石化企業(yè)如何防止法蘭泄漏
——確保法蘭零泄漏的螺栓緊固技術淺析

特約撰稿人：中設協(xié)無泄漏無松動螺栓施工技術中心主任宓正源

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石化企業(yè)如何防止法蘭泄漏
——確保法蘭零泄漏的螺栓緊固技術淺析

特約撰稿人：中設協(xié)無泄漏無松動螺栓施工技術中心主任宓正源

石化企業(yè)法蘭泄漏事故頻發(fā)，螺栓預緊力控制不當是主因

英國UKOOA統(tǒng)計表明：每100起法蘭泄漏事故，有81起是因為不正確的螺栓載荷，即預緊力不當造成的。

石化企業(yè)的承壓設備和管道內(nèi)充滿了有毒易燃的各種化工產(chǎn)品。設備的法蘭一旦發(fā)生泄漏，可能引發(fā)爆炸、火災、人員傷亡、環(huán)境污染等嚴重后果，給國民經(jīng)濟和人民的生命財產(chǎn)帶來極大的危害。

英國UKOOA統(tǒng)計表明：每100起法蘭泄漏事故，有81起是因為不正確的螺栓載荷，即預緊力不當造成的。

為了安裝和檢修的需要，在石化企業(yè)的設備上有無數(shù)的法蘭使用了螺栓連接方式。相對于國家和企業(yè)對法蘭兩側(cè)焊縫質(zhì)量的高度關注，法蘭上的螺栓緊固卻毫無地位可言，常常被忽視。于是，傳統(tǒng)的緊固方法成了法蘭泄漏的罪魁禍首。

傳統(tǒng)螺栓緊固方法的不足

小螺栓通常用活扳手及套筒（死）扳手緊固；大螺栓用加長力臂的套筒扳手緊固，有人干脆用大錘敲擊套筒扳手來緊固螺栓。后來用氣動、電動、液壓扳手、液壓拉伸器來緊固螺栓。對一些特別大的螺栓，則只有通過螺栓的中心孔加熱，使螺栓伸長后再緊固螺母，等螺栓冷卻收縮，達到緊固目的。

手動緊固時，只能以扳手轉(zhuǎn)不動螺母為止，緊固后螺栓的預緊力無法控制，僅取決于施工者的力氣和習慣。

氣動、電動工具緊固時，預緊力同樣無法控制。

傳統(tǒng)液壓板手緊固時，雖然可以設定轉(zhuǎn)動螺栓的扭矩，但為防止螺栓跟轉(zhuǎn)，需以反作用力臂平衡驅(qū)動力，根據(jù)力矩平移定律，會產(chǎn)生一定的偏載力，且因螺栓和螺母間的接觸螺紋存在間隙，緊固時螺紋間的面接觸會轉(zhuǎn)為線接觸，大大增加螺紋間的摩擦力，此外，反作用力臂支點的變化也會導致螺栓摩擦力和正壓力的改變，所以，雖然傳統(tǒng)液壓板手給每條螺栓都提供了相似的緊固力矩，但每條螺栓實際的螺栓預緊力卻并不相同。

液壓螺栓拉伸器緊固時，不但要對螺栓產(chǎn)生過度拉伸，而且拉伸器緊固后的螺栓預緊力的精度更低。BASF對液壓扳手和液壓拉伸器緊固螺栓的檢測結果顯示，預緊力精度分別為±15%和±51%。

至于對直徑較大的螺栓用加熱伸長法，在達到預定溫度后轉(zhuǎn)動螺母，冷卻后獲得預緊力的做法，顯然也無法獲知實際的預緊力值。

可見，用傳統(tǒng)的方法緊固螺栓，預緊力大小無法保證。然而，在法蘭和密封墊質(zhì)量過關的前提下，螺栓預緊力及偏差的大小卻是決定法蘭是否會發(fā)生泄漏的重要因素。

因此，做好螺栓預緊力控制，選用正確的螺栓緊固技術至關重要。

如何控制螺栓緊固預緊力大小

如果在緊固螺栓時沒有附加的力偶作用到螺母上，就像用手指擰動螺母，摩擦副的螺紋之間是面接觸，只要控制好螺紋之間、螺母和墊圈之間接觸面的加工精度以及保持摩擦副的潤滑條件一致，在緊固螺栓時就可以獲得大致相同的摩擦力，同樣的驅(qū)動力減去大致相同的摩擦力，就可獲得較為精準的螺栓預緊力。

美國HYTORC公司自1968年發(fā)明世界上第一部帶反作用力臂的液壓扳手以來，作為螺栓堅固領域的引領者，不斷創(chuàng)新技術，1990年推出的專利技術——CLAMP拉伸螺母（自帶反作用力臂螺母），開啟了無反作用力臂緊固螺栓技術之門。該技術通過螺母外套筒巧妙地自平衡了反作用力，首次取消了傳統(tǒng)的反作用力臂。

這一技術特別適合對火電、核電、水電的大直徑螺栓進行冷緊、冷松施工，不但能保證預緊力的值和精度，還縮短了施工時間和消除了工傷隱患。

這項技術因為要使用一款全新的套筒螺母代替原螺母，成本較高，除了對預緊力有嚴格要求的設備以外，不適宜在普通企業(yè)全面推廣。

2003年，HYTORC公司利用同樣的原理，推出了一款新的專利產(chǎn)品——DISC拉伸墊圈螺栓緊固技術：以六角形特殊拉伸墊圈代替普通墊圈，在很大程度上解決了CLAMP拉伸螺母的高成本問題，使無反作用力臂緊固螺栓技術的廣泛應用成為可能。

應用該技術緊固螺栓，其預緊力的精度經(jīng)BASF測試，為±4%，實際應用時為±5%～10%。這一技術解決了長期困擾石化企業(yè)的設備法蘭泄漏問題，在石化企業(yè)獲得了廣泛認可。

2014年，HYTORC公司的Z-Washer“自反作用力墊圈”專利技術的問世再一次降低了螺栓緊固成本，使無反作用力臂緊固螺栓技術的性價比得以大幅提升。該墊圈和常規(guī)的平墊圈具有相同的尺寸和材質(zhì)，只是周邊帶一圈外齒，墊圈和螺母的接觸面很光滑，并且為了增加和法蘭接觸面的摩擦力，該面壓有“滾花”。為了防止螺栓在緊固時發(fā)生螺栓跟轉(zhuǎn)，同時推出了“防跟轉(zhuǎn)墊圈”，該墊圈的尺寸和普通平墊圈一樣，只是為了增加摩擦力，兩面都壓有“滾花”。

將“防跟轉(zhuǎn)墊圈”放在螺栓頭和對側(cè)法蘭之間，將“自反作用力墊圈”放到原配螺母下，用手擰緊螺母后，就可將專用驅(qū)動器外套筒的底部和“自反作用力墊圈”的外齒嚙合，并將驅(qū)動器與其固定，操作人員無須手扶機具。機具轉(zhuǎn)動螺母時，反作用力就通過驅(qū)動器的外套筒，傳遞到墊圈的外齒上，并自相平衡。沒有偏載，螺栓就被垂直拉伸，直接達到設定的預緊力。

新的Z-Washer無反作用力臂螺栓緊固技術同樣可以將螺栓的預緊力控制在±5%～10%之間，低廉的價格更易被應用企業(yè)所接受。

CLAMP拉伸螺母及專用機具

DISC拉伸墊圈及專用機具

Z-Washer“自反作用力墊圈”及專用機具

企業(yè)應該重視螺栓緊固技術

對石化企業(yè)而言，采用凱特克Z-Washer無反作用力臂緊固技術緊固彈性法蘭螺栓時，應一次性同步緊固至少4條螺栓，使法蘭平行閉合，并選用質(zhì)量合格的螺栓副、高質(zhì)量的密封墊圈、合格的螺紋潤滑劑、合格的法蘭面、合格的法蘭對中、按設計要求設定預緊力值、由經(jīng)過培訓的人員按規(guī)定的工藝實施緊固，即可消除法蘭泄漏問題。

應用該技術緊固剛性法蘭螺栓時，只要選用質(zhì)量合格的螺栓副、合格的螺紋潤滑劑、合格的法蘭面、按設計要求設定預緊力值、由經(jīng)過培訓的人員按規(guī)定的工藝實施緊固，即可解決螺栓松動問題。

到目前為止，這一無反作用力臂螺栓緊固技術已經(jīng)在中國的石油、化工、鋼鐵、風電、火電、核電、水電、高鐵、大型工程機械、造船業(yè)得到廣泛的應用。徹底消除了有關單位設備的法蘭泄漏和螺栓松動事故。大大減少了寶貴資源的浪費和停工維修的時間。

中國設備管理協(xié)會無泄漏無松動螺栓施工技術中心將這項無反作用力臂緊固螺栓的新技術鄭重向全國石化行業(yè)加以介紹。并呼吁石化行業(yè)的相關領導，能夠高度重視這一世界領先的螺栓緊固技術，認識到這項技術背后巨大的經(jīng)濟價值和社會效益，齊心協(xié)力推動和應用這項新技術，促進我國石化企業(yè)裝備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，徹底消除因法蘭泄漏和螺栓松動引發(fā)的災難性事故。

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