歐規螺栓法蘭連結基準簡介管道、閥門、設備之間以及設備的某些零部件之間，常用螺栓和法蘭相連接，儘管多數的法蘭已經標準化，法蘭設計有多種計算方法，許多專家仍在繼續研究，以使法蘭設計更趨完善，而目前螺栓法蘭連結(Bolted Flange Connections, BFC)計算方式主要有兩種，分別為：l 美規法(列於ASME VIII-1附錄2及VIII-2附錄3-3)該設計法源自1937年Taylor Forge Company所建立的墊片在螺栓孔中心圓以內的BFC設計法，經ASME 標準委員會進一步發展並納入ASME鍋爐及壓力容器規範中，一直延用至今許多國家之國家標準(如日本JIS B 2233、大陸GB 150、台灣CNS 9791等)亦引用此設計法l 歐規法(列於EN 1591-1及ENV 1591-2)該設計法援用德國標準TGL 32903/13，因為自1980年代開始，依該標準所設計之數千例BFC皆無洩漏問題，因而在2001年正式編入歐洲共同體標準，成為歐盟19個會員國之通用規範，估計將逐漸成為主流之BFC設計法美規法與歐規法最大的差異在於:1. 建立機械模型時，歐規法有考慮法蘭承受之外部負荷(指外加之軸向力及力矩)，而美規法則無此一考量。
2. 在歐規法中，因鎖螺栓工具(如一般扳手、扭力扳手、液力拉伸器等)不同將造成螺栓力計算上之差異，而美規法則無此一考量3. 在歐規法中，兩相接合之法蘭須分別計算，而美規法則無此一考量4. 美規法對墊片特性以y (設計壓緊應力，即使墊片變形而產生有效密封作用之最小應力值)及m (墊片係數，即在無顯著洩漏之情況下，作用於單位有效接觸面積上所需之最小壓緊力與介質壓力之比值)二參數表示，但歐規法中不但有與美規法中之y、m相類似之Qmin 、QI/P，並增加Qmax,ref (墊片最大容許壓應力)、gc (墊片潛變因子)等與墊片特性有關之參數因此，理論上歐規法之分析較詳細，所得結果之可信賴度應較高，即可有效減低洩漏發生之情形為使相關設計及技術人員對歐規法有所瞭解，本文在此就對歐規法之適用範圍及計算程序做一簡介一.適用範圍 (1)幾何要求法蘭及墊片之外型尺寸須和EN 1591-1圖3~12所列型式相同或類似，並且須符合EN 1591-1之1.3.1(a)~(c)所列條件，而螺栓須平均分佈並至少配有4個或4個以上 (2)材料要求 歐規法中並未規定需使用之材料(指螺栓、法蘭及連接法蘭之容器)及其公稱設計應力(即最大容許應力之意)，但可依EN 13445、EN 13480及其他公認規範中所列資料選用之。
墊片材料之選用可參考ENV 1591-2表1~6所列材料墊片參數應自墊片生產廠家取得，若取得上有困難時才建議使用ENV 1591-2表1~6所列墊片參數 (3)負荷要求 對施於法蘭之外加軸向力、外加彎矩及因為軸向熱膨脹造成之負荷皆不可忽略，因歐規法已將前述負荷列入計算中 二.計算程序(以整體式法蘭為例) (1)第一法蘭及第二法蘭之參數計算所謂第一法蘭及第二法蘭指的是兩個相結合法蘭之各別稱呼(因為有時兩個相結合法蘭之型式可能不同，因而相對應之算式亦不同，故需要分別計算)，在計算符號在右上方加上逗號者即代表第二法蘭a) 依EN 1591-1之4.1.1計算bF、dF、eF (有效法蘭寬度、法蘭平均直徑、法蘭有效軸向厚度)及bF’、dF’、eF’，以及d3e (有效螺栓圓直徑)b) 依EN 1591-1之4.1.2計算eE、dE (用於柔韌計算之等效胴體壁厚、等效胴體平均直徑)及eE’、dE’c) 依EN 1591-1之4.1.3計算hH (力臂)及hH’d) 依EN 1591-1之4.1.4計算hR、ZF (力臂更正值、法蘭旋轉柔韌模數)及hR’、ZF’。
註：”法蘭旋轉柔韌模數”為原文”rotational flexibility modulus of flange”之中文翻譯 (2)螺栓參數計算 (a) 依EN 1591-1之4.2.1計算AB (所有螺栓之有效截面積)b) 依EN 1591-1之4.2.2計算XB (螺栓軸向柔韌模數) (3)墊片參數計算 (a) 依EN 1591-1之4.3.1計算bGt、dGt、AGt (墊片理論徑向寬度、墊片理論直徑、墊片理論面積)b) 在組裝狀態下，依EN 1591-1之4.3.2計算FG0 (墊片力之推薦值)，第一次估算之bGe、dGe、AGe、hG0、hG0’ (有效墊片寬度、有效墊片直徑、墊片有效面積、力臂、力臂)，更精確計算之bGe、dGe、AGe、hG0、hG0’註：第一次估算之bGe與更精確計算之bGe相比，須界於0.95~1.05間始為合格，否則須更改部份參數使其合格c) 依EN 1591-1之4.1.3計算hP、hG、hH (力臂更正值、力臂、力臂)及hP’、hG’、hH’d) 依EN 1591-1之4.1.4計算hQ (力臂更正值)及hQ’。
(4)作用負荷計算 (a) 在組裝狀態下，依EN 1591-1之5.1.1計算FR0 (外加軸向力及力矩造成之淨力)，並設定T0 (組裝狀態下之溫度，一般定為20℃)b) 在其他狀態(如設計、試壓等)下，依EN 1591-1之5.1.2計算FQI、FRI、△UI (流體壓力造成之軸向力、外加軸向力及力矩造成之淨力、相較於20℃之軸向膨脹差量) (5)柔韌參數計算 在各種狀態(指組裝狀態及其他狀態)下，依EN 1591-1之5.2計算YGI、YQI、YRI (與墊片力有關之螺栓接合軸向依從度、與流體壓力造成之軸向力有關之螺栓接合軸向依從度、與外加軸向力及力矩造成之淨力有關之螺栓接合軸向依從度)註：”螺栓接合軸向依從度”為原文”axial compliance of bolted joint”之中文翻譯 (6)最小墊片力計算 依EN 1591-1之5.3計算FG0min (在組裝狀態下所需之最小墊片力)及FGImin (在其他狀態下所需之最小墊片力) (7)組裝狀態下之力計算 (a) 依EN 1591-1之5.4.1計算FG△、FG0req、FB0req (為保証在其他狀態下墊片力不小於FGImin而在組裝時所需之最小墊片力、在組裝狀態下固定墊片所需之墊片力、在組裝狀態下固定墊片所需之螺栓負荷)。
註：如果FG0req> FG0，則必須重新設定某些參數使FG0變得較大，再回到(3)(b)重新計算，直到FG0req≦FG0且兩者比值相差在5%以內時為合格b) 依EN 1591-1之5.4.2計算FB0nom、FB0max、FG0max (螺栓公稱負荷、用於計算負荷限制之最大螺栓力、用於計算負荷限制之最大墊片力) 註：若使用標準梅花扳手之人力組裝，參考EN 1591-1附錄C計算FB0av，該值即為FB0nom若使用扭力板手組裝，參考EN 1591-1附錄D計算FB0nomFB0mon≧FB0req/(1-ε-)為合格，ε-為螺栓總負荷之下偏差量(與鎖螺栓之方式、測量螺栓緊度之方式及螺栓數有關) (8)其他狀態下之力計算 依EN 1591-1之5.5計算FGI、FBI (用於計算負荷限制之墊片力、用於計算負荷限制之螺栓力) (9)螺栓負荷限制計算 依EN 1591-1之6.2，計算在各種狀態下之ΦB (螺栓之負荷比)註：ΦB≦1為合格，且組裝狀態下之ΦB不宜小於0.3 (10)墊片負荷限制計算 依EN 1591-1之6.3，計算在各種狀態下之ΦG (墊片之負荷比)。
註：ΦG≦1為合格 (11)法蘭負荷限制計算 依EN 1591-1之6.4，計算在各種狀態下之ΦF (法蘭之負荷比)及 ΦF’註：ΦF≦1且ΦF’≦1為合格三.結論 由於歐規法是2001年才正式編入歐洲共同體標準，因此本公司現有之設備計算書中關於BFC之計算，若非出自歐盟會員國(尤其是德國)，則應是使用美規法計算而本文是個人研讀歐洲共同體標準EN 1591-1、ENV 1591-2及相關資料並經過理解後所編整而來，由於個人目前尚未看過設備廠商將歐規法用於實際BFC計算之演算過程，因此是否可將本文所述內容直接套用於實際計算仍待進一步驗証(例如：換熱器中之管板兼作法蘭時，管板應歸類於何種型式之法蘭? )，請各位讀者留意。