淺析石油化工裝置法蘭管理技術(shù)

侯東波，董林國(guó)，姜 濤

（中國(guó)石油吉林石化公司，吉林吉林 132021）

0 引言

法蘭螺栓密封結(jié)構(gòu)是石油化工等過(guò)程工業(yè)中設(shè)備與管線、管線與管線、設(shè)備與設(shè)備以及設(shè)備內(nèi)部零部件之間，常用的、可靠性較高且方便拆卸的聯(lián)接型式。法蘭在高溫高壓、易燃易爆、腐蝕性、劇毒介質(zhì)工況下運(yùn)行，較容易出現(xiàn)墊片壽命降低、預(yù)緊力松弛、螺栓失去彈性、交變應(yīng)力或管道及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的影響等問(wèn)題，降低了法蘭螺栓密封的可靠性和安全性，甚至發(fā)生法蘭螺栓接頭泄漏，造成嚴(yán)重的設(shè)備事故。

法蘭螺栓結(jié)構(gòu)應(yīng)用面極廣，應(yīng)用率在可拆卸聯(lián)接中占比是領(lǐng)先，因此形成的密封點(diǎn)眾多，失效數(shù)量也是最多的，所引起的危害較大，因此，有必要對(duì)其失效原因進(jìn)行分析和介紹。

1 密封原理

法蘭螺栓結(jié)構(gòu)由于簡(jiǎn)單可靠實(shí)用方便是一種常見(jiàn)的靜密封結(jié)構(gòu)，利用螺栓施加的預(yù)緊力使兩個(gè)法蘭片將墊片夾緊，達(dá)到密封的目的。由于加工工藝的原因，所有的法蘭密封無(wú)法做到絕對(duì)光滑平整，法蘭密封之間始終會(huì)存在或多或少、或深或淺的溝槽和不平整，所以兩個(gè)法蘭片之間的墊片需要通過(guò)螺栓施加的預(yù)緊力將溝槽填滿，達(dá)到零泄漏。密封比壓力就是外添加的、既不會(huì)把墊片壓潰又恰好能形成密封無(wú)泄漏的預(yù)緊力。在設(shè)備及管道投入運(yùn)行之后，內(nèi)部壓力會(huì)逐步升高，這個(gè)壓力必將會(huì)抵消一部分螺栓的初始預(yù)緊力，企圖將兩個(gè)形成完好密封的法蘭片撐開(kāi)，讓兩個(gè)法蘭彼此遠(yuǎn)離。密封比壓就是墊片的回彈量恰好能補(bǔ)償設(shè)備或管線內(nèi)壓力將兩個(gè)法蘭撐開(kāi)的變形量，法蘭螺栓接頭密封可實(shí)現(xiàn)安全無(wú)泄漏的初始?jí)毫Α７ㄌm螺栓結(jié)構(gòu)出現(xiàn)泄漏就是墊片的回彈量無(wú)法恰好補(bǔ)償內(nèi)壓力將法蘭撐開(kāi)的位移量。只有恰好適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，既要保證墊片合適的回彈量，有要保證墊片不被壓潰，才能保證法蘭螺栓結(jié)構(gòu)形成密封接頭。法蘭螺栓結(jié)構(gòu)需要形成的一個(gè)穩(wěn)定的閉合壓力區(qū)域，人們需要做的就是控制預(yù)緊力在這個(gè)合理的區(qū)域內(nèi)，即最大值和最小值之間。

1.1 法蘭管理

根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備圖紙和壓力容器及壓力管道類別要求，選擇適用于法蘭類別和過(guò)程條件的正確墊片。若有沖突，以國(guó)家規(guī)范和圖紙為準(zhǔn)。對(duì)于液壓試驗(yàn)和一般法蘭構(gòu)成，應(yīng)按照螺柱表安裝所有螺柱并世家相應(yīng)的預(yù)緊力。同時(shí)對(duì)于液壓試驗(yàn)，應(yīng)試驗(yàn)計(jì)劃用于最終組裝的墊片類型，每當(dāng)啟用連接件時(shí)應(yīng)更換各墊片。但是有石墨包覆的墊片例外，其石墨涂層可更換，如KAG、Kam/PEG 和Kam/ORJ 墊片，而非SW 墊片，并且凸面和平面法蘭使用的墊片應(yīng)可自定中心。

1.2 準(zhǔn)備

清潔所有的密封面及相關(guān)的摩擦面，使用適當(dāng)?shù)墓伟寤蜾摻z輪/鋼絲刷清潔墊片表面。如果需要，可用其去除銹跡/腐蝕、舊墊片材料等。將表面擦拭、刮擦干凈后，允許法蘭表面鋸齒中有部分殘余墊片。同時(shí)目測(cè)檢查法蘭，確保法蘭沒(méi)有機(jī)器損傷、徑向刀痕、劃痕、腐蝕產(chǎn)物、點(diǎn)蝕、刮痕等。如有任何損壞需上報(bào)，并進(jìn)行處理。缺陷處理之后發(fā)布施工作業(yè)詳細(xì)說(shuō)明，作業(yè)說(shuō)明概述了法蘭和墊片表面的詳細(xì)測(cè)量值或加工情況，車間或廠內(nèi)加工單位可參照該說(shuō)明來(lái)修復(fù)受損表面。

2 安裝

在安裝之前必須按照相關(guān)程序詳細(xì)檢查，核對(duì)法蘭對(duì)準(zhǔn)情況以及法蘭片之間的間距。同時(shí)涂抹相應(yīng)的潤(rùn)滑劑保證螺栓良好的潤(rùn)滑并清潔螺紋。潤(rùn)滑螺柱兩端以及螺母和軸承表面之間的螺紋，潤(rùn)滑劑必須符合設(shè)計(jì)要求。在良好狀態(tài)下，潤(rùn)滑良好且使用過(guò)的螺柱和螺母可安裝在管道法蘭上。如果用手無(wú)法輕易卸掉兩端上的螺母，則應(yīng)使用絲錐和/或板牙解決問(wèn)題或更換螺柱或螺母?？墒褂娩摻z刷從螺紋上去除松動(dòng)材料，但是該程序不得用于去除磨損或修復(fù)新環(huán)境下的螺母和螺柱間的摩擦，因?yàn)樵摬僮鲗?duì)此目標(biāo)無(wú)效。

2.1 硬化墊圈

如果螺母下的法蘭區(qū)域確有磨損、凹槽，或者螺母沒(méi)有完整內(nèi)嵌墊圈，則在將要緊固的螺母下安裝ASTM F-436 墊圈。在法蘭一側(cè)的螺母下安裝墊圈，以便在扭轉(zhuǎn)期間扭矩扳手會(huì)向下?tīng)恳４_保螺母一側(cè)的整個(gè)墊圈面朝下，突起的字母面朝上。將半數(shù)螺母板狀在法蘭一側(cè)并插入墊片，切勿使用防卡塞覆蓋墊片，才能安裝剩余螺柱。

2.2 緊固公差

通過(guò)手動(dòng)扳手、空氣調(diào)節(jié)裝置（RAD）或氣沖來(lái)緊固螺柱，使其與部件貼合，將部件支撐在適當(dāng)位置。使用法蘭間隙工具或卡尺測(cè)量法蘭周圍的空隙。最終組裝后，直徑小于24"（0.8 m）的RF 和舌槽法蘭以及環(huán)墊接頭（RTJ）法蘭應(yīng)小于平行（翹起）部分的1/32"（0.104 cm），如法蘭外徑上的測(cè)量值。

（1）緊固模式按照星圖，通過(guò)手動(dòng)扳手、RAD 扭矩槍（調(diào)壓沖擊式噴射機(jī)）或氣沖緊固螺柱。使用所需的多次作業(yè)循環(huán)使法蘭保持平行。

（2）切勿超過(guò)最終目標(biāo)螺柱負(fù)載。對(duì)于需要大于等于200 ftlb（270 N·m）扭矩值的帶螺柱法蘭，最后一次作業(yè)循環(huán)期間應(yīng)使用校準(zhǔn)的扭矩扳手，以達(dá)到規(guī)定的扭矩值.將液壓扭矩設(shè)備施加于負(fù)載大于1 000 ft-lb（1350 N·m）的螺柱上。需要注意的是，精確度增加，所以不得使用扭矩增加器。最后一次作業(yè)循環(huán)如果施加的力至少為最終螺柱負(fù)載的80%，則使用扭矩扳手的最后一次作業(yè)循環(huán)采取環(huán)形模式。如果螺母緊固過(guò)度且使用扭矩扳手不動(dòng)進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，則稍微旋送螺母，重新緊固至規(guī)定的扭矩值。

（3）完成GEN-DS-5209 PPV 以扭轉(zhuǎn)法蘭，在適當(dāng)?shù)牟襟E后簽字：①若不使用QA/QC 組或EWO 創(chuàng)建者，則將該數(shù)據(jù)表發(fā)送給QA/QC 組或工單創(chuàng)建者；②只要GEN-DS-5209 PPV 所需信息包含在承包商文件中，用于緊固法蘭的認(rèn)可簽字的供應(yīng)商QA/QC 過(guò)程和文檔，可以由GEN-DS-5209 PPV 代替。

2.2 熱扭矩

管道法蘭上不得使用熱扭矩，除非工單另有規(guī)定。

（1）用于管道的星圖扭轉(zhuǎn)程序。以下扭矩模式將計(jì)劃用于所有管道系統(tǒng)連接件，包括對(duì)容器的連接件，使用過(guò)的墊片除外。為了初次緊固應(yīng)使用圖A-1 中的星圖。只要法蘭均勻收緊，在圍繞法蘭的旋轉(zhuǎn)模式下從一側(cè)向另一側(cè)操作，法蘭周圍的實(shí)際模式或方向均不算問(wèn)題。設(shè)置最終負(fù)載至少為80%后，可將最終模式設(shè)置為循環(huán)模式。在這一操作循環(huán)中應(yīng)去除螺母，否則在使用校準(zhǔn)的扭矩扳手檢查實(shí)現(xiàn)的最終負(fù)載。

（2）記錄并報(bào)告負(fù)載。完全緊固螺母至循環(huán)模式下規(guī)定的扭矩值。對(duì)于緊固至大于等于200 ft-lb 的法蘭，應(yīng)使用校準(zhǔn)的扭矩扳手設(shè)置最終所需負(fù)載，使用液壓扭矩扳手或張緊裝置設(shè)置需要大于等于ASME 管道法蘭扭矩值1 000 ft-lb 的螺母。如果在該操作循環(huán)中去除螺母，則需繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)循環(huán)，直至螺母停止旋轉(zhuǎn)。

3 總結(jié)

石油及化工裝置壓力容器、壓力管道和閥門間采用法蘭形式進(jìn)行聯(lián)接，這些特種設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行在很大程度受到法蘭聯(lián)接的影響。只有采用良好的系統(tǒng)化的法蘭管理技術(shù)，才能保證法蘭螺栓密封無(wú)泄漏，避免造成安全環(huán)保事故。所有的石化技術(shù)人員都應(yīng)該重視法蘭管理，根據(jù)重要性建立不同的法蘭管理數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)石油化工管道法蘭管理中的工程施工管理進(jìn)行剖析，相關(guān)人員雖描述了伊拉克馬季努恩項(xiàng)目的法蘭管理，但并未涉及法蘭焊接組裝和聯(lián)接過(guò)程中的詳細(xì)質(zhì)量控制。法蘭管理就是法蘭螺栓接頭的過(guò)程管理，是指對(duì)法蘭片制造及保管、焊接組裝、緊固件、安裝、檢查清理、標(biāo)識(shí)和文件管理等過(guò)程的總體描述，在法蘭螺栓結(jié)構(gòu)的預(yù)制、安裝施工、調(diào)試運(yùn)行和正式運(yùn)行階段范圍內(nèi)，實(shí)行完整的過(guò)程無(wú)死角的管理，不但要嚴(yán)格細(xì)致檢查材料配件，同時(shí)還有效焊接質(zhì)量，將各類安裝作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，解決能引起法蘭螺栓結(jié)構(gòu)失效的本質(zhì)問(wèn)題，最終達(dá)到法蘭密封的本質(zhì)安全。