法兰在各行各业中被广泛应用,尤其以能源、化工、运输等行业中的使用量最为巨大。法兰主要用于管道之间的密封连接,是连接两个管道的关键部件,其密封性与耐压性是最为基本的要求。本文主要研究的是延长石油炼化公司的一台使用了约10年的列管式换热器,分析该换热器管箱法兰梯形密封槽根部的开裂失效,这台换热器主要用于处理常压渣油,其管程介质为常压催化油浆,壳程介质为碱性中压饱和水蒸气。而就在该换热器的管箱法兰密封槽处,沿着其梯形密封槽一周出现了几乎贯穿整个法兰壁厚的裂纹,此法兰工作在高温高压环境下,对生产安全及财产安全具有潜在隐患。本研究就是要找出此换热设备法兰具体的开裂失效原因,具体从材料的机械性能分析、材料化学成分分析、断口分析、金相分析、法兰强度校核计算、法兰应力数值模拟计算以及过载计算分析等方面综合分析研究。发现该法兰材料16MnR拉伸性能符合相关标准规定,但材料的冲击性能不符合标准规定,硬度虽然符合标准规定但不满足法兰原始图纸技术要求之规定,该法兰材料在冲击性能、硬度指标方面不合格；而法兰的化学成分分析、金相分析、强度校核分析均满足相关标准和规定。最后结合该法兰安装人员提供的法兰安装时的情况,通过对该法兰进行有限元应力过载计算,得出了该法兰失效的原因。由于该法兰原材料在冲击韧性方面没有达到相关标准的规定,在测试的样品中有多达8个试样的冲击功低于标准规定,材料的韧性较差,法兰材料存在强度储备不足问题,而当法兰预紧时,由于安装人员未按照相关安装手册规定的预紧力进行安装,一味地上紧螺栓,致使在预紧过程中出现过将法兰螺栓拉断的情况,因此在法兰梯形密封槽处产生了远大于16MnR抗拉强度的应力,梯形密封槽在这种应力的作用下产生了开裂现象。最后根据分析出的结论,提出了在法兰安装时应使用力矩扳手或液压上紧器,精确控制法兰螺栓载荷大小,从而防止类似的法兰开裂失效的再次发生,为相关的法兰安装提供经验。