螺栓法兰连接是石油化工设备中最常用的连接形式,被广泛应用于石化、制药等部门的压力容器及管道上。而螺栓作为法兰上的重要紧固件,螺栓的预紧载荷水平和工作状态时螺栓载荷变化影响法兰的密封情况。在法兰初始上紧时,合理的螺栓预紧载荷能够保证法兰在预紧工况和工作工况下的密封和安全运行。而在法兰初始预紧后进入工作状态,由于工作工况的高温、高压等工作条件,螺栓载荷发生改变,从而可能导致法兰在工作时不能保证密封。应对法兰螺栓上载荷下降的情况,工程上主要运用提高螺栓预紧载荷和二次热紧的方法解决。研究法兰的螺栓预紧载荷,及其在工作条件下的载荷变化情况,对法兰的安全运行具有重要意义。首先,本文通过EN 13445附录G的设计方法计算了搭配缠绕垫容器乙型平焊法兰的螺栓载荷,并分析计算所得的螺栓预紧载荷、工作状态的螺栓载荷的规律。分析得出,计算所得的法兰螺栓预紧应力随着工作温度的升高而增大,且有随着DN(公称直径)的增大而呈非线性增大的趋势。计算得到的同一规格法兰在同一工作压力,不同温度下的工作状态的螺栓载荷是一个定值,这是因为在所取条件的计算过程中,计算工作状态的螺栓力时,温度对其影响被抵消,所以本文中通过附录G计算得到的某一确定规格的法兰的工作状态的螺栓载荷是一定值。计算所得工作状态时的螺栓应小于预紧所需螺栓应力,这是由于考虑了热膨胀作用以及忽略了外力和外力矩所得到的结果。其次,在考虑升温后法兰连接各组件会产生热膨胀的基础上,忽略其他因素的影响,对容器乙型平焊法兰的二次热紧应力的计算方法进行了推导,为法兰二次热紧应力的计算提供了思路。并使用Visual Basic程序开发了计算搭配缠绕垫容器用乙型平焊法兰二次热紧应力的程序,简化了螺栓二次热紧应力的计算过程。进一步通过试验,研究螺栓试样在不同高温状态下的剩余应力水平。试验结果表明,螺栓在施加初始拉应力后升温,螺栓力开始下降,在升温2~3小时后基本稳定,螺栓力不再有明显的下降。所以在工程上,在法兰预紧后3~4个小时进行二次热紧的做法是可行的。而通过不同初始应力下不同高温状态的试验发现,施加的初始应力和试验温度都对螺栓试样的剩余应力有影响。试验处于弹性阶段时,试验温度较高的试样,其剩余应力也较小。施加初始应力较大的螺栓试样,其剩余应力也较大;但当初始应力超过了试样材料在试验温度的屈服强度时,试样内部发生塑性流动,其应力的变化不再有弹性状态时的趋势。所以要针对法兰高温工况选取合理的螺栓预紧力。