法蘭毛坯設備法蘭的設計

法蘭目前的設計主流方法是Taylor-Waters法，在設計長頸對焊法蘭過程中，往往因為參數多，新手往往調整起來困難。調整后出圖，經過校審時，往往又被改的面目全非。

那么設備法蘭應該如何調整，能夠做到既安全又經濟，還冗余性好。

安全性：就是至少能夠通過計算。

經濟性：通過計算的基礎上，。

冗余性：在實際使用中，遇到各種稍微超壓，超溫，管道載荷等各種情況下，還能夠安全使用。

法蘭的經濟性

法蘭的成本是由什么決定的呢？

對頸部對焊法蘭一般是由長頸法蘭鍛件為毛坯，再通過機加工制造出來的。

所以法蘭的成本大致為

A: 鍛件毛坯

B: 加工費等其它費用。

鍛件毛坯的基本決定了法蘭的成本。而毛坯由法蘭盤直徑和厚度以及大端厚度和錐頸部高度。

所以計算要控制的就是讓這4個參數獲得的材料最省。

標準設備法蘭

在國標設計中，如果法蘭符合NB/T 47023，包括法蘭的材料，溫度-壓力表，腐蝕裕量，對接的筒體厚度，匹配的墊片型式材料和螺柱螺母材料等等，按照GB150.3，可以免除計算。

當做非標的法蘭設計時，為了迅速獲得大致合適的設計方案，往往會要參考標準法蘭NB/T 47023，利用標準法蘭的數據再稍微調整，以獲得最終的法蘭數據。

輸入數據到軟件中，經常有一些容易出錯的地方。

1.小端厚度應該輸入筒體和法蘭小端的較小值。詳情解析見：法蘭小端厚度應該如何取值（續）

2.SW6的輸入是沒有考慮腐蝕裕量的，需要扣除腐蝕裕量，修改的內容有法蘭內徑，大端小端厚度。

3.SW6中，遇到帶分程隔板的換熱器，分程隔板處的面積是被壓緊寬度*壓緊長度。

特別是第一點，由于筒體比較薄，輸入小端厚度時經常要做一些法蘭修改。而且往往是因為小端太薄，導致很多應力或者剛度通不過。

很多朋友就會有疑問：

為什么標準設備法蘭需要修改，為什么標準法蘭算不過，是不是輸入的理解有問題？

一般來說既然需要按照GB150.3或者ASME VIII I計算，那么就按照規范的方法來設計，沒有必要糾結標準法蘭尺寸能不能修改的問題。

畢竟管法蘭也不用算，如果要計算，很多低壓力等級的也算不過。

標準設備法蘭尺寸

標準設備法蘭是我們國家的一項創新，避免了很多五花八門的非標法蘭設計，讓設計人員能夠較為順利的設計出較為合理的法蘭尺寸。

但是世界上真有標準設備法蘭嗎？

什么是標準件呢？

比如標準的螺栓螺母接管，彎頭，三通，SO法蘭等等，知道了材料型號，到市場上很容易買到現貨。那么設備法蘭能否再市場上買到現成的呢？

可以說，基本不可能。

所有的設備法蘭都是先做毛坯然后加工成所需要的尺寸，都是需要出圖定制的。

標準設備作為一個尺寸參考是非常成功的。設計人員寫一個標準號和規格，法蘭加工廠或者制造單位根據標準和規格描述出圖，再按圖加工出來一個設備法蘭。

司馬光有云：“天地所生財貨百物，不在民，則在官。"

設備法蘭這張圖，要么設計出，要么制造單位出，是免不了的。

所以因為法蘭是標準設備法蘭，計算通不過時，糾結自己是不是可以修改尺寸，修改尺寸會不會制造帶來不便，不用擔心。

因為不管是標準的還是非標的，對于制造單位來說，都是一樣的，甚至你能出張圖，比寫標準號，更受制造單位歡迎。

錐頸部高度如何輸入

標準法蘭起到一個錨的作用。

設計的比標準法蘭輕，說明省了。

設計的比標準法蘭重，說明偏重了。

為了保證經濟性，根據上面的說明，如果法蘭盤直徑和厚度不變，錐頸部的高度變化是不會影響到法蘭的經濟性的。因為用的是相同的毛坯。

增加法蘭頸部高度，直到沒有直邊，此時成本和標準法蘭一致，但是計算更容易通過。

有朋友會說：

我同意小端取筒體厚度，如果用虛擬的h1代替錐頸部高度h，是保守的，這樣可以嗎？

原則上當然是可以的，只是虛擬的錐頸部需要計算，是比較麻煩而已。

直接修改錐頸，稍微留點直邊，計算書中的尺寸和錐頸高度都能匹配，還不用去算虛擬錐頸h1，更直觀一些。

如果實在不行，可以取消直邊，選用對接節點。

如果說NB/T47020的法蘭與筒體節點是中國的發明，那么對接節點是放之四海而皆準的，可接受度更高。

修改錐頸高度，說明一下h=多少即可，是非常方便的。

法蘭調整技巧

法蘭的調整技巧在《壓力容器設計工程師培訓教程》一書中說的比較詳細：

當然這是基本的思路，現在的法蘭多了一項剛度校核。有些法蘭應力值很低，但是剛度控制了法蘭，也不得不進行調整。對于帶分程隔板的法蘭，隔板處的墊片也是需要考慮的。

對于一個特定項目而言，很多時候，設備的墊片形式，螺栓材料已經定了，也就是墊片的MY值，螺栓許用應力定了。法蘭的調整相當于帶著鐐銬跳舞，可調整的余地降低了很多。

這里有4個作為調整法蘭的思路還是值得試一試的。

1.盡量降低法蘭的設計力矩Mo。

Mo是法蘭的總力矩。法蘭的法蘭盤，錐頸，圓筒一起承擔此總力矩。所謂有福同享有難同當，當總力矩降低時，每個部件所承擔的也就少了，后面的各個部件所受力按照旋轉剛度來分配，這屬于人民內部矛盾，可以再細分析。

降低Mo的方法包括了：

a)降低法蘭的螺栓圓直徑，縮小力臂。相同面積時，小直徑多數量的

螺栓會比大直徑，少數量的螺栓中心圓要小，力臂要小，所以也更好點。

b)當Mo由預緊工況決定時，可以降低預緊時的螺栓力。比如減少螺栓個數降低螺栓面積，減少螺栓強度，減少墊片MY值或者寬度。表現在計算書中可以看Am和Ab，使得兩者盡量比較接近。

2.合理分配Mo

總的Mo降低了，法蘭盤，錐頸，圓筒三部分共同承載，三者承載比例是按照旋轉剛度成正比，能力越大，責任越大，剛度越大，承載越多。由于大多數時候，小端厚度等于筒體厚度，而加厚筒體是不經濟的，所以下面的調整均不包含小端厚度調整。

a)軸向應力不過時，可以看一下計算書中的f值

注意查看f值的大小，如果f等于1，說明最大應力在錐段大端，可以通過加大大端的厚度，使大端應力降低。

b)當徑向應力不過時，可以加大法蘭厚度。

c)當環向應力不過時，錐頸部大端的加厚或者減薄會有影響，具體可以通過輸入數據測試一下。所以這里也要提醒一下，不是所有加厚，對強度都是正面的影響。

d)當剛度不過時，為了使法蘭使用時偏轉降低，可以加厚法蘭盤厚度或者增加錐頸大端厚度。

3. 保證經濟性

如前面所說，在調整尺寸時，使得設計的法蘭的直徑和總高度大致等于所匹配的標準設備法蘭。這樣能夠保證無論最終調整成什么參數，成本和標準的基本一樣。

4. 操作冗余

法蘭在實際使用中，邏輯和設計是有些不一樣的。比如螺栓預緊力，往往遠遠大于設計載荷。通常法蘭壓不緊就螺栓再上緊些，通常情況，對于計算通過的法蘭，雖然實際預緊力偏大，往往并不影響。

但是螺栓少時，墊片壓的不均勻，計算通過，往往對于操作時錯誤是比較敏感的，一旦有錯，補救的機會很少。所以適當的裕量以及把裕量放在合適的地方，會使法蘭在實際操作中更容易密封。

比如當Mo由操作工況決定時，即高溫高壓工況，可以試著盡量再多加點螺栓，增加了預緊工況的法蘭力矩，但是此時的Mo不影響，所以法蘭成本不影響。由于螺栓的增加，增設備可操作冗余也增加了。

再比如，兼做法蘭的管板，其法蘭盤部分的厚度雖然根據強度已經計算了，但也不宜剛度過低。雖然管板和管束的整體剛度遠大于配對法蘭，但是此處局部偏轉過大，對密封的影響也是很大的。“管板厚度要不小于0.6倍的管箱法蘭厚度"這條提醒，也可以酌情參考一下。

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