李雙權(quán)

（中石化廣州工程有限公司， 廣州 510620）

0 引言

工業(yè)設(shè)備、管道通常采用螺栓法蘭實現(xiàn)連接，連接的密封性對于安全生產(chǎn)、節(jié)約能源以及環(huán)境保護等方面都有較大的影響。煉化企業(yè)所需設(shè)備的種類、數(shù)量眾多，因此也會用到數(shù)量眾多、型號不一的各種法蘭連接接頭，特別是大型煉油企業(yè)，動輒需要數(shù)十萬甚至上百萬法蘭連接接頭。大型化、高參數(shù)化（操作條件）現(xiàn)已成為設(shè)備發(fā)展的一個基本趨勢，螺栓法蘭連接接頭的密封可靠性就越發(fā)重要。

目前，Waters 法是設(shè)計、研發(fā)和優(yōu)化法蘭連接結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)支撐，但在研究法蘭接頭的密封性、強度、變形協(xié)調(diào)（設(shè)計壓力與溫度下）等的分析應(yīng)用實踐中，此法通常是從墊片、螺栓、法蘭3個角度分別進行的，而不是以整體為視角展開的[1]。當(dāng)前螺栓法蘭設(shè)計的基礎(chǔ)依據(jù)主要是線密封比壓或墊片系數(shù)，并未涉及緊密性、定量泄漏率，僅僅關(guān)注法蘭強度，所以連接是否緊密缺少理論支撐。

基于法蘭連接件的理論研究與實驗分析，Leon GF[2]、Nau B 等[3]認為泄漏是螺栓法蘭連接系統(tǒng)失效的主要原因[4-6]，只有少數(shù)連接失效源于強度不足。

隨著裝置的大型化以及能源、環(huán)境問題日益受到重視，法蘭密封泄漏問題越來越受到人們的重視，傳統(tǒng)設(shè)計方法（Waters 法等）越來越難以滿足環(huán)境保護、本質(zhì)安全提出的更高要求。因此，基于控制泄漏率的螺栓法蘭連接機理研究越來越多的受到研究者關(guān)注，其目標(biāo)包括：以EN13445-3 附錄G 法蘭設(shè)計等國外考慮連接緊密性的法蘭設(shè)計技術(shù)為借鑒參考，分析該類方法的先進性，對比其與傳統(tǒng)Waters 法的區(qū)別，對法蘭接頭的密封性、剛度、強度等方面應(yīng)用此法展開分析，進而不斷改進并完善基于控制泄漏率的螺栓法蘭連接設(shè)計方法。螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的密封性能研究已引起世界各國的普遍重視，且取得了許多顯著成果。

1 法蘭連接設(shè)計方法的發(fā)展

自Bach 法開始，直至百余年后的新EN1591 標(biāo)準(zhǔn)，對法蘭連接方法的研究一刻也未停止。圖1所示即為法蘭連接技術(shù)及其基本標(biāo)準(zhǔn)的演進歷程[7]。

圖1 法蘭連接設(shè)計方法發(fā)展歷程

最早法蘭連接設(shè)計以強度理論為基礎(chǔ)，到現(xiàn)在為止，工程設(shè)計依舊以此為理論依據(jù)。18世紀(jì)末19世紀(jì)初，德國和美國分別提出了Bach 法和Locomotive 法，它們都是以梁的彎曲強度理論為基礎(chǔ)[7-8]。相當(dāng)長時期內(nèi)，歐洲各國的法蘭設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中始終采用Bach法[9]。

以彈性基礎(chǔ)梁與圓平板彎曲理論為基礎(chǔ)的彈性分析方法于1927年問世；Wiliams、Waters 等科學(xué)家于1937年提出了taylor-Forge 法（Waters 方法）[7，10]。此法自1940年被第一版ASME鍋爐與壓力容器標(biāo)準(zhǔn)采用以來，始終是ASME標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接設(shè)計的理論依據(jù)。

墊片載荷常數(shù)（最小預(yù)緊力y和墊片系數(shù)m）的概念于1943年由Markl和Rossheim提出[9，11]，這兩個參數(shù)提出不久即被錄入ASME 標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計方法也因此而得到了進一步充實、完善，ASME 法就此成形。本質(zhì)來看，m、y屬于經(jīng)驗值范疇，和密封介質(zhì)、壓力、溫度無關(guān)，僅和墊片種類、材料相關(guān)。截止目前，ASME 法已走過了近80年發(fā)展歷程，其間改進不斷，但墊片密封性始終沒有被考慮。

德國科學(xué)家Schwaigerer 于1951—1961年提出采用彈塑性分析方法的Schwaigerer 法[10]。1964年，德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會以Schwaigerer 成果為主要依據(jù)完成了DIN V 2505 發(fā)布，密封性分析與應(yīng)力分析同時涵蓋其中。

美國PVRC（壓力容器研究委員會）于20 世紀(jì)70年代初正式開啟螺栓法蘭連接系列實驗。1989年，一種確定螺栓載荷的新方法——PVRC法[12]在歷經(jīng)一系列的研究、程序修正后被正式提出。1994年，PVRC正式公布3個重要墊片參數(shù)——Gb、a、Gs，并提出相應(yīng)測試技術(shù)——PVRC 室溫密封試驗（Room Temperature Tightness Test， ROTT）[7]。PVRC 法考慮了螺栓連接的緊密性，但是其強度計算依然以Waters 方法為依據(jù)。工程領(lǐng)域內(nèi)目前依然沒有運用，因其標(biāo)準(zhǔn)依然沒有形成[13]。

1990年，德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會完成了DIN E 2505 發(fā)布，這是DIN V 2505 的修訂版。1995年，該會發(fā)布DIN 28090-1995 標(biāo)準(zhǔn)，意在彌補DIN E2505 的不足。CEN隨之將其納入并就此成為制訂歐盟法蘭設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。1997年，CEN 完成了prEN1591 標(biāo)準(zhǔn)[10，12]起草，并于2001年提出EN1591 這種全新法蘭連接計算方法。2002年，EN13445-3 以附錄G 形式收錄了EN1591。

綜上所述， 法蘭連接設(shè)計方法主要有兩類： 其一，EN1591 方法，以歐洲標(biāo)準(zhǔn)為代表；其二，Waters 法和PVRC法，以ASME標(biāo)準(zhǔn)為代表。

2 法蘭連接設(shè)計方法比較

2.1 Taylor -Forge法（Waters法）

Waters 法是ASME Ⅷ-1 等傳統(tǒng)螺栓法蘭設(shè)計方法的基礎(chǔ)，GB/T 150-2011 法蘭計算也是基于此。GB/T 150 或ASME法蘭設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)主要為了法蘭環(huán)厚度確定與強度校驗，沒有考慮法蘭接頭密封性[14]。

（1）計算模型。Taylor-Forge 法（Waters 法）計算模型實質(zhì)上是一種力平衡計算，其基礎(chǔ)在于墊片應(yīng)力已知、螺栓法蘭聯(lián)接靜定結(jié)構(gòu)假設(shè)、彈性基礎(chǔ)梁和圓平板彎曲理論。計算時僅考慮法蘭體系整體的強度完整性，螺栓載荷變化關(guān)系（預(yù)緊與操作時）被忽略。所以，不能反映螺栓法蘭實際連接安裝情況。

（2）墊片系數(shù)m、y。Waters法中的墊片系數(shù)m、y是形式上的，和密封流體介質(zhì)的種類沒有關(guān)聯(lián)性，也沒有考慮與法蘭接頭密封性能的關(guān)系。

（3）螺栓設(shè)計載荷。Waters 法中，預(yù)緊和操作狀態(tài)下螺栓載荷是互相獨立、沒有任何關(guān)系的，但實際上螺栓載荷的變化相互是有關(guān)聯(lián)的。Waters法以墊片系數(shù)m、y為基準(zhǔn)計算得出的設(shè)計螺栓載荷值偏小。從安裝實踐來看，螺栓承受的預(yù)緊載荷最少約2～3倍于設(shè)計值。

（4）墊片寬度。Waters 法提出有效墊片寬度的概念，墊片真實接觸寬度并非有效墊片寬度，且在預(yù)緊、操作過程中，墊片真實接觸寬度是一個動態(tài)參數(shù)。

雖然如此，Waters 法的應(yīng)用并未受到太多影響，主要是由于設(shè)計螺栓載荷值明顯小于安裝實踐形成的預(yù)緊螺栓載荷，這很大程度上保證了密封的緊密性。

2.2 PVRC方法

針對上述Waters 法存在的問題，PVRC 提出緊密度概念，且完成了Gb、a、Gs這3 個新的墊片參數(shù)界定及墊片應(yīng)力與緊密度關(guān)系構(gòu)建， 并提出相應(yīng)墊片系數(shù)試驗方法——PVRC-ROTT 法。PVRC 法的目的在于提高密封可靠性，修正ASME標(biāo)準(zhǔn)的缺陷。

PVRC具有如下特點。

（1）引入代表緊密性（密封程度）的設(shè)計指標(biāo)Tp，提出新的螺栓載荷算法（基于泄漏率準(zhǔn)則）。其所提出的Gb、a、Gs和Tp等新的墊片系數(shù)多源于真實密封測試結(jié)論（真實環(huán)境中），因此與真實墊片狀態(tài)更相近。

（2）從螺栓、墊片、法蘭整體入手分析墊片壓縮應(yīng)力與螺栓載荷的關(guān)聯(lián)，即基于墊片應(yīng)力（預(yù)緊工況下）推算出操作工況下的墊片（壓縮）應(yīng)力。因此，PVRC法可基于給定墊片種類、預(yù)緊螺栓載荷，預(yù)測法蘭連接可達到的密封等級；抑或給定密封等級（允許泄漏率），計算墊片所需預(yù)緊和操作應(yīng)力。

（3）PVRC方法的法蘭應(yīng)力計算和合格評定與Waters法相同。但ASME 目前并沒有接納此法，其與傳統(tǒng)方法并用在當(dāng)前工程實踐領(lǐng)域比較普遍。

2.3 EN1591方法（EN13445-3附錄G）

歐洲標(biāo)準(zhǔn)主要采用兩種法蘭聯(lián)接算法，即EN13445 正文采用的Waters 法和EN13445-3 附錄G 中列入的方法——EN1591 方法， 又稱作“EN1591 方法” 或“ 另一方法”。EN1591方法具有如下特點。

（1）EN1591方法中，強度設(shè)計計算確保螺栓法蘭連接系統(tǒng)有足夠的強度，亦即確定螺栓預(yù)緊載荷的上限值；密封設(shè)計計算確定的是滿足允許泄漏量所需最小螺栓載荷，亦即螺栓預(yù)緊載荷下限值。螺栓預(yù)緊載荷應(yīng)在上述范圍之間。

（2）法蘭接頭的密封性能和力學(xué)特性得到更加全面的反映，讓法蘭接頭實際情況與設(shè)計計算值吻合度更高。同時涵蓋了強度設(shè)計準(zhǔn)則和密封設(shè)計準(zhǔn)則，操作狀態(tài)下的墊片應(yīng)力、螺栓載荷變化更容易掌控。

（3）墊片性能參數(shù)的真實性決定此法中的密封分析計算。

（4）有更多因素需要考慮，迭代計算任務(wù)多，算法更繁雜，一般需要通過電腦編程來完成此類計算。

（5）EN新方法并未累積足夠的應(yīng)用經(jīng)驗。

綜上所述，計算過程簡化是此法未來發(fā)展的重點，否則勢必會影響到其工程應(yīng)用，阻礙其現(xiàn)實發(fā)展。

表1所示為ASME、PVRC和EN三種法蘭設(shè)計方法主要特征及差異[11-12]。

在地形、地質(zhì)條件不利于布置開敞式溢洪道的壩址條件下，選擇采用洞式溢洪洞方案。坪寨（壩高H=162 m）、九甸峽（H=137 m）、洪家渡（H=179.5 m）等工程處高山峽谷地區(qū)，溢洪道開挖會造成不穩(wěn)定高邊坡及較大幅度增加開挖工程量，采用的開敞式進口后接隧洞（洞式溢洪道）的泄洪方式，具有明流隧洞超泄能力大、適應(yīng)高陡地形條件的特點。

表1 ASME、PVRC和EN法蘭連接設(shè)計方法的對比

因為不同標(biāo)準(zhǔn)方法存在技術(shù)內(nèi)容差異，其次存在材料標(biāo)準(zhǔn)、制作過程、測試方法等差異，所以不同螺栓法蘭設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)方法的對比比較困難。

3 國內(nèi)法蘭連接研究現(xiàn)狀

工程應(yīng)用實踐結(jié)果表明，新螺栓法蘭設(shè)計方法盡管早已被歐美科學(xué)界提出，卻并未實質(zhì)性影響或改變Waters 法的應(yīng)用普遍性，而且在可預(yù)見的未來，這種狀態(tài)依然不會出現(xiàn)明顯變化。而從密封性能上來看，改善、提升密封性能是世界各國的普遍需求，這是基于可靠性提升而形成的一種普遍需求，而基于強度這一單純準(zhǔn)則的設(shè)計方法顯然難以吻合當(dāng)代工業(yè)發(fā)展需要，也就是說，螺栓法蘭連接系統(tǒng)設(shè)計同時需要顧及泄漏率，只有如此，才能提升螺栓法蘭連接設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計質(zhì)量，符合飛速發(fā)展的工業(yè)實踐現(xiàn)狀。所以有必要進一步分析探索以泄漏率控制為目標(biāo)的墊片系數(shù)與螺栓法蘭設(shè)計方法。

顧伯勤通過試驗研究非金屬墊片的氣體泄漏過程，提出了多孔介質(zhì)泄漏模型[15-16]，同時還構(gòu)建了螺栓法蘭接頭泄漏率與墊片有效寬度、介質(zhì)粘度、流體介質(zhì)壓力、墊片應(yīng)力關(guān)系，基于圖算法預(yù)測了法蘭接頭泄漏率；基于常溫環(huán)境中金屬平墊片試驗，顧伯勤、馮秀[17-20]完成了金屬墊片泄漏模型構(gòu)建，其所提出的泄漏率算法將墊片壓緊應(yīng)力、介質(zhì)壓力、泄漏率與密封表面分形參數(shù)有效關(guān)聯(lián)起來。

蔡仁良、應(yīng)道宴、蔡暖姝等[21-25]對螺栓法蘭接頭安全密封技術(shù)進行了系統(tǒng)全面的研究。研究結(jié)果表明，螺栓法蘭接頭密封性能如何主要取決于安裝（目標(biāo)）螺栓載荷確定與控制的合理性；同樣應(yīng)參考安裝技術(shù)安全裕度、外荷載、波動與溫度、內(nèi)壓、墊片松弛等來確定實際安裝所需墊片應(yīng)力或螺栓荷載。

李駿等[26]采用正交試驗法分析了密封結(jié)構(gòu)（墊片、法蘭、螺栓）泄漏率每一種因素干擾的大小及其最佳搭配，結(jié)果表明，最易影響泄漏率的因素有兩個，其一為墊片寬度，其二為工作壓力。

莊法坤等[27]運用ANSYS 有限元軟件建立了螺栓、法蘭、墊片系統(tǒng)模型，以便對預(yù)緊、操作法蘭接頭進行仿真分析。基于模擬獲得墊片應(yīng)力分布（內(nèi)壓、溫度、墊片寬度均不一樣前提下）和螺栓應(yīng)力在接頭工作條件下的波動趨勢，基于模擬對墊片應(yīng)力所受介質(zhì)壓力、溫度及墊片寬度的影響進行了定量描述。

喻健良等[28]利用有限元分析方法對管法蘭連接（DN100 mm，PN40 MPa）展開熱-結(jié)構(gòu)耦合場分析和穩(wěn)態(tài)溫度場分析，進行了螺栓、墊片和法蘭在載荷、溫度、內(nèi)壓共同影響下的應(yīng)力變化與溫度分布分析，認為墊片、螺栓、法蘭存在溫度梯度（沿徑向）；墊片應(yīng)力在內(nèi)壓加載后會顯著下降；墊片內(nèi)側(cè)應(yīng)力會因溫升而提高、外側(cè)應(yīng)力會因溫升而下降；螺栓應(yīng)力則會因溫升、加壓而同步提高。

建立DN200 法蘭高溫密封性能測試平臺，羅從仁[30]分析了常溫下2種螺栓加載技術(shù)，明確了全順次加載技術(shù)（載荷漸增）的現(xiàn)實優(yōu)勢，并確定最低加載輪次；隨之實驗分析了螺栓載荷在法蘭接頭變壓、變溫（升壓與升溫）條件下的變化狀態(tài)；同時以數(shù)值模擬技術(shù)為理論支撐展開了法蘭高溫泄漏原因分析判斷，描述了墊片應(yīng)力所受法蘭升溫速度的影響，穩(wěn)態(tài)熱-結(jié)構(gòu)耦合場分析與瞬態(tài)熱-結(jié)構(gòu)耦合場分析的相同點與不同點，且提出法蘭密封性能改進策略，高溫環(huán)境中法蘭密封所受墊片類型的影響也是該學(xué)者分析的一個重點。

黃鑫[31]完成了標(biāo)準(zhǔn)壓力容器法蘭計算過程中Waters 法、EN 法螺栓預(yù)緊力異同對比，進行了基于Waters 法和EN 法的螺栓預(yù)緊力所受墊片種類、設(shè)計壓力、法蘭公稱直徑等的影響規(guī)律分析?；谟邢拊治鐾瓿闪税惭b法蘭接頭螺栓時采用Waters 法和EN法指導(dǎo)的可行性驗證，分析判斷了合適螺栓預(yù)緊力（適合安裝）范圍。

基于密封機理探索、國內(nèi)泄漏率測量技術(shù)，孫召鋒[32]完成了墊片系數(shù)（基于泄漏率）測量方案設(shè)計，同時設(shè)計并搭建了測試設(shè)備?；诟鞣N測試環(huán)境中的泄漏率測試數(shù)據(jù)完成了泄漏率、預(yù)緊比壓y和墊片系數(shù)m三者之間關(guān)系分析，并進行曲線擬合，獲得了不同泄漏率前提下兩個墊片參數(shù)m和y對應(yīng)值，同時還給出法蘭設(shè)計過程中的墊片系數(shù)m、預(yù)緊比壓y（針對差異化泄漏率的現(xiàn)實需求）這兩個基本參數(shù)的建議值。

基于定量控制泄漏率意圖，鹿璐[33]分析了典型石化過程承壓設(shè)備柔性石墨金屬纏繞墊片的性能與結(jié)構(gòu)。完成了壓縮回彈性能受墊片纏繞密度的影響實驗分析，在擬合墊片壓縮回彈性曲線（不同纏繞密度）基礎(chǔ)上完成了回彈特性方程與壓縮特性方程（和墊片纏繞密度相關(guān)）構(gòu)建；基于墊片密封性能受纏繞密度的影響分析，獲得墊片泄漏率在纏繞密度不同前提下伴隨應(yīng)力波動而變化的規(guī)律。

李國蒙[34]基于螺栓法蘭墊片密封系統(tǒng)，通過實驗研究、理論推導(dǎo)以及Ansys三維有限元等多種方式，選取帶頸對焊法蘭，以纏繞墊片為研究對象，充分考慮墊片的非線性，對泄漏率以及密封失效進行了研究。試驗結(jié)果表明，墊片壓緊應(yīng)力與泄漏率成冪指數(shù)函數(shù)關(guān)系；墊片寬度與泄漏率成反比例函數(shù)關(guān)系；介質(zhì)壓力與泄漏率成線性關(guān)系；介質(zhì)黏度與泄漏成反比例函數(shù)關(guān)系等。

郭秭君[35]有限元數(shù)值模擬了柔性石墨-不銹鋼金屬纏繞墊片結(jié)構(gòu)和螺栓法蘭墊片接頭整體結(jié)構(gòu)，同時實驗測試了纏繞墊片，并對螺栓法蘭墊片接頭密封性能存在實際影響的各種因素進行了探討分析，完成了墊片接頭整體結(jié)構(gòu)有限元模型構(gòu)建，對兩種工況（預(yù)緊與操作）中墊片承受的壓應(yīng)力與接頭形變進行了分析。結(jié)果表明，墊片承受的壓應(yīng)力會因法蘭盤偏轉(zhuǎn)而出現(xiàn)徑向分布失衡現(xiàn)象，墊片外緣會出現(xiàn)決定著接頭的密封性能的最大壓應(yīng)力環(huán)帶；接頭泄漏率會因法蘭偏轉(zhuǎn)而受到一定程度的影響，但泄漏率與偏轉(zhuǎn)程度并不具有正相關(guān)性。

劉炎等[13]測試了不同加卸載循環(huán)和不同介質(zhì)壓力條件下石墨纏繞墊片密封性能，在此基礎(chǔ)上，提出與工程實踐更相接近、更相吻合的某種m、y參數(shù)測試技術(shù)。擬合墊片系數(shù)m和泄漏率關(guān)系（墊片初始表面應(yīng)力不同前提下），獲得能達到各種緊密度等級必備的預(yù)緊比壓y和墊片系數(shù)m這兩個參數(shù)，同時還進一步優(yōu)化了預(yù)緊比壓y、墊片系數(shù)m取值，以便這兩個參數(shù)更能貼合工程實踐需要。由于預(yù)緊比壓y、墊片系數(shù)m之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系被新墊片參數(shù)測試技術(shù)全面考慮在內(nèi)，因此這種新技術(shù)能將墊片特性更為全面而準(zhǔn)確地體現(xiàn)出來，以此支持法蘭密封結(jié)構(gòu)設(shè)計（基于泄漏率），促進石化設(shè)備泄漏率下降。

王璐等[36]發(fā)明了一種基于泄漏率的螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法。該發(fā)明所提出的基于泄漏率的螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法既考慮了螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的強度準(zhǔn)則，同時又考慮了其密封性能，為解決目前國內(nèi)螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計時未考慮泄漏率的問題提供了技術(shù)支撐。

王璐等[37-39]采用有限元分析方法分析了墊片接觸應(yīng)力、法蘭偏轉(zhuǎn)角度所受法蘭尺寸、介質(zhì)內(nèi)壓、螺栓預(yù)緊載荷的影響，以及螺栓預(yù)緊、運行前提下的墊片接觸應(yīng)力、法蘭應(yīng)力分量、法蘭偏轉(zhuǎn)角，提出了確定螺栓最高安裝荷載的具體策略；考慮墊片材料的非線性和遲滯性，模擬了螺栓法蘭接頭的預(yù)緊過程，對墊片接觸應(yīng)力、分布狀態(tài)和螺栓荷載的分散性進行了分析，墊片應(yīng)力場所受介質(zhì)內(nèi)壓的影響也是學(xué)者分析討論的內(nèi)容，就此從理論層面支撐了螺栓法蘭接頭設(shè)計（基于緊密度）和螺栓法蘭接頭密封性能判斷。

基于有限元+實驗?zāi)Ｊ?、常溫下墊片泄漏率測試與壓縮回彈實驗，肖光凱[40]測試了外彎矩下金屬與金屬FLT 型（浮動型）、MMC 型（接觸型）螺栓法蘭接頭的力學(xué)特征，在此基礎(chǔ)上驗證有限元分析結(jié)果，同時定量評定了兩類接頭在外彎矩下的密封性與強度。完成了外彎矩下3個法蘭連接（尺寸各異的MMC石墨墊片內(nèi)嵌其中）的密封性與力學(xué)性能分析，確定了法蘭接頭外彎矩抵抗能力所受石墨密封環(huán)尺寸改變的影響。

以金屬齒形石墨組合墊為研究對象，賈丙中[41]基于數(shù)值模擬、試驗測試、調(diào)查分析等方法，構(gòu)建了允許泄漏率與墊片系數(shù)的關(guān)系。以有限元分析軟件（ANSYS）為支撐，從數(shù)值層面模擬了不同目標(biāo)泄漏率前提下螺栓法蘭墊片密封結(jié)構(gòu)，與此同時還完成了螺栓法蘭墊片的結(jié)構(gòu)強度校核。

4 結(jié)束語

本文簡要介紹了螺栓法蘭連接設(shè)計方法發(fā)展的歷程，并對國內(nèi)外3種主要螺栓法蘭連接設(shè)計方法進行了對比分析，對設(shè)計人員深入理解并更合理地進行螺栓法蘭連接系統(tǒng)的設(shè)計具有重要的參考意義。目前，Waters 法仍然是主要采用的螺栓法蘭連接設(shè)計方法。但是從長遠來看，基于控制泄漏率的螺栓法蘭設(shè)計技術(shù)將會越來越受到重視。國內(nèi)對基于控制泄漏率的螺栓法蘭設(shè)計方法相關(guān)問題進行了深入分析和研究，取得了很多新成果，但沒有形成系統(tǒng)性和標(biāo)準(zhǔn)化，需要更加全面和系統(tǒng)的研究。

基于以上分析，今后基于控制泄漏率的螺栓法蘭連接設(shè)計方法研究工作的重點將集中在以下幾方面。

（1）墊片泄漏率計算模型的研究。研究多因素條件下墊片密封性能的影響，完善墊片泄漏模型，有助于基于控制泄漏率的法蘭連接設(shè)計方法的改進和推廣應(yīng)用。

（2）墊片性能參數(shù)及測試方法的系統(tǒng)化研究。國內(nèi)外專家對不同類型墊片的性能參數(shù)做了許多試驗研究，但是墊片材料、類型繁多，而且墊片廠商眾多質(zhì)量參差不一，同時還缺乏不同壓力、溫度條件下更精確的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，所以后續(xù)還需要進行大量、系統(tǒng)性的多因素（溫度、壓力等）影響下的基于墊片泄漏率的墊片系數(shù)的研究測試工作，統(tǒng)一測試方法，提高測試裝置的精度，從而使得到的墊片系數(shù)更具有代表性、高精確性和普適性。

（3）研究法蘭連接接頭全過程行為多因素（墊片應(yīng)力、螺栓預(yù)緊方式、法蘭剛度和偏轉(zhuǎn)角、法蘭外彎矩等）對螺栓載荷的影響，提出更精準(zhǔn)的能夠滿足目標(biāo)泄漏率要求的螺栓載荷。

（4）基于控制泄漏率的螺栓法蘭計算方法的簡化研究，并輔助于ANSYS、ABAQUS 等有限元模擬軟件進行模擬分析。

（5）開發(fā)基于控制泄漏率的螺栓法蘭連接設(shè)計專家系統(tǒng)軟件，對正確合理選用密封墊片、優(yōu)化法蘭連接密封的設(shè)計，以及促進螺栓法蘭密封技術(shù)研究和工程應(yīng)用都具有重要的意義。