管法兰的许用外载荷计算
问题有朋友问了一个问题：
有台设备，设计压力是4MPa，设计温度230°C。用的美标管法兰，材料是16Mn，Class300，法兰的最大允许工作压力是4.266MPa。
由于管口载荷比较大，按照法兰当量设计压力计算公式，法兰的当量设计压力远远高于设计压力。
感觉十分危险，请问是否需要提升法兰的压力等级？
我问：你是想提升呢，还是不想提升？
回曰：“从画图角度，不想提升，毕竟已经设计完成了，不想修改。
从安全角度，想提升，不能留安全隐患啊。”
设计人说话，就是这严密。
UG-44的用途
其实除了当量设计压力法，还要别的方法也可以处理这种。
不妨打开ASME VIII I 2021，UG-44：
不好意思，忘记了2019和2021版封面一样了。
ASME两年一更新，封面都来不及重新设计，更别提与外载荷相关的UG-44内容，没有任何修改。
可以根据这个公式来计算这个法兰是否能够承受当前的外载荷，做到心中有数。
当然条件允许，可以直接用PVElite来校核管口载荷对法兰的承载能力影响。
不过PVElite的报告按照规范的公式编制的，看起来不是很直观，无法了解弯矩和轴向力的贡献程度。
EXCEL的实现
关于UG-44的介绍在原先的文章中有过介绍：
UG-44（b）的正确打开方式
管口载荷需要折算当量压力吗？
当时分析了公式的组成，其实和法兰当量设计压力计算公式基本相同，只是多了FM的取值。
为了方便衡量弯矩和轴向拉力对于当量压力的贡献，我决定做个EXCEL表格，其思路按照上面变形后的公式来评定。
表格界面如下：
表格特点：
1. 自动查询弯矩系数FM。2. 计算弯矩对于当量压力的贡献PME。
3. 计算轴向力对于当量压力的贡献PFE。
4. 计算完成，打印成一页的A4纸存档。
弯矩主导了等效压力
按照UG-44计算，我们发现法兰在外载荷下还是安全的。
通过结果分析，一般来说弯矩对于等效压力的贡献远远大于轴向力。
这是为什么呢？
其实主要是大部分的管口载荷表，基本都是：
弯矩与D的平方成正比，轴力与D的成正比。
设M=b*164*D*D*1000，Fa=b*2000*D
PME/FME=328D/G，D为英寸，所以G一般为25.4*D
所以PME/FME=12.9倍。
弯矩的贡献比轴向力大10多倍！
弯矩主导了等效压力。
注意一些细节
UG-44是有适用范围的：
1. 由于目前规范只做了WN法兰配高强螺栓的研究，所以这个方法不适用于SO等其他种类法兰。
2. 另外法兰的螺栓预紧力要大，应该按照ASME PCC-1非强制性附录O的螺栓扭矩来拧。
σb参考ASME PCC-1附录O，最大值为40%~70%的常温螺栓屈服强度，最小值为20%~40%的常温螺栓屈服强度。Vcad，公众号：压力容器唯心不易法兰的边界条件分析
3. 如果UG44中没有FM的值，不能够进行外推和插值。
4. 如果是持续的一次载荷和螺栓法兰的温度使得垫片发生蠕变或者松弛情况，应该考虑降低FM的值。具体降低多少，规范并未说明。
结论
1. 法兰当量设计压力法非常保守，在国标设计中，如果满足UG-44的条件（美标法兰，蠕变温度之下等），可以采用UG-44来判断一下外载荷的危害程度。
2. 弯矩对于当量压力的贡献值要大于轴向力，所以如果需要调整时，应该优先看能否降低弯矩的值。
3. 如果采用UG-44，最好按照ASME PCC-1附录O提供一下螺栓扭矩。尽量避免采用GB150计算法兰时的预紧力来计算螺栓扭矩。大的预紧力，可以更好的保证密封。
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