螺栓法兰连接系统是石化企业装置运行中的一种重要的承压设备与外界之间的连接方式,其是由法兰、螺栓、垫片组成。密封性能是考察法兰密封结构是否有效的重要指标之一,国内现有螺栓法兰设计方法是建立在Waters法基础之上,无法满足低泄漏率的环保要求。本文主要的研究内容是基于泄漏率控制的金属齿形石墨组合垫密封特性研究。首先,介绍了螺栓法兰连接系统的密封机理、影响密封性能的因素以及垫片主要性能;对国内外基于泄漏率的垫片系数和试验方法以及螺栓法兰规范设计方法进行分析,为我国建立适合我国国情的螺栓法兰规范设计方法提供参考。其次,以金属齿形石墨组合垫为研究对象开展密封性能试验,通过加载和卸载试验循环,得到垫片应力和泄漏率之间的关系,并将预紧比压Y和垫片系数M与泄漏率相关联,给出了2×10^-5cm³/s目标泄漏率下的M值和Y值。再次,以整个螺栓法兰垫片连接系统为对象,使用ANSYS有限元分析软件,以前文中试验所得的不同允许泄漏率下的M、Y为基础,对其进行2×10^-5cm³/s目标泄漏率下的强度校核。通过模拟分析,当提高泄漏率等级时,螺栓和法兰均不满足强度要求。最后,以金属齿形石墨组合垫为对象,开展垫片性能试验,研究其在不同结构参数下的压缩回弹性能和密封性能,通过试验,给出了可以满足更低泄漏率要求的垫片型式,试验结果表明,当齿距为1.5mm,石墨层为0.5mm厚时,垫片具有最佳的性能;