CAESAR_II_法兰泄漏分析
法兰泄漏的校核及评定
法兰泄漏的校核及评定摘要：石油化工装置高温高压易燃易爆，管道法兰作为常用的连接件，同事也作为潜在的泄漏点，严重影响装置的安全运行，所以正确合理地评定法兰泄漏尤为重要。
本文从理论上讲述工程上广泛使用的具有可行性的快速评定法兰是否存在泄漏的方法以及应对方法提出一些建议。
关键词：法兰、泄漏、计算、评定法兰作为主要的管件连接件,用于管子与管子，管子与设备，管子与阀门等等之间的连接，其拆卸方便，便于检修，从而得到广泛应用。
然而，法兰是通过垫片与螺栓的预紧力进行密封。
垫片的类型，垫片安装的好坏，螺栓安装的是否有正确的预紧力，还有因管系走向而对法兰处造成的外部荷载（主要是轴向力及弯矩）等等因素对法兰的密封效果有相当的影响，故法兰泄漏作为一个潜在的泄露点，影响着装置的安全运行，特别是高温高压易燃易爆的工艺介质或深冷易燃介质如LNG，更不允许泄漏。
所以法兰泄露作为一个重要的考虑因素，在石化及LNG接收站工程设计中应给予极度的重视。
防止法兰泄漏通常采用两种方法：一是通过适当地修改走向，增加柔性，使作用于法兰处的荷载（外部荷载即法兰处的力以及力矩）；二是提高法兰的压力等级（即法兰磅值），从而提高了Pr值，使得法兰承载能力变大，使得法兰泄漏不发生。
对于防止法兰泄漏有一些经验的做法，例如一般认为法兰连接处的应力不大于70MPa便可以接受。
实际分析表明，该方法在管径不大时基本适用，当管径较大时可能并不偏于保守，因此需要更精确的校核方法。
ASME NC-3658给出了三种校核方法，其中第三种方法较为简便，被广泛采用，但一般认为该方法具有相当的保守程度，此种方法与HG/T 20645-1998中提到的计算公式是一致的，具体计算公式如下：（公式1）式中——法兰在计算下的额定允许值（即设计压力），MPa——管道的设计压力，MPaF——法兰承受的拉力（不包括内压产生的拉力），NM——法兰承受的合成弯矩，N.m——垫片压紧力作用的中心圆直径，近似等于垫片接触面的平均直径，详细定义可参见HG/T 20645-1998的2.3.1节,mm以上的计算的实际上是将管系对法兰处的力和力矩（即外荷载）折算成当量的压力，可称为。
CAESARII介绍
CAESARII——世界著名的管道应力分析软件自1984年以来，美国Intergraph ICAS公司开发的CAESARII软件便成为世界上广泛使用的管道应力分析软件，并成为工业标准。
这主要有以下几个原因：技术全面、灵活:CAESARII其它软件相比，包含更多的选项和更高的技术。
使用方便:CAESARII提供了与每一个输入区域有关的信息、在线帮助、错误检查和漂亮的模型显示。
产品质量可靠：CAESARII在使用过程中已被证实稳定、安全、可靠。
用户普遍认可：CAESARII因强大的软件功能而被世界上许多大公司所使用，如ABB、BASF、BROWN&ROOT、FLUOR、DANIEL、SHELL等等，在国内也有很多用户（请参考国内用户名录）。
优秀的技术支持：Intergraph ICAS公司有经验丰富的管道应力分析工程师和程序开发人员解答用户的问题，用户对Intergraph ICAS公司的博学、安全可靠、及时的技术支持给予了很高的评价。
完善的质量保证：软件经过严格的质量保证（QA）标准测试。
软件的不断升级：随着技术的发展以及为了满足用户操作的方便和规范的修正，Intergraph ICAS公司不断开发升级软件，Intergraph ICAS公司也不断地与其它相关的程序进行数据接口。
公司的稳定：Intergraph ICAS公司自1983年成立以来，现已有工程师四十多人在公司工作，资产已达九千多万美金。
软件功能简介CAESARII的输入功能使管道应力分析工程师更容易操作，软件的输入格式大大减少了建模时间。
在线帮助与较少使用的一些功能的套装分层结构确保你不被打开过多的屏幕或干扰选项所迷惑，你可以只查看你所关心的问题。
模型一旦建成，自动错误检查将检查你的输入。
从管系的透视图和可能的错误警告中确保建立的模型是正确的。
错误检查完成后，你只要告诉CAESARII，程序将自动进行分析。
输入和建模交互式图形输入，使用户更直观地查看模型。
液化工厂管法兰的泄漏校核
125军民两用技术与产品2015·4（下）天然气液化工厂作为一个生产和储存易燃易爆介质的场所，其安全设计是整个工厂设计的重中之重，工艺安全设计和管道应力分析是保证整个工厂设计安全的重点，法兰泄露校核作为管道应力分析的一个重要方面，在保证整个工厂安全运行上起着重要作用，同时管法兰的泄露问题也是压力管道普遍存在的一个问题。
1 液化工厂法兰泄漏的原因及危害天然气液化工厂的产品是LNG ，温度约为-161℃或-140℃，LNG 工厂存在着大量的这种低温管线，当低温管线从安装态进入到工作态时，由内压导致的轴向力以及低温导致的管道收缩，使螺栓有伸长的趋势，作用在垫片上的压紧力将减小。
当垫片上压紧力小于有效紧固力时法兰就会发生泄露，泄漏后产生的LNG 射流或冷蒸气云，会使所接触到的一些材料变脆、易碎，对结构或基础造成损害。
由于温度的降低，LNG 管线遇冷收缩，管线法兰连接点和阀门阀盖（顶装式阀门，法兰方式）可能会出现泄露。
当LNG 管线发生溢出性泄漏流出时，会猛烈沸腾气化，来不及气化的LNG ，由于其液体粘度小、流动性强，泄漏的液体会四处流散、蔓延，流经过的地面、防火堤、设备结构基础等会因冷冻而强度大大降低，甚至发生坍塌事故。
对于法兰泄露，可以通过保温层上有无结霜现象来判断，也可以通过安装在保温层内的泄露探测导管进行早期探测，该泄露可在冷却管线过程中预紧固螺栓解决。
若已发生泄露，须先降低阀门操作压力，待没有LNG 冒出时再通过紧固螺栓解决。
2 法兰泄漏校核方法泄露是管法兰在应用中最主要的失效形式，法兰泄露涉及到法兰形式、等级、垫片、螺栓以及相对刚度、预应力、法兰温度梯度、外部载荷等因素，所以要准确预测在操作工况下外部载荷作用下的法兰泄露是非常困难的，工程上也一直缺少一个统一的简单可靠的校核方法，目前比较通用的方法就是当量压力法。
2.1 当量压力法当量压力法出自著名工程公司Kellogg ，方法简单明了，在GB/T20801.3-2006《压力管道规范》中也有采用，工程上通用的管道应力分析软件CAESARII 也是采用这一方法进行法兰泄露校核，通过将管道所受力和力矩分别作用在一个等效的垫片面积和一个等效的垫片截面模量上，将管道负荷转化为等效压力：Pe=P+4F/（πD G 2）+16M/（πD G 3）（1）符号意义如下：p e ——作用于法兰的当量总压力；p ——设计压力；F ——轴向力，N ；使法兰受拉伸作用的F 力为（+），使法兰受压缩作用的F 力为（-）；M ——弯矩；D G ——垫片压紧力作用中心圆直径。
CAESARII_管道应力分析_培训解读
CAESARII软件培训资料北京艾思弗计算机软件公司2002年4月12日1．管道应力分析的原则管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。
2．管道应力分析的主要内容管道应力分析分为静力分析和动力分析。
静力分析包括：1）压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏；2）管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏；3）管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行；4）管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据；5）管道上法兰的受力计算——防止法兰泄露。
动力分析包括：l）管道自振频率分析——防止管道系统共振；2）管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力；3）往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析——防止气柱共振；4）往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。
3．管道上可能承受的荷载（1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；（2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力；（3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等；（4）风荷载；（5）地震荷载；（6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击：（7）两相流脉动荷载；（8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；（9）机械振动荷载：如回转设备的振动。
4．管道应力分析的目的1）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值；2）为了使与管系相连的设备的管日荷载在制造商或国际规范（如NEMA SM-23、API-610、API-6 17等）规定的许用范围内；3）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在ASME Vlll的允许范围内；4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；5）为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移；6）为了优化管系设计。
5．管道柔性设计方法的确定一般说来，下述管系必须利用应力分析软件（如CAESAR II）通过计算机进行计算及分析。
法兰泄漏校核的方法及适用范围的研究
法兰泄漏校核的方法及适用范围的研究摘要：法兰泄漏校核是工程设计中比较复杂的课题，为研究不同的法兰泄漏校核方法及适用范围，本文以标准法兰的温度-压力额定值为基准，利用CAESRA II 应力分析计算软件，模拟出不同工况下各校核方法的泄漏界限，并根据各种校核方法的原理，推荐不同法兰泄漏校核方法的适用范围和场景。
关键词：法兰泄漏校核方法 Taylor forge CAESAR II1. 引言法兰连接是压力管道中最常用的可拆卸连接形式，广泛应用于压力管道中管件、阀门、设备等之间的连接，因此如何保证法兰接头的安全性十分重要。
然而由于法兰连接涉及法兰、垫片、紧固件等多个元件，涉及预紧、试验、使用等多个过程，涉及介质压力、预紧力、外力、外弯矩、温度等多种荷载，法兰的失效准则也分为应力引起的强度失效和变形引起的刚度失效准则，如何对法兰接头进行安全性评定是一个比较复杂的问题。
基于以上多种因素的考量，也就出现了多种法兰接头的安全性评定方法。
必须明确的是，变形引起的刚度失效可能更加贴近实际的失效形式，但是要考虑法兰的偏转角度、垫片的压缩量或应变量，螺栓的伸长量等，变形的计算需采用有限元分析，难度较大，对于工程设计来讲，既没有必要也不切实际。
况且由于安全系数较大，一般而言，基于强度计算出的螺栓截面积和法兰厚度是足够的。
那么，以上多种法兰泄漏校核方法，在实际的工程设计中，分别适用哪种场合，哪个方法比较精确，哪个方法又比较安全呢？本文以标准法兰的温度-压力额定值为基准，探讨各法兰校核方法的泄漏界限和适用范围。
2. 标准法兰的压力-温度额定值P R压力-温度额定值来源于ASME B16.5、 B16.47，规定了具有相近弹性模量的金属材料，即碳素钢、合金钢、不锈钢、镍基合金的钢制管法兰的压力—温度额定值。
2.1 ASME B16.5 B16.47钢制管法兰的压力-温度额定值确定原则P R=(10S/8750)xP c≤P r[1]式中：P R=法兰在相应温度下的压力额定值，barS=法兰材料许用应力值，MPaP c=法兰Class等级值P r=最大压力额定值，bar（区别于P R）2.2 标准法兰的螺栓面积的确定准则A b x7000psi≥A g xP c[1]其物理含义是：螺栓承载能力不小于内压在垫片密封面外径范围内的推力。
法兰泄漏分析
AECsoft
2020/8/16
法兰泄漏校核分析方法
选择对应工况及校核方法，之后点击View Report 查看校核结果。
AECsoft
2020/8/16
AECsoft
2020/8/16
法兰泄漏校核分析方法
Kellogg当量压力法 ：
Peq 16M / G 3 4F / G 2 PD
其中：
Peq= 当量压力 (用于校核法兰泄漏) M =作用在法兰上的弯矩 G =法兰垫片上的有效直径 F = 作用在法兰上的轴向力 (取绝对值) PD=设计压力
AECsoft
M fs =由于持续机械荷载而产生的弯矩或扭矩 (法兰中 弯矩较大一侧，不包含任何偶然工况）
M fd =由于持续机械荷载及动态荷载而产生的较大的弯 矩或扭矩 (法兰中弯矩较大一侧，包含偶然工况）
AECsoft
2020/8/168/16
法兰泄漏校核分析方法
CAESAR II 法兰泄露分析
AECSOFT 北京艾思弗计算机软件技术有限责任公司
2010
法兰泄漏校核分析方法
CAESAR II 中使用两种方法来对法兰泄漏进行校核： Kellogg当量压力法
ASME NC-3658 （注意：CAESAR II在进行法兰校核时 可通过偶然应力因数增加许用压力）
2020/8/16
法兰泄漏校核分析方法
ASME NC-3658 法
Mfs 3125(Sy / 36,000)CA b
Sy = 法兰材料在设 计温度下的屈服强 度 (一般不超过 36,000psi)
C = 螺栓环直径
Mfd 6250(Sy / 36,000)CA b
Ab= 所有螺栓横截 面积之和
CAESARⅡ中法兰泄漏校核方法分析与对比
㊀２０１９年㊀第１期Ｐｉｐｅｌｉｎｅ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ２０１９㊀Ｎｏ １㊀收稿日期：２０１８－０３－３０ＣＡＥＳＡＲＩＩ中法兰泄漏校核方法分析与对比廉立伟，冉庆富，苏龙龙，余伟明，赵㊀斌（海洋石油工程股份有限公司，天津㊀３００４６１）㊀㊀摘要：文中通过对当量压力法和ＮＣ３６５８．３最大屈服强度法分析，结合计算结果与实际现场运行情况，得出ＮＣ３６５８．３最大屈服强度法的计算结果较准确，当量压力法计算结果较保守，并根据软件中分析方法特点，推荐一种法兰泄漏校核方法㊂关键词：ＣＡＥＳＡＲＩＩ；法兰泄漏；当量压力法；ＮＣ３６５８．３法；校核计算；分析对比中图分类号：ＴＥ８㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００４－９６１４（２０１９）０１－００２９－０３ＭｅｔｈｏｄＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＦｌａｎｇｅＬｅａｋａｇｅＣｈｅｃｋｓＭｅｔｈｏｄｉｎＣＡＥＳＡＲＩＩＬＩＡＮＬｉ⁃ｗｅｉ，ＲＡＮＱｉｎｇ⁃ｆｕ，ＳＵＬｏｎｇ⁃ｌｏｎｇ，ＹＵＷｅｉ⁃ｍｉｎｇ，ＺＨＡＯＢｉｎ（ＯｆｆｓｈｏｒｅＯｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４６１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅｔｈｏｄａｎｄＮＣ３５６８．３ｍａｘｉｍｕｍｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｍｅｔｈｏｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｆｉｅｌｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆＮＣ３６５８．３ｍａｘｉｍｕｍｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｍｅｔｈｏｄｗａｓａｃ⁃ｃｕｒａｔｅａｎｄｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅｔｈｏｄｗａｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈ⁃ｏｄ，ａｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈｅｃｋｉｎｇｆｌａｎｇｅｌｅａｋａｇｅｗａｓｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＥＳＡＲＩＩ；ｆｌａｎｇｅｌｅａｋａｇｅ；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅｔｈｏｄ；ＮＣ３６５８．３ｍｅｔｈｏｄ；ｃｈｅｃｋａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ０㊀引言ＣＡＥＳＡＲＩＩ软件中内嵌了２种法兰泄漏校核的方法：当量压力法；ＮＣ３６５８．３最大屈服强度法㊂本文通过对２种计算方法的理论基础进行分析，并结合软件计算结果和现场实际反馈情况进行对比分析㊂现场实际安装也是影响法兰泄漏的主要因素，ＡＳＭＥＰＣＣ－１中对法兰的安装做了详细的要求，按照此要求进行安装即可降低安装带来的影响㊂本文的分析均是从设计角度进行研究，忽略安装因素对法兰泄漏的影响㊂１㊀ＣＡＥＳＡＲＩＩ中的法兰泄漏校核方法１．１㊀当量压力法当量压力法认为法兰连接处的所有外部载荷均作用在垫片上，轴向应力应处于安全范围内㊂如图１所示，将由于管道所受重力和热膨胀而产生的作用在法兰上的轴向力Ｆ和弯矩Ｍ（Ｍ为作用在法兰上的合力矩）转换成当量压力Ｐｅ１和Ｐｅ２，Ｐｅ１和Ｐｅ２相加得出总的当量压力Ｐｅ［１－２］㊂轴向力产生的当量压力：图１㊀当量压力法原理分析图Ｐｅ１＝４Ｆ／（πＧ２）（１）弯矩产生的当量压力：Ｐｅ２＝１６Ｍ／（πＧ３）（２）总当量压力：Ｐｅ＝Ｐｅ１＋Ｐｅ２（３）将Ｐｅ与Ｐｄ相加计算出总的压力Ｐｔ：Ｐｔ＝Ｐｅ＋Ｐｄ（４）式中：Ｐｔ为总压力，ＭＰａ；Ｐｅ为总当量压力，ＭＰａ；Ｐｄ为设计压力，ＭＰａ；Ｍ为作用在法兰上的合力矩，Ｎ㊃ｍｍ；Ｇ为垫片上的有效直径，ｍｍ；Ｆ为作用在法兰上的轴向力，Ｎ㊂将计算得到的总压力Ｐｔ与ＡＳＭＥＢ１６．５中与法兰材料相关的对应温度下的压力进行对比㊂当Ｐｔ小于此压力时，理论上认为法兰不会发生泄漏，否则，认为存在泄漏的可能㊂１．２㊀ＮＣ３６５８．３最大屈服强度法此校核方法源于ＡＳＭＥＢＰＶＣＩＩＩ－１－ＮＣ分卷第㊀㊀㊀㊀㊀３０㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪａｎ ２０１９㊀３６５８．３节，因此称为ＮＣ３６５８．３法，ＡＳＭＥＢＰＶＣＩＩＩ－１－ＮＣ卷是关于核电站部件建设标准，采用此方法对法兰泄漏进行校核需要满足一定的要求㊂当下列２个条件同时满足时，才能使用ＮＣ３６５８．３法校核法兰泄漏［３］㊂（１）法兰㊁螺栓㊁垫片符合ＡＳＭＥＢ１６．５中的要求；（２）螺栓材料在１００℉（３８ħ）下的许用应力不小于２００００Ｐｓｉ（１３８ＭＰａ）㊂本文计算案例条件满足以上要求㊂此方法认为管道介质内压以及由管道变形所产生的弯矩或扭矩都施加在螺栓上，并且假定应力都均匀分布在螺栓孔所处圆周上，如果螺栓发生破坏，则法兰产生泄漏㊂根据ＡＳＭＥＢＰＶＣＩＩＩ－１－ＮＣ分卷第３６５８．３节，Ｍｆｓ满足式（５）的要求；在设计或操作条件下，由于弯矩或扭矩Ｍｆｓ㊁动载荷而产生的作用于连接法兰上的弯矩或扭矩应满足式（６）的要求㊂Ｍｆｓɤ３１２５（Ｓｙ／３６０００）ＣＡｂ（５）式中：Ｓｙ为法兰材料在设计温度下的屈服强度，ＭＰａ；Ｃ为螺栓环直径，ｍｍ；Ａｂ为螺栓横截面积之和，ｍｍ２；Ｍｆｓ为在设计或操作状态下，由于管道所受重力㊁管道热膨胀㊁持续恒定位移㊁泄放阀稳定持续机械载荷而产生的作用于连接法兰上的弯矩或扭矩，Ｎ㊃ｍｍ㊂Ｍｆｄɤ６２５０（Ｓｙ／３６０００）ＣＡｂ（６）式中（Ｓｙ／３６０００）应小于等于１㊂ＣＡＥＳＡＲＩＩ中的分析方法根据式（５）和式（６）进行推导得出：Ｓ１＝３６０００㊃Ｍｆｓ／（３１２５㊃Ｃ㊃Ａｂ）ɤＳｙ（７）Ｓ２＝３６０００㊃Ｍｆｄ／（６２５０㊃Ｃ㊃Ａｂ）ɤＳｙ（８）式中：Ｓ１㊁Ｓ２为作用在法兰上的应力值，ＭＰａ；Ｍｆｄ为在设计或操作条件下，由于弯矩或扭矩Ｍｆｓ㊁动载荷而产生的作用于连接法兰上的弯矩或扭矩，Ｎ㊃ｍｍ㊂当根据计算式得出的值小于等于Ｓｙ时，则认为法兰不会发生泄漏，否则认为会发生泄漏，需要采取方法（如提高法兰磅级）解决㊂由于当量压力法不适用于动载荷分析，且在实际情况下，管道应力分析以静态分析为主，因此在本文中仅分析对比静态下的计算方法㊂２㊀分析方法模拟计算对比本文选取某已运行项目部分关键管道进行分析计算，管道布置如图２所示㊂此部分管道与动设备连接，且输送介质为超低温液体，容易在法兰连接处发生泄漏的风险，本文采用ＣＡＥＳＡＲＩＩ软件中的２种法兰泄漏校核方法对法兰连接处进行理论校核，并对比分析计算方法，综合考虑分析出一种简便㊁合理的法兰泄漏校核方法㊂管道及环境工况条件见表１和表２㊂表１中，１ᵡ＝２．５４ｃｍ㊂表１㊀管道参数公称管径材质管道壁厚腐蚀余量保冷厚度／ｍｍ保冷密度／（ｋｇ㊃ｍ－３）８＂Ａ３５８３０４ＳＣＨ１０ｓ０１３０４０表２㊀介质参数流体介质介质密度／（ｋｇ㊃ｍ－３）操作温度／ħ设计温度／ħ操作压力／ＭＰａ设计压力／ＭＰａ水压试验压力／ＭＰａＬＮＧ４８０－１６０－１６５ ５００．９６１．７９２．６８５图２㊀案例分析模型２．１㊀当量压力法分析计算根据管道轴测图以及表１和表２中信息，在管道应力分析软件ＣＡＥＳＡＲＩＩ中搭建分析模型，设置分析工况，在保证管线应力满足设计要求的前提下，进行法兰泄漏校核㊂在法兰连接处采用当量压力法和ＮＣ３６５８．３法对同一个法兰连接进行泄漏校核㊂ＣＡＥＳＡＲＩＩ中当量压力法的输入界面如图３所示㊂图３㊀当量压力法输入界面㊀㊀㊀㊀㊀第１期廉立伟等：ＣＡＥＳＡＲＩＩ中法兰泄漏校核方法分析与对比３１㊀㊀在输入界面首先要确认模型中的分析点，然后根据管道信息，确认法兰采用ＣＬ９００的ＡＳＭＥＢ１６．５标准法兰，对应标准ＡＳＭＥＢ１６．５中Ｔａｂｌｅ１Ａ查找材料分组代号为２．１，再在输入界面中ＲｅａｄｆｒｏｍＦｉｌｅ中选择法兰等级，完成分析前的数据输入㊂计算后的结果见表３㊂表３㊀当量压力法校核结果节点号Ｎｏｄｅ轴向力／Ｎ弯矩／Ｎ㊃ｍ垫片直径／ｍｍ当量压力／ｋＰａ许用应力／ｋＰａ应力比／％备注２７４０５８０４２６５２２４８．５４１９５９．３５１８９６．０６１０３．３４未通过３２８０２４９５２９７４２４８．５４１９９８．１５１８９６．０６１０５．３８未通过３６３０７４１１２７４２２４８．５４２０２２．２６１８９６．０６１０６．６６未通过４０３０７４６３２３０２２４８．５４１８７７．５７１８９６．０６９９．０２通过２．２㊀ＮＣ３６５８．３法分析计算ＮＣ３６５８．３法的输入界面如图４所示㊂图４㊀ＮＣ３６５８．３法输入界面确认完分析模型中的分析点后，根据ＡＳＭＥＰＣＣ－１中附录Ｈ确认输入界面中Ａｂ的值，依据ＡＳＭＥＢ１６．５确认螺栓孔环直径Ｃ，查找ＡＳＭＥＢＰＶＣＩＩＰａｒｔＤＴａｂｌｅＹ１确认不同温度下法兰的屈服强度值㊂计算后的结果见表４㊂表４㊀ＮＣ３６５８．３法校核结果节点号Ｎｏｄｅ扭矩／Ｎ㊃ｍ弯矩／Ｎ㊃ｍ螺栓孔环直径／ｍｍ螺栓面积／ｍｍ２法兰上的应力／ｋＰａ许用应力／ｋＰａ应力比／％备注２７４０８６３２６５２２９８．５１７６３．２５８０４５．０２０７０００２８．０４通过３２８０８１２２９７４２９８．５１７６３．２６５１０５．９２０７０００３１．４５通过３６３０７８５２７４２２９８．５１７６３．２７２０７４．２２０７０００３４．８２通过４０３０８２１２３０２２９８．５１７６３．２６０５２２．９２０７０００２９．２４通过２．３㊀分析对比为了保证分析结果的准确性，两种校核方法选用相同的计算模型和分析工况㊁节点进行对比㊂由表３和表４中的数据可以看出，采用当量压力法校核，在节点２７４０㊁３２８０㊁３６３０处法兰应力比超出了许用值的要求，理论上认为法兰连接处会发生泄漏，节点４０３０处的应力比为９９．０２％，满足要求㊂ＮＣ３６５８．３法校核结果显示最大应力比在节点３６３０处，结果为３４．８２％，在许用范围之内，理论上认为不会出现泄漏㊂在节点２７４０㊁３２８０㊁３６３０处，两种计算方法的结果相反㊂根据现场已运行情况，法兰连接处未发生泄漏㊂两种方法的理论基础不同，当量压力法是将作用于法兰上的轴向力和弯矩转换成当量压力，认为由于受重力和变形产生的总载荷全部作用在垫片上，要求法兰连接处的轴向应力控制在一个安全范围之内㊂ＮＣ３６５８．３法认为法兰连接处的弯矩或者扭矩全部作用在螺栓上，要求弯矩和扭矩中较大者控制在一定范围内㊂法兰密封结构由法兰㊁垫片和螺栓组成，通过拧紧螺栓，增加法兰和垫片之间的压紧力，达到密封目的，泄漏是法兰㊁垫片和螺栓的相关刚度共同作用导致的［４－５］㊂当量压力法将所有作用力考虑到垫片上，扩大了受力面积，减少了单位面积内的应力，因此相对保守㊂结合式（４）和表３中节点３２８０和３６３０的数据，节点３２８０处的轴向力为２４９５Ｎ，弯矩为２９７４Ｎ㊃ｍ，应力比为１０５．３８％，节点３６３０处的轴向力为７４１１Ｎ，弯矩为２７４２Ｎ㊃ｍ，应力比为１０６．６６％，两个节点处的弯矩大小相差较小，轴向力相差很大，应力比基本一致，说明采用当量压力法进行计算时弯矩是主要的影响因素㊂分析两种校核方法的计算公式和计算结果，轴向力对法兰泄漏的影响较小，法兰连接处的弯矩或扭矩是主要的影响因素㊂３㊀法兰泄漏核核方法改进综合分析２种方法，推荐一种法兰泄漏校核方法，具体流程见图５所示㊂采用当量压力法进行校核，校核通过，则认为理论上无泄漏，校核结束㊂当校核未通过时，采用ＮＣ３６５８．３法进行校核，通过，则校核结束，未通过，考虑提高法兰磅级后继续采用ＮＣ３６５８．３法进行校核，直到校核通过㊂（下转第３４页）㊀㊀㊀㊀㊀３４㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＪａｎ ２０１９㊀来控制，而１ＡＤＧ１５４ＶＶ的动作是间歇性的，结合疏水调节阀控制方式可知，导致焊缝开裂最主要的原因在于：疏水调节阀间歇性启闭导致下游管道承受交变载荷作用，疏水量则影响到交变载荷大小，直接导致管道截面上峰值应力水平偏高㊂而接头焊接质量不良，在局部引起了较大的应力集中［５］，进一步降低了接头的抗疲劳性能，疲劳裂纹在多条焊缝焊趾处都有萌生和扩展，是焊缝疲劳开裂的促成因素㊂同时，在距离焊趾较近的母材区域也出现了数条小的疲劳裂纹，这说明引起疲劳裂纹萌生的应力较大［６］㊂２㊀结论和建议通过上述试验分析，得出如下结论：（１）失效断裂管道部分母材Ｐ㊁Ｃｒ元素超过标准要求；金相组织为奥氏体等轴晶；硬度分布均匀；（２）失效断裂管道焊接接头存在明显的焊接不良情况，具体表现为：接头内表面呈现焊缝宽窄不一，且鱼鳞状过渡不均匀；内壁均存在明显的余高和错边现象，焊缝与母材交界处近似呈几何拐角方式过渡；（３）失效管道失效模式为疲劳开裂：疏水调节阀间歇性启闭导致下游管道承受交变载荷作用，疏水量则影响到交变载荷大小，直接导致管道截面上峰值应力水平偏高㊂而局部焊接不良导致应力集中更加严重，进一步降低接头处的疲劳耐久性能㊂针对同类管线焊接接头开裂问题，建议如下：（１）加强管道采购环节的质量验收工作，提前识别不符合质量要求的管道；（２）焊接工作应严格控制根部间隙㊁背部气体保护效果，提高焊接接头制造质量尤其打底焊焊接质量；（３）对同类型管道设计进行校核，确认是否存在局部应力过大现象；优化疏水管系及疏水阀控制方式，降低管道交变应力水平，避免发生疲劳失效㊂参考文献：［１］㊀曹丹．给水除氧器系统设计手册［Ｚ］．上海，２０１１．［２］㊀崔约贤，王长利．金属断口分析［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，１９９８．［３］㊀王晋生，郑春刚，陈丽中．压力管道工程焊接技术与质量控制［Ｊ］．管道技术与设备，２００４（２）：３１－３２．［４］㊀陈剑虹．不锈钢焊接冶金学及焊接性［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１６．［５］㊀田金柱．压力管道施工焊接质量控制［Ｊ］．管道技术与设备，２００８（３）：４５－４６．［６］㊀中国机械工程学会焊接学会．焊接手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１．作者简介：陈平（１９９０ ），助理工程师，本科，从事核电厂防腐老化技术管理工作㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：３１２２８９２２９＠ｑｑ．ｃｏｍ（上接第３１页）图５㊀采用ＣＡＥＳＡＲＩＩ软件校核法兰泄漏流程４㊀结论（１）当量压力法相对保守，ＮＣ３６５８．３法更精确，与实际更加接近㊂但在ＣＡＥＳＡＲＩＩ中，ＮＣ３６５８．３法计算时需要查找㊁输入大量信息，操作复杂，当量压力法计算时仅需确定法兰规格㊂（２）影响法兰连接泄漏的主要因素是法兰连接处的弯矩或扭矩，轴向力的影响较小，因此在进行管道布置时应避免在法兰连接处产生较大的弯矩或扭矩，并充分利用 布置－分析－再布置 的方法，优化管路设计㊂（３）根据ＡＳＭＥＢ１６．５中温压表选择的法兰，满足正常情况下的法兰泄漏要求，再次采用泄漏校核分析，仅是在理论上避免发生泄漏的可能，但是实际情况下发生泄漏可能是安装不到位（如螺栓紧固不均匀㊁预紧力过小等）导致，因此在施工过程中也要严格按照相关要求安装法兰，并在正式投产前，对法兰连接处进行检漏试验，以全面保证法兰连接在运行状态下的安全㊂参考文献：［１］㊀ＢＡＴＴＬＥＣｏｌｕｍｂｕｓＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ．ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｏｌｔｉｎｇａｎｄｆｌａｎｇｅｓｏｆＡＮＳＩＢ１６．５ｆｌａｎｇｅｄｊｏｉｎｔｓ：ＡＳＭＥＰａｒｔＡｄｅｓｉｇｎｒｕｌｅｓ［Ｒ］．Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，１９７６．［２］㊀张德姜，王怀义，丘平．石油化工装置工艺管道安装设计手册［Ｍ］．北京：中国石化出版社，２０１３．［３］㊀ＴｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ．ＢｏｉｌｅｒａｎｄＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌＣｏｄｅ：ＳｅｃｔｉｏｎⅢ⁃ＲｕｌｅｓｆｏｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＮｕｃｌｅａｒＦａｃｉｌｉｔｙＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓ⁃Ｄｉｖｉｓｉｏｎ１ＳｕｂｓｅｃｔｉｏｎＮＣ⁃Ｃｌａｓｓ２Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ［Ｓ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＴｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＳｏｃｉｅｔｙｏｆＭｅ⁃ｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０１７：１４８－１４９．［４］㊀邢桂萍，罗广辉，郑新兵．法兰密封泄漏的原因分析［Ｊ］．石油化工设备技术，２００８，２９（２）：６３－６６．［５］㊀焦磊．压力管道法兰密封与泄漏的浅析［Ｊ］．石油化工技术与经济，２０１２，２８（４）：２６－３０．作者简介：廉立伟（１９８５ ），工程师，从事液化天然气工程管道设计与研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉａｎｌｗ＠ｃｏｏｅｃ．ｃｏｍ．ｃｎ。
CAESARⅡ用于输气管道法兰泄漏的治理
CAESARⅡ用于输气管道法兰泄漏的治理喻斌;张世彬;左勇;张建国;肖美珍【摘要】我国珠江三角洲地区普遍分布有深厚的淤泥土层,埋设于该软土层上的输气工艺管线在运行期都容易发生不同程度的下陷.为了不影响输气站场的正常运行,首先提出合理的临时处理方案；同时为了彻底解决法兰泄漏问题,评估管线不均匀沉降对管道系统的破坏,需要对站内工艺管网进行应力分析核算,提出解决和预防方案.采用国际先进的有限元应力分析软件CAESARⅡ能够准确、快捷的对埋地管道沉降进行模拟,并为整改方案提供理论依据和方案制定基础.对于建设在淤泥土层或者类似地质情况的油气站场,设计时应充分考虑埋地管线有可能产生的沉降,并提前做好设计方案,保证管道安全、平稳运行.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2013(032)003【总页数】2页(P32-33)【关键词】埋地管道;沉降;法兰泄漏;应力分析;模型【作者】喻斌;张世彬;左勇;张建国;肖美珍【作者单位】中国石油天然气管道工程有限公司;中国石油天然气管道工程有限公司;中国石油天然气管道工程有限公司;中国石油天然气管道工程有限公司;中国石油管道学院【正文语种】中文我国珠江三角洲地区普遍分布有深厚的淤泥土层，埋设于该软土层上的输气工艺管线运行期都容易发生不同程度的下陷。
由于中江末站工程在实际施工过程中，回填土厚度接近4m（不密实），在连日降雨的影响下，土壤的支承力降低，回填土固结沉降；另外本区域所处位置约有30m厚的淤泥层，淤泥层在4m表层回填土的压力下流动，导致场区地面土壤缓慢沉降，土壤的下沉致使裹敷于表层回填土内的管线随回填土下沉。
为了不影响输气站场的正常运行，首先提出合理的临时处理方案；同时为了彻底解决法兰泄漏问题，评估管线不均匀沉降对管道系统的破坏，需要对站内工艺管网进行应力分析核算，提出解决和预防方案。
由于输气站场出现了不同程度的法兰泄漏，影响了站场的正常运行，因此需要根据现场情况，立即采取措施，确保站场运行的安全。
排汽管道法兰泄露的原因分析及对策 张庆平
排汽管道法兰泄露的原因分析及对策张庆平摘要：某电厂汽轮机背压排管道投产后，背压排汽管道气动逆止阀前后法兰在启动时发生泄露，虽然采取更换法兰垫片，泄露现像仍然存在。
对此，本文采用GLIF软件建立了供汽管道的应力计算模型，并根据peg当量压力法与最大屈服强度法进行了法兰泄露校核，结果表明：管道最大一次、二次应力均在允许范围，而两种法兰校核方法得出的结果不同，通过对校核结果不同的原因进行分析对比和结合现场实际情况，对排汽逆止阀前后法兰进行了更换，提高了法兰的压力等级。
该方案实施后，法兰未再发生泄漏现像。
关键词：排汽管道；法兰泄露；peg当量压力；NC-3658.3公式1.背压排汽管道概况某电厂热电联产项目汽轮机型号为CB50-8.83/4.2/1.27，为抽汽背压式汽轮机，管道设计压力1.35Mpa，设计温度342.4℃，排汽管道从背压机的两个排汽口接出，排汽接管管径为2-OD630×11，材质为钢20，排汽管道从排汽口接出后落到地面0.9m标高，然后向汽机小岛机头方向布置，每根管道各布置一个气动逆止阀，两根管道从小岛机头端两柱子内侧绕向外侧，升高到4.00米标高后回到汽机小岛中间两根柱子处合并成一根管道，与主厂房外供热蒸汽母管相连，布置图见图1。
在汽轮机启动过程中了发现气动逆止阀前后法兰产生不同程度的漏汽现像，现场对法兰垫片进行更换，发现垫片有破损现像，更换法兰垫片后启动仍存在漏汽现像。
而法兰漏汽不仅对电厂造成经济损失，而且也带来重大安全隐患。
图1：背压排汽管道布置图2．排汽管道应力计算及分析法兰处应力和力矩过大会造成阀兰密封面处的泄露。
我院应力计算程序为GLIF管道应力分析软件，国内大型电力设计院也都采用该软件。
从应力软件分析结果来看，管道的应力、排汽口推力都满足要求。
由于该软件没有判断法兰处是否泄漏的功能，所以只有通过其它办法来判断。
目前判断法兰泄漏的方法有很多种，我们将采用CARESARII软件提供两种计算分析法对法兰泄漏进行分析。
法兰面密封出现泄漏的原因分析及对策
的联接 ，使 密封 面或多或少地发生 变形 ，使密封压 紧力 减 小 ，在 运行 载荷 下 ，容 易产生 泄 漏 ，解决对 策是 掌 握 法兰 变形规 律 ，均 匀压 紧力 ，并 在密 封垫 上增 涂密
封 胶 ，消除 间 隙 ，可以 消除泄 漏 ；第三 ，螺 栓排 列密 度对压 力分布影 响也 较明显 ，螺栓 间距越 小 ，压力越趋
１ 压紧力分布不均匀 ．
压 紧力分布 不均 匀会造 成密 封垫 产生 间隙 ，从而 形成泄漏 。压 紧力的不均匀是 由多方面 因素造成的 。首
７ ６
先 是人 为 因素 ，施 工 时不 对称 预 紧螺栓 ，容 易造 成不 均 匀，这个 因素 可以在施工 中消除 ； 次是法兰错位对 其
压 紧力有影 响 ，理论 上法兰压 紧时 ，密封面是绝对平行
漏 ，轻 则浪 费，重 则使整套装置 、整个工厂陷于停产 ， 有些泄漏对 人及 周围环境会造成危害 。因此 ，人们在生 产实践 中千方百计地防止泄漏 。
图１ 凸面／ ．突面法兰 凹面
化 工 管 线输 送 流 程 中 ，法 兰 联 接 及 密封 是 必 须 的， 且量大面广 。合理选择法兰密封形式及密封垫片材
铜等 。垫片按 密封 面形式分为Ｆ 型、ＲＦ 、ＭＦ Ｆ 型 Ｍ型和 Ｔ Ｇ型 ，分别适用于全平面 、突面 、凹面／ 凸面和榫面／ 槽 面法 兰，如图１ 所示。
【 关键词】 密封 垫
泄漏 失效
对策
一
、
前言
泄漏 是 化工生产 中常 见的现 象 ，也是化 工行 业安 全生产 必须 解决的 问题 。各种 化工管 道与设 备一 旦泄
１ ． 石棉橡胶板
石 棉橡 胶板 是 应用 最为普 遍 的 密封垫 片材 料 ，它
Caesar Ⅱ 管道应力分析软件功能
Caesar Ⅱ 管道应力分析软件功能摘要：管道应力分析是压力管道设计的重要内容，它直接关系管道自身和与其连接的机器，设备，土建结构的安全。
管道设计的基本过程是根据管道和仪表流程图，简称P&ID 的要求，利用管道将各个设备连接起来。
管道设计过程中，在满足P&ID要求的同时，还应使管道的设计既经济合理有安全，管道应力分析是实现这一目标的手段和方法。
关键词：应力分析；管道设计；安全1．管道应力分析的内容压力、重力、风、地震、应力脉动、冲击等外力荷载和热膨胀的存在，是管道产生应力问题的主要原因。
其中，热膨胀问题是管道应力分析所要解决的最常见和最主要的问题。
一般来讲，管道应力分析可以分为静力分析和动力分析两部分。
静力分析是指在静力荷载作用下对管道进行力学分析，并进行相应的安全评定，使之满足标准规范的要求。
动力分析则主要是指往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下的管道的振动分析，其目的是使地震和振动的影响得到有效的控制。
1）管道静力分析压力荷载和持续荷载作用下的管道一次应力的计算――防止塑性变形破坏；管道热胀冷缩以及端点附加位移荷载作用下的管道二次应力的计算――防止疲劳破坏；管道对机器、设备作用力的计算――防止作用力太大，保证机器、设备正常运行；管道支吊架的受力计算――为支吊架设计提供依据；管道上法兰的受力计算――防止法兰泄露；管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大；2）管道动力分析管道自振频率分析――防止管道系统共振；管道强迫振动响应分析¬――控制管道振动及应力；往复式压缩机气柱频率分析――防止气柱共振；往复式压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值；管道地震分析――防止管道地震应力过大。
2．管道应力分析的目的使管道应力在规范的许用范围内；使设备管口荷载符合制造商的要求或公认的标准；计算出作用在管道支吊架上的荷载；解决管道动力学问题；辅助压力管道布置设计的优化。
高压阀门法兰泄漏原因分析及带压处理
高压阀门法兰泄漏原因分析及带压处理摘要：高压阀门在氧化铝的生产流程中被广泛使用，尤其是高压溶出生产工序中有大量的高压阀门，用于矿浆和其他流体的输送，这些阀门小到可以用于小型设备的润滑油、压缩空气的输送，大到数吨重的工业管道阀门。
在氧化铝生产流程中的阀门耐用于各种介质，如高温矿浆、蒸汽、水和空气等各种流体，在输送过程中，由于介质温度、压力、腐蚀、振动及内部制造缺陷的影响，生产过程中不可避免地会出现泄漏现象，而这些泄漏又给生产造成巨大的被动，因此如何处理这些泄漏成为当务之急。
关键词：高压阀门；法兰泄漏；原因；处理措施；分析引言：氧化铝生产流程中有大量的高、中压矿浆阀门应用，这些阀门在经过多年的使用后由于输送的矿浆的冲刷磨损、管道各种应力变化、运行中的震动等原因造成阀门法兰普遍存在一些轻微的渗漏现象，这些渗漏的阀门如果不进行更换或者解体更换密封部件是难以根治的。
1.高压阀门高压阀门已被广泛应用于超硬材料制造、化学工业、石油化工、加工技术、等静压处理、超高静压挤压、粉末冶金、金属成形以及地球物理、地质理学研究等领域。
可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。
启闭件是一个圆盘形的阀板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。
超高压技术已被广泛应用于超硬材料制造、化学工业、石油化工、加工技术、等静压处理、超高静压挤压、粉末冶金、金属成形以及地球物理、地质理学研究等领域。
可用于控制空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品、液态金属和放射性介质等各种类型流体的流动。
启闭件是一个圆盘形的阀板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。
在管道上主要起切断和节流作用。
由于高压技术的广泛使用，超高压系统中的超高压阀门性能直接影响整个系统工作的可靠性、安全性、工作效率和使用寿命。
在那些须频繁增压卸压的系统中，显得尤为重要。
超高压阀门的主要失效原因为，气蚀和冲蚀磨损，而影响气蚀和冲蚀的因素很多，主要有材料的力学性能、流体力学因素和环境影响。
CAESAR_的主要功能及最新版本的特色
０．引言
近年来， 随着国民经济的飞速发展， 电力工业发展迅猛。工厂设计 工作大量展开， 人们对设计提出了更高的要求， 设计水平成为衡量一 个 设 计 单 位 在 激 烈 的 市 场 竞 争 中 是 否 取 胜 的 关 键 。管 道 应 力 分 析 工 作 在电力、石化、石油 、化 工 等 工 业 管 道 设 计 中 具 有 十 分 重 要 的 位 置 ， 它 对 安 全 生 产 、优 化 设 计 、节 约 材 料 等 方 面 均 具 有 十 分 重 大 的 作 用 。为 适 应设计工作的需要， 我院从 ＣＯＡＤＥ 工程软 件 公 司 引 进 了 管 道 应 力 分 析软件 ＣＡＥＳＡＲＩＩ， 已用于机组容 量 为 ６００ＭＷ 以 上 大 型 火 电 工 程 的 四大管道及核电工程的汽水管道应力分析。ＣＡＥＳＡＲＩＩ 用户通过使用 简单梁单元建立管系的模型， 并定义作用在系统中的载荷。使用这个 输入， ＣＡＥＳＡＲＩＩ 生成系统中用位移、载荷、应力表示的结果， 并通过规 定的标准和规范， 对这些结果进行比较。它能够进行静态和动态两方 面的分析， 现分别对这两方面的主要功能进行总结。
７）对法兰连接泄漏的分析验算。ＣＡＥＳＡＲＩＩ 提供了一个法兰分析 模型— ——ＷＲＣ２９７，它是将 ＡＳＭＥ 锅炉和压力容器标准的第 ＶＩＩＩ 章第 Ｉ 部分法兰应力计算自动化。法兰泄漏是个很复杂的问题， 密封面选择、 垫片型式、操作 温 度 、内 部 准 备 载 荷 等 都 是 计 算 分 析 中 难 以 确 定 的 因 素。
１．静力分析 １）计 算 管 道 自 重 （ 包 括 保 温 材 料 、管 内 流 体 重 量 ） 、内 压 、热 膨 胀 、
端 点 位 移 、集 中 荷 载 （ 阀 门 、法 兰 等 ） 等 荷 载 在 节 点 所 产 生 的 应 力 、位 移 、力 、力 矩 等 。
粗合成气管道法兰泄漏分析
粗合成气管道法兰泄漏分析李强;毛炜;王维;陈谢劳【摘要】利用当量压力法和应力计算法针对管道分级为GC1的粗合成气管道进行法兰泄漏分析.结果表明:当量压力法简单保守,适用于初步设计阶段;应力计算法复杂可靠,通常用于详细设计阶段.当法兰泄漏校核不通过时,优化方案应首选调整管道布置降低管道法兰外栽荷,其次采用更高许用应力的法兰.【期刊名称】《化工设备与管道》【年(卷),期】2016(053)005【总页数】5页(P87-91)【关键词】法兰泄漏;当量压力法;应力计算法【作者】李强;毛炜;王维;陈谢劳【作者单位】航天长征化学工程股份有限公司,北京101111;航天长征化学工程股份有限公司,北京101111;航天长征化学工程股份有限公司,北京101111;航天长征化学工程股份有限公司,北京101111【正文语种】中文【中图分类】TQ055.8;TH136在输送易燃易爆、有毒有害的管道系统中，如果管道布置不合理或法兰接口位置不恰当，极易造成管内介质泄漏，存在很大安全隐患，甚至造成重大安全事故，因此法兰泄漏研究一直受到大家高度重视[1-3]。
法兰密封是通过拧紧螺栓，增加法兰和垫片间的压紧力，使泄漏通道减小来达到密封。
法兰泄漏是法兰失效的主要形式，法兰在外载荷的作用下发生泄漏，主要与法兰强度、法兰刚度和螺栓预紧力等因素有关。
法兰的强度要求就是在外载荷的作用下，其最大应力不能超过法兰材料的许用应力；法兰刚度是指法兰的变形偏转角度应小于许用值，以免失效；而螺栓预紧力则是保证垫片表面压力的重要因素。
外载荷对法兰强度和刚度都有较大影响，是导致法兰泄漏的普遍和重要的因素[4]。
在粉煤气化工艺中，粗合成气采用了可拆卸法兰连接的形式。
气化炉出口粗合成气主要成分为一氧化碳（约26%）和氢气（约8%），其中一氧化碳毒性程度为高度危害性[5]，氢气与空气混合的爆炸下限为4.1%，属于甲类可燃气体[6]，依据TSG D 0001—2009中规定，粗合成气管道属于GC1类管道，在管道设计中应符合最严苛的要求，其中就包括法兰泄漏分析；此外，由于粉煤气化高温、高压的工艺特性，导致了粗合成气管道会有较大的外载荷，较易发生法兰泄漏事故。
化工法兰泄漏简析和解决方法 -通用
化工厂法兰泄漏简析和解决方法管道链接法兰封头链接法兰封头受到的流体推力T最终施加到法兰螺栓副上T值的大小取决于流体压力和管道直径，T=P*S故:封头法兰螺栓副所需预紧力要远大于管道法兰螺栓副预紧力现场现象：封头法兰比管道法兰容易泄漏管道中高压流体通过，密封件受到向外的推力，两个法兰受到很小的推力高压流体到达封头端时，流体对封头端面产生很大的推力T,密封件受到向外的推力T化工厂封头法兰连接的组成螺栓副管道法兰密封件封头法兰A法兰端面不平整B密封件选择不正确：材质不对，回弹量不够等C 预紧力不够或过大D 法兰螺栓受力不均匀E 温度升高，材料弹性松弛，螺栓受热膨胀，长度增加，预紧力下降。
特殊情况：当螺栓的伸长量与法兰和密封垫圈的膨胀伸长量一致时没有影响现场现象：常温测试不泄漏，开机升温后泄漏T如左图所示封头法兰，管道直径为400mm,即面积为125600平方毫米，流体压力为10Mp,锁紧螺栓为8个M30,强度等级为10.9级，其最大抗拉强度为：454KN受力分析：1.流体压力产生的推力T=P*S=10*125600=1256000N=1256KN锁紧螺栓为8根，即每个螺栓所承受的力为：1256/8=157KN2.单根螺栓预紧力为最大抗拉强度的70%=454*0.7=317.8KN8根螺栓的预紧力为：317.8*8=2542.4KN结论：螺栓预紧力远大于T,法兰不会泄漏实际工况：1.拧紧方法和工具的不同，可导致预紧力有50%以上的偏差，同一法兰的一圈螺栓预紧力有40%的偏差2.随着装置温度的升高，预紧力有50%以上的下降T导致泄漏的可能原因：二.冷机不泄漏，开机后泄漏1.8根螺栓的预紧力均匀（都为200KN)，但没有达到设计拉伸力317.8KN)，冷机时不泄漏(大于157KN)，但当装置温度升高时，螺栓伸长，预紧力下降到原来的75%时（200*75%=150KN ，总预紧力=150*8=1200KN ）小于1256KN ，导致泄漏2.8根螺栓的预紧力不均匀，如最大的预紧力达到或大于317.8KN,但最小的预紧力只有317.8*（1-40%）=190.68KN ，冷机时不会泄漏，但当装置温度升高时，螺栓伸长，预紧力下降，当螺栓的预紧力下降到原来的80%时（190.68*0.8=152.5KN)就小于单根螺栓所需预紧力（157KN),就会导致泄漏一.冷机泄漏1.法兰面不平整2.密封件选择不正确，如:材质不对，形状不对，厚度不对3.螺栓预紧力不够或不均匀化工厂封头法兰泄漏的因素综上所述：影响法兰泄漏的因素有很多，密封件的选择是设计时已定的，法兰面的平整和光洁是法兰加工时必须考虑的，螺栓副的预紧力也是有设计要求值的。
CAESAR II的法兰泄漏
CAESAR II的法兰泄漏/应力计算模块李敬琦CII的法兰泄漏/应力计算工具，主要用两种不同的方法，一种用于计算应力一种用于评估法兰泄漏。
其中应力计算来自于（1）ASME Section VIII和（2）ASME B16.5 Rating Tables。
泄漏计算也是基于B16.5 Rating。
泄漏是与相关的法兰刚度、垫片及螺栓有关的一个公式。
使用B16.5的应力法不考虑垫片的类型、法兰刚度或螺栓刚度。
B16.5法评估的泄漏趋势与法兰上的允许应力正比例，也就是说，一个具有更高允许值的法兰可阻止更高的力矩而不发生泄漏。
COADE提供的法兰泄漏功能，试图解决如此棘手的问题，提供了方程，去模拟象法兰这样的环形圆板柔性，及具有在力矩、轴向力和压力作用下旋转的能力。
这些相互关系设定－法兰内径与垫片有效作用圆直径间的距离要较垫片有效作用圆直径与螺栓圆直径之间的距离更小，也就是说（G－ID）＜（BC-G）。
其中，G是垫片有效承载直径，ID是法兰内径，BC是螺栓圆所在直径。
有一些有关法兰计算上的趋势：法兰越薄越会泄漏；法兰直径越大越会泄漏；越刚度大的垫片越会泄漏；泄漏是关于螺栓压紧应力的函数。
CII中的法兰泄漏校核模块输入界面被分成4部分。
第1部分是对法兰几何的描述。
第2部分是关于螺栓和垫片。
第3部分用于输入材料（法兰、螺栓）和应力相关的数据。
第4部分是外载荷数据输入。
下面是相关参数的意义与注意事项。
（1）Flange Type法兰类型仅在进行ASME法兰应力计算时需要指定。
Integral Weld Neck 整体带颈对焊型法兰Integral Slip on 整体平焊型法兰Integral Ring 整体环型法兰Loose Slip on 平焊滑套法兰Loose Ring环型滑套法兰Lap Joint 松套法兰ReverseBind（3）Flange Rating该项可选。
即为ASME B16.5上的法兰材料组号，如1.1、1。
CaesarII问题汇总
CaesarII问题汇总CAESARⅡ问答集1. 如何考虑承重支架的沉降问题？应该如何建模？答: 看手册Application，Restraint 的支架settlement部分。
一般我们是Node10 +Y， Cnode1010，1010点给Displacement Y向沉降即可。
2. 关于WRC107和WRC297的区别，教材上说WRC297计算管嘴的刚度，WRC107计算管嘴的应力条件，两个有什么相似，又有什么不同呢？答: WRC107 仅计算本体的应力。
本体可以是筒体和椭圆封头。
开口可以是方形，圆形，通孔和死心等。
WRC297既可计算本体，也可计算开口应力，但本体必须是圆筒。
WRC297还可以计算管口柔性。
好像WRC297有些问题，现在基本都在使用WRC107。
3. 关于热态位移和冷态位移？我的理解：对于热态吊零，热态位移就是管道某点从冷态到热态（从安装态到工作态）的位移。
不知道是否正确？那么冷态位移呢？我就是不理解了，如果也对热态吊零，冷态就是安装态，冷态位移是管道相对什么状态的位移啊？请指教！答: 热态位移是个相对位移，就是你所说的那样，冷态位移是个绝对位移，所谓绝对位移就是相对坐标来讲的。
冷态某节点因重力作用向下(-Y方向)位移了2mm，在操作温度下该节点相对于冷态位置向上(+Y方向)位移了3mm，那么显示与报告中的displacement值应为：OPE Dy＝ 1mmEXP Dy＝ 3mmSUS Dy＝-2mm而实际上该节点相对于零位移位置只是向上位移了1mm举一个简单的例子，两段固支的管子中点在安装温度下的挠度就是安装状态的位移，这个数值可以在SUS工况下的displacement报告中得出。
OPE和SUS的位移是绝对位移，EXP的位移是相当SUS到OPE 的位移。
4. Hanger Table 里面输出的 Vertical Movement项是安装态到热态的垂直位移吗？我是电力用户，热态吊零时，我们希望输出的弹簧从冷态到热态的位移。
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=由于持续机械荷载而产生的弯矩或扭矩 (法兰中 弯矩较大一侧，不包含任何偶然工况）
=由于持续机械荷载及动态荷载而产生的较大的弯 矩或扭矩 (法兰中弯矩较大一侧，包含偶然工况）
AECsoft
2014-9-29
法兰泄漏校核分析方法
AECsoft
2014-9-29
法兰泄漏校核分析方法
AECsoft
2014-9-29
法兰泄漏校核分析方法
选择对应工况及校核方法，之后点击View Report 查看校核结果。
AECsoft
2014-9-29
CAESAR II 法兰泄露分析
AECSOFT 北京艾思弗计算机软件技术有限责任公司
2010
法兰泄漏校核分析方法
CAESAR II 中使用两种方法来对法兰泄漏进行校核：
Kellogg当量压力法
ASME NC-3658 （注意：CAESAR II在进行法兰校核时 可通过偶然应力因数增加许用压力）
AECsoft
2014-9-29
法兰泄漏校核分析方法 ASME NC-3658 法
Mfs 3125 (Sy / 36,000)CAb
Mfd 6250 (Sy / 36,000)CAb
M fs
M fd
Sy = 法兰材料在设 计温度下的屈服强 度 (一般不超过 36,000psi) C = 螺栓环直径
AECsoft
2014-9-29
法兰泄漏校核分析方法
Kellogg当量压力法 ：
Peq 16M / G 3 4F / G 2 PD
其中：
Peq= 当量压力 (用于校核法兰泄漏)
M =作用在法兰上的弯矩
G =法兰垫片上的有效直径
F = 作用在法兰上的轴向力 (取绝对值) PD=设计压力