法兰刚度计算问题探讨

丁金翔

（北京燕华工程建设有限公司，北京 102502）

GB 150.1～150.4—2011《压力容器》［1］与 ASME BPVC. Ⅷ-1—2004 《Rules for Construction of Pressure Vessels》［2］中有关压力容器法兰设计方法采用的都是Waters法，法兰刚度指数计算是ASME BPVC.Ⅷ-1—2004中的补充建议，GB 150.1～150.4—2011也补充了相同的刚度校核要求。由文献［3］可以知道，法兰刚度指数计算的实质是通过控制法兰的转角来保证法兰的密封性能。但在设计实践中发现，同等设计条件下，强度高材料法兰的刚度可能不合格，而强度低材料法兰的刚度却反而合格。从法兰刚度原理看，法兰的刚度计算应该与法兰材料的弹性模量相关，而不应该与法兰的强度相关。设计中存在上述问题的原因可能是在将ASME标准转化为国内标准的过程中出现了偏差。

笔者以某设备法兰为例，对法兰刚度指数计算中出现的上述问题进行分析探讨。

1 法兰刚度计算实例

某设备法兰为 PN1.6 MPa、DN1 300 mm的标准长颈设备法兰，其设计压力0.97 MPa，设计温度100℃，筒体材料为Q345R，腐蚀裕量为1.5 mm，焊接接头系数为1.0。法兰材料分别选用20锻、16Mn锻和12Cr2Mo1V锻。

该法兰内径D=1 300 mm，法兰外径Do=1 460 mm，螺栓中心圆直径Db=1 415 mm，法兰颈部高度h=40 mm，法兰颈部大端厚度26 mm，法兰颈部大端有效厚度δ1=24.5 mm，法兰颈部小端厚度16 mm，法兰颈部小端有效厚度δ0=14.5 mm，法兰有效厚度δf=74 mm。法兰密封面形式为凹面。

垫片与密封面接触外径D外=1 353 mm，垫片与密封面接触内径D内=1 315 mm。共有44个螺栓，螺栓材料为35CrMoA，直径24 mm。垫片为金属包垫片（不锈钢内包石墨），垫片系数m=3.75，垫片比压力y=62.1 MPa。

2 法兰刚度指数计算公式及存在问题

法兰刚度校核条件为刚度指数J≤1，J计算公式为［1］：

其中

式（1）～式（2）中，M0为法兰设计力矩，N·mm；……