法蘭連接螺栓的定力矩緊固在石化裝置中的應(yīng)用

曲云芹

（大慶石化公司建設(shè)公司，黑龍江大慶163714）

法蘭連接螺栓的定力矩緊固在石化裝置中的應(yīng)用

曲云芹

（大慶石化公司建設(shè)公司，黑龍江大慶163714）

我國90%煉油化工裝置的泄漏為法蘭密封面泄漏，解決法蘭連接的螺栓緊固問題是解決泄漏的唯一途徑。該文闡述了法蘭定力矩緊固的使用方法、適用范圍、條件分析、設(shè)備及施工技術(shù)流程。證明了法蘭螺栓定力矩緊固具有施工簡單、工期短、節(jié)省人力、勞動(dòng)強(qiáng)度低、效果好、檢修部位使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

石化裝置；泄漏；定力矩緊固；經(jīng)濟(jì)效益

法蘭連接是石油化工裝置中最常用的連接方法。影響法蘭密封泄漏的因素是密封面質(zhì)量、墊片性能、法蘭剛度、操作條件、螺栓預(yù)緊力等。英國UK00A（海上操作者協(xié)會(huì)）對(duì)100對(duì)失效的法蘭進(jìn)行調(diào)查，得出結(jié)論，其中81%的泄漏是由于不正確的螺栓載荷力造成的［1］。其原因是螺栓緊固不均勻，完全依靠人力，或用加長套管或用錘擊，由于操作者個(gè)體間存在力量大小的差異，無法保證相同的預(yù)緊力。另一方面是不能準(zhǔn)確確定螺栓的預(yù)緊力。預(yù)緊力的確定依靠聽聲音、憑經(jīng)驗(yàn)感覺，為防止泄漏預(yù)緊力往往偏大，部分螺栓已經(jīng)超過屈服極限，導(dǎo)致再次拆卸困難，縮短螺栓使用壽命甚至報(bào)廢。

1 定力矩緊固的適用范圍

該緊固方法適用于原手工扳手緊固或者風(fēng)動(dòng)類緊固設(shè)備緊固的各類石油、化工裝置的塔器、容器類、反應(yīng)器、換熱器、機(jī)泵、閥門、壓縮機(jī)及鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)接等設(shè)備的力矩要求嚴(yán)格或者密封面容易泄漏的設(shè)備的連結(jié)處緊固；發(fā)電廠的蒸汽機(jī)、天然氣管道以及其他需要力矩值測算、力矩要求嚴(yán)格的機(jī)械設(shè)備施工緊固；工民建需要的密封面緊固和架設(shè)機(jī)構(gòu)的螺栓連接處緊固［2］。

2 應(yīng)用條件分析

設(shè)備、閥門的常見故障是螺栓連接失效引起的泄漏，因此，螺栓緊固就成為確保生產(chǎn)裝置平穩(wěn)運(yùn)行的前提。過去扳手、大錘等傳統(tǒng)工具操作時(shí)，如果預(yù)緊力過大，螺栓、墊片會(huì)被壓死而失去彈性，影響螺栓使用壽命；用力過小，又會(huì)使受壓后墊片表面的剩余預(yù)緊力達(dá)不到工作密封比壓，導(dǎo)致連接系統(tǒng)泄漏。定扭矩緊固是使用液壓扳手等專用工具通過控制力矩的方式，使密封面上的螺栓受力均勻。

2.1 操作人員配置

某企業(yè)的定力矩緊固專業(yè)團(tuán)隊(duì)于2015年初組建。選拔35歲以下，業(yè)務(wù)精，責(zé)任心強(qiáng)的優(yōu)秀員工60余人，由技術(shù)部統(tǒng)一組織，對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行實(shí)踐培訓(xùn)及理論考核，成為了施工作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、高質(zhì)高效施工服務(wù)的優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)。

2.2 設(shè)備資源

2015年大檢修是某企業(yè)檢修范圍最廣、參檢裝置最多、覆蓋面最大的1次停工大修。要對(duì)裝置1 837對(duì)法蘭、4.89萬條螺栓進(jìn)行定力矩緊固。根據(jù)施工所需，全部采用最先進(jìn)的定扭矩儀器，對(duì)現(xiàn)有力矩扳手?jǐn)?shù)量、參數(shù)進(jìn)行重新評(píng)估，新采購2臺(tái)廂體貨車、11套液壓設(shè)備、43把液壓扳手等，使定扭矩緊固專業(yè)設(shè)備，增加到58臺(tái)/套，并編制了螺栓定扭矩緊固指導(dǎo)書、螺栓緊固檢查確認(rèn)表和螺栓定扭矩緊固方案，讓每個(gè)操作者全面掌握螺栓定扭矩緊固程序和力矩扳手的使用方法，使每名施工員懂得緊固力矩的計(jì)算過程并成立定扭矩專業(yè)組15組，確保裝置開車1次成功。

根據(jù)現(xiàn)場工況選擇扳手類型，以方驅(qū)扳手為主，方驅(qū)扳手可配不同對(duì)邊尺寸的套筒使用，而中空扳手需要更換工作頭來實(shí)現(xiàn)不同螺栓緊固的轉(zhuǎn)換，效率相對(duì)較低，不過遇到螺栓伸長太多或是空間狹小的作業(yè)環(huán)境，則使用中空扳手。設(shè)定需要的扭矩，根據(jù)選定的扳手型號(hào)，參考液壓扭力扳手扭力/壓力對(duì)照表，根據(jù)需要設(shè)定的扭矩查出對(duì)應(yīng)的液壓泵設(shè)定壓力。

該施工方法適于螺栓不同規(guī)格、不同材質(zhì)、不同數(shù)量的螺栓緊固。以乙烯裝置EH-3456ABCD 4臺(tái)（56套螺栓）大型換熱器為例，說明密封面螺栓緊固流程［3～6］。

（1）法蘭螺栓緊固應(yīng)按照“多步緊固”和“順序緊固”的原則進(jìn)行。

（2）根據(jù)現(xiàn)場的設(shè)備情況，把螺栓從12點(diǎn)的方位按順時(shí)針方向用記號(hào)筆編號(hào)，在作業(yè)指導(dǎo)書中編制好緊固順序。EH-3456ABC編號(hào)1~14為1組，共4組，螺栓規(guī)格為M36。

（3）螺栓的緊固分3遍進(jìn)行，每遍的起點(diǎn)應(yīng)相互開120°。

（4）第1遍緊固先用50%的扭力值（取整數(shù)值），采用十字交叉法緊固螺栓并保證密封面平行，盡量縮小螺栓在緊固過程中由于法蘭變形的影響。

（5）第2遍緊固用100%的扭力值加力緊固螺栓，緊固同時(shí)注意測量法蘭的間隙是否均勻，保證每個(gè)螺栓緊固力量一致。

（6）第3遍緊固再用100%的扭力值按第1遍緊固順序均勻緊固螺栓。

（7）從1#螺栓按順時(shí)針方向，采用2同步和4同步對(duì)邊緊固的原則，說明螺栓的緊固順序。單緊按2同步的順序進(jìn)行。

（8）56套螺栓分別采用2同步和4同步緊固順序號(hào)數(shù)值：2同步螺栓緊固步驟及順序見表1；4同步螺栓緊固步驟及順序見表2。

表12 同步螺栓緊固步驟及順序

（9）擰緊螺栓時(shí)的擰緊力矩值計(jì)算：

式中Q0—預(yù)緊力，N；Kt—擰緊力系數(shù)；d—螺栓的公稱直徑，mm；M—擰緊力矩，N·m。

系數(shù)Kt與螺紋表面及法蘭的光潔度、潤滑狀況、擰緊速度、所用擰緊工具、以及反復(fù)擰緊時(shí)的溫度變化等有關(guān)，通常在0.1～0.3之間變化。

預(yù)緊力：

Q0＝σ0×As

As＝π×ds2/4

ds＝（d2＋d3）/2×d3=d1-H/6

σ0＝σt式中 As—螺栓在螺紋處的有效橫截面積，mm；ds—螺紋部分危險(xiǎn)剖面的計(jì)算直徑，mm；H—螺紋牙的公稱工作高度，mm；σt-螺栓材料的20℃許用應(yīng)力，MPa。

舉例：M36的螺栓，8.8級(jí)，則緊固力矩M：

M=Kt×σt×As×d×10-3

=0.19×219×245×36×103

=367 N·m

表24 同步螺栓緊固步驟及順序

3 結(jié)論

（1）在2015年的裝置大檢修中，該企業(yè)的定力矩緊固技術(shù)完成了1 837對(duì)法蘭、4.89萬條螺栓的緊固任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了法蘭密封面的零泄漏。

（2）定力矩緊固技術(shù)先后完成了大慶石化公司、四川石化公司、錦州石化公司、寧夏石化公司、四川石化公司、遼河石化公司、吉林石化公司、哈爾濱煉化公司等企業(yè)的換熱器、反應(yīng)器及其他動(dòng)靜設(shè)備的法蘭螺栓定扭矩緊固任務(wù)。

（3）定力矩施工技術(shù)具有明顯的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，市場前景廣闊、效益可觀。

［1］段繼鵬.高壓加熱中分面法蘭泄漏的處理［J］.華電技術(shù)，2011（3）：33-35.

［2］徐磊.關(guān)于高壓法蘭緊固方法的研究［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（7）：72.

［3］李敏，杜鵑，沈宜輝.螺栓法蘭接頭緊固密封的研究展望［J］.化工機(jī)械，2011（5）：513-516.

［4］潘從錦，鄧乃文，楊博，等.高溫高壓法蘭螺栓預(yù)緊技術(shù)的選用［J］.設(shè)備管理與維修，2014（8）：36-37.

［5］鐘經(jīng)山，施俊俠.超高壓法蘭泄漏問題及對(duì)策［J］.廣西機(jī)械，2000（4）：34-36.

［6］李濤.螺栓緊固扭矩計(jì)算方法的探討［J］.煉油與化工，2014（1）：19-22.

Application of fixed-torque fastening of flange connection bolts in petrochemical plants

Qu Yunqin
（Construction Company of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

At present,90%leakages of petrochemical plants are the leakages of flange sealing surfaces.Therefore,solving the bolt fastening problem of flange connection is the only approach to eliminating leakage.This paper expounded the method of application, range of application,condition analysis,equipment,as well as construction technique process of fixed-torque fastening of flange.It showed that the fixed-torque fastening of flange bolts has advantages of simple construction,short construction duration,low manpower demand,low labor intensity,good effect,and long service life of the maintenance parts.

leakage;fixed-torque fastening;economical benefit

TQ055.81

B

1671-4962（2017）01-0038-03

2016-09-28

曲云芹，女，工程師，1996年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化工機(jī)械專業(yè)，現(xiàn)從事工程質(zhì)量管理工作。