要的螺栓預緊力矩，這就保證了對墊片、螺栓、法蘭等零件進行強度校核時采用載荷與實際工況下的載荷是較為吻合的。同時，所有對連接接頭所作的強度校核也是為了達到密封的目的。