ASME PCC-1與Taylor-Waters法螺栓載荷計算分析與對比

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由螺栓、墊片連接的法蘭接頭是壓力容器、管道和閥門廣泛使用和必不可少的可拆連接形式。作為壓力容器中最重要的承壓部件之一，法蘭接頭的合理設計對于整個壓力容器的設計有著舉足輕重的作用[1-3]。螺栓法蘭連接接頭的失效模式既有強度不足導致的失效；又有由于密封問題引起的泄漏失效。傳統的法蘭設計方法(Taylor-Waters法[4])，主要是以強度失效模式為基礎的設計方法，而對于泄漏失效的考慮略顯不足。為了解決泄漏失效的問題，業內工程師們一直在從設計、安裝、材料等多方面進行研究。

美國機械工程師學會發布的ASME PCC-1《壓力邊界螺栓法蘭連接安裝指南》[5]就是一個從多方面考慮、以減少法蘭接頭泄漏的指導標準。該標準已被美國石油協會標準API 660—2015[6]及殼牌、美孚等國際工程公司的工程規范引用，成為諸多項目中必須遵循的標準。目前國內尚未正式發布此類標準。雖然ASME PCC-1是主要針對法蘭安裝的指導標準，但其附錄O給出了安裝螺栓載荷及面積的確定方法。安裝所需要的螺栓面積作為實際的螺栓參數影響著法蘭的設計。對于法蘭的設計引入了WRC 538[7]標準。API 660和某些工程規范規定了計算所需的墊片、螺栓參數。這些標準相互關聯就形成了一整套對法蘭接頭的新的設計方法。

無論采用哪種方法進行法蘭設計，螺栓載荷及面積的計算都是法蘭設計的基礎。本文就上述兩種方法中螺栓載荷的計算進行分析，并用實例計算來進行對比。……