螺栓法兰连接应用比较广泛,其相当一部分处于高温状态下运行,随着使用寿命的延长,密封元件回弹能力下降,螺栓发生蠕变变形,影响螺栓法兰连接的密封性。法兰的密封性能取决于工作状态下垫片上剩余的预紧力。当温度变化时,剩余的预紧力会随着热膨胀和弹性模量的变化而变化,从而影响法兰的密封性能。在工程中,主要采用增加预载和二次热载的方法来处理螺栓的载荷损失。本文研究内容主要包括:(1)通过理论介绍法兰设计方法和螺栓预紧力的确定。分析对比ASME PCC-1紧固方法和HPIS Z103 TR紧固方法,以及国内某石化公司的紧固步骤。讨论工程中的热紧问题,确定二次热紧程度和热紧力。(2)运用仿真软件建立螺栓-法兰-垫片连接系统的三维力学模型,对其不同工况进行模拟研究,得到其各应力场的分布和变形规律。(3)建立法兰三维传热学模型,并对其稳态温度场及热结构耦合场进行模拟研究,分析温度对螺栓-法兰-垫片连接系统的影响。(4)以稳态温度场与热-结构耦合温度场为基础,进行了各温度下垫片的数值模拟计算。随着温度升高,垫片应力分布不均,有可能造成密封失效。与此同时,研究了高温下不同预紧力的密封性能,在不同温度下,施加不同的螺栓预紧力模拟分析,判断此工况下是否需要进行二次热紧。