在化工设备中，法兰连接是很重要的部件，有着密封性作用，是保障设备安全的关键。由于法兰 连接强度高、拆换方便、密封性好，所以在石油化工、航天工程、国防工程中被广泛使用。设备在使用过 程中，法兰连接如果有受力不均匀的情况出现，就会对于垫片的应力分布产生干扰，此时无法保障法兰的 密封性效果，甚至是失效。为提高法兰连接稳定性，保障设备性能，本文将以法兰连接为对象，以换热器 管箱的法兰为例，对于应力分布的非均匀进行了探讨，在不同的情况下定量分析法兰连接受力的非均匀性 情况。


众所周知，化工设备的运行环境非常复杂，并且有一些 介质有着腐蚀性、易燃易爆及毒性的特性。因此，对于运行 的化工设备来说，对于连接设备保障其密封性和可靠性是关 键。化工设备有着多种多样的设备密封形式、连接形式。最 常见的就是承插式、螺纹式和法兰式。法兰螺栓又称法兰连 接，有着紧密性好、可替换性高、拆换便捷等优势。所以在 化工制造业法兰被广泛使用。如果法兰连接失效，那么化工 设备介质就会泄露，不仅会污染环境，同时也可能会威胁到 人身安全。可以说法兰连接的密封性、强度关系到设备稳定 运行和安全运行。
在化工设备中，法兰连接靠的是螺栓的预紧载荷作用使 设备保持紧密连接与密封性。预紧法兰的时候，部分情况下 做不到让每个螺栓的载荷保持一致性的大小。不均匀的预紧 就会使得密封垫片出现很严重的应力分布问题。管箱法兰的 连接，工况复杂，并且温度分布也不均匀。所以需要用到有 限元软件，分析法兰不同部件应力、变形状况。利用 MATLAB 软件进行有限元的模拟数据的计算，从而得出部件在不同工 况状态下的应力分布变化情况。



安装法兰结构，预紧法兰连接的时候，不同螺栓施加载 荷显然无法做到完全一致。另外设备本身的环境也是很复杂 的，而且法兰连接在不同位置所体现出的温度工况也是不同 的，也就有着明显不同的热变形。螺栓载荷表现出的这些差 异性会使密封垫的接触面的应力出现不均匀性，此时就会使 法兰的紧密性受到影响，甚至会引发结构失效，从而导致介 质泄露的问题出现。所以，不论是使密封性提升还是使应力 分布降低避免结构失效，其关键均是要使法兰垫片要有均匀 性的应力分布条件有保障。为了在不同工况下对于法兰连接 面的应力分布非均匀性情况予以掌握，就要对于密封接触面 的受力非均匀性进行合理定义，展开积极性评价。其概念就 是对法兰盘、螺栓截面、垫片应力分布状况的反映。在螺栓 界面、密封垫片、法兰盘的应力分布十分零散情况下，它的应力非均匀分布就会比较小，能够更好地展现与发挥法兰螺 栓的完整性和紧密性。对于螺栓、密封垫片及法兰盘表面的 应力分布不均匀性进行研究，可通过非均匀性指标来予以分 析。
在法兰连接预紧时，螺栓的预紧力大小及加载形式关系 到最后的法兰连接密封性。预紧过程中，可以选择增大预紧 值的方式预紧，不过如果这个幅度过大，那么密封垫片就有 可能会出现问题，比如外侧压溃引起密封失效问题。本次实 践中，使用有限元对法兰连接模型进行仿真分析时，螺栓是 49500N 的预紧载荷，这里取 50000N 的实际预紧载荷值。加 载完成之后，锁定载荷。