法兰连接结构由于其结构简单,拆卸方便,在石油石化、电力、冶金等行业得到了广泛的应用。现代工业对石化产品需求量的增加促进了石油化工炼制技术的蓬勃发展。各种强腐蚀、剧毒、易燃易爆等介质的应用越来越普遍,对于密封技术的要求越来越苛刻,传统的密封技术己不能完全满足现代工艺技术发展的要求。法兰连接密封不佳而导致泄漏是承压设备失效的一种重要形式,往往容易引起严重的事故。螺栓法兰连接系统主要通过垫片受压变形加大对介质泄漏的阻力来实现密封的。为了保证预紧过程中,法兰与垫片接触表面形成良好的初始密封,需要垫片具有良好的压缩性能。为保证连接系统的紧密性,还需要垫片具有优秀的回弹性能,本文通过试验对石墨波齿复合垫片在常温和高温下的压缩回弹性能进行了研究分析,为随后的连接系统力学行为研究及泄漏率预测奠定基础。采用有限元模拟的方法对在高温承受外弯矩影响下的管法兰连接系统进行了模拟分析,对连接系统中各元件的应力场分布进行了细致的分析。考虑了热应力及蠕变对连接系统的影响,分析了外弯矩对连接系统紧密性的影响。通过模拟分析得到了垫片压紧力随时间变化的规律。为随后对连接系统的安全工作时间预测奠定基础。对螺栓法兰连接系统密封性能进行了研究,通过垫片泄漏率实验分析了石墨金属波齿复合垫片压紧力与泄漏率之间的关系,得出关于石墨金属波齿符合垫片的泄漏率公式。借鉴了美国PVRC对法兰连接系统紧密度等级的划分与国内垫片标准对泄漏率指标的规定,尝试对法兰连接系统基于泄漏率的安全性等级进行了定义。结合垫片压缩回弹特性曲线、垫片密封性能公式和对螺栓法兰垫片连接系统进行有限元模拟分析所得的结果,提出了以紧密性分析为基础的连接系统安全工作时间预测方法,为提高螺栓法兰连接系统及其所属装置的可靠性,保证其安全工作提供一个工具。