液壓扳手優(yōu)化緊固螺栓技術(shù)在裝置檢修中的應(yīng)用

宋海洋

（錦州石化監(jiān)理公司，遼寧錦州 121001）

0 引言

錦州石化公司2013 年5～6 月對(duì)100 萬噸/年重油催化裝置進(jìn)行了停產(chǎn)檢修，停產(chǎn)時(shí)該裝置已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行1000 多天。該裝置的反應(yīng)、分餾及熱工系統(tǒng)的多處高溫高壓的法蘭連接部位出現(xiàn)了泄漏，給生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行造成了嚴(yán)重影響，通過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)多數(shù)泄漏與連接螺栓松動(dòng)或緊固力不均有關(guān)。在本次停產(chǎn)檢修中對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行螺栓液壓扳手緊固優(yōu)化，取得了良好效果，實(shí)現(xiàn)了一次開車成功，以及緊固后的靜密封點(diǎn)零泄漏目標(biāo)。

1 裝置泄漏的原因探究和解決方法

1.1 裝置靜密封點(diǎn)泄漏的原因分析

（1）裝置的操作條件。溫度變化、壓力波動(dòng)、設(shè)備的切換和工藝條件的變化。

（2）法蘭的因素。法蘭變形、法蘭上螺母的接觸面凹陷不平整、法蘭面與緊固螺栓軸線不垂直。

（3）密封面因素。介質(zhì)對(duì)密封面腐蝕、密封面因高溫高壓介質(zhì)泄漏吹掃損壞、密封墊片安裝不正確、密封墊片質(zhì)量缺陷。

（4）螺栓緊固因素。螺栓過度緊固導(dǎo)致的塑性變形、螺牙變形、螺牙咬死、螺母變形、螺栓螺母銹蝕、螺栓載荷不均勻、不精確。

引起泄漏的原因很多，但經(jīng)過英國UKOOA（海上操作者協(xié)會(huì)）科學(xué)分析得出，81%的泄漏是由于螺栓的緊固力不精確引起的。

1.2 裝置靜密封點(diǎn)泄漏問題解決的措施

不同原因引起的泄漏問題都可以通過正確的法蘭螺栓的裝配和施工措施得到解決。首先對(duì)安裝前法蘭、螺栓和密封墊片的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，必要時(shí)可以通過設(shè)備進(jìn)行測量，確定密封面、螺栓和密封墊片符合質(zhì)量要求，其次對(duì)法蘭的安裝質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，避免法蘭面與緊固螺栓軸線不垂直。最后也是最重要的是對(duì)螺栓緊固的方案進(jìn)行優(yōu)化，通過精確的控制螺栓的預(yù)緊力能有效減少裝置運(yùn)行時(shí)的泄漏，還能克服裝置變動(dòng)操作時(shí)溫度、壓力波動(dòng)對(duì)螺栓、法蘭面的沖擊，確保裝置運(yùn)行安全。

1.3 螺栓緊固優(yōu)化的優(yōu)勢

1.3.1 與傳統(tǒng)人力緊固方法對(duì)比的優(yōu)勢

傳統(tǒng)人力的螺栓緊固方法是大錘敲擊、人力扳杠、風(fēng)動(dòng)工具等，完全由人的感覺來判斷螺栓緊固程度，根本沒有螺栓的預(yù)緊力和精度可言。因此各個(gè)螺栓所有的預(yù)緊力不均勻，導(dǎo)致法蘭的結(jié)合面載荷不均勻，密封性能大大下降，甚至有的螺栓過度緊固，導(dǎo)致塑性變形斷裂，造成法蘭和螺栓的接觸面損傷（圖1）。傳統(tǒng)人力緊固過程中使用大錘敲擊和風(fēng)動(dòng)扳手沖擊，沖擊力和過載力可能導(dǎo)致螺桿和螺牙的損傷，螺栓的整體性能下降。螺栓液壓扳手緊固，可以避免傳統(tǒng)緊固的方法引起的弊端，實(shí)現(xiàn)螺栓精確預(yù)緊，避免密封墊片的損傷，防止法蘭發(fā)生泄漏。

圖1 螺栓過度緊固斷裂、法蘭損傷

1.3.2 可以精確控制螺栓預(yù)緊力

公司2010 年開始在裝置檢修中推廣使用液壓扳手，先后在三催化裝置、二套常減壓、一套加氫裝置檢修和汽油催化脫硫裝置建設(shè)施工中使用液壓扳手緊固，有效減少了靜密封點(diǎn)泄漏，取得了良好效果。在這次二催化裝置檢修中重點(diǎn)推廣使用液壓扳手。液壓扳手能提供的扭矩巨大且十分準(zhǔn)確，扭矩重復(fù)精度達(dá)到±10%左右，可以控制螺栓緊固的力矩達(dá)到預(yù)設(shè)的緊固力矩。

1.3.3 可以實(shí)現(xiàn)同步緊固技術(shù)

在緊固法蘭的過程中，法蘭的平行閉合十分重要，直接影響緊固后法蘭的密封效果。使用多臺(tái)液壓扳手可以實(shí)現(xiàn)同步緊固（圖2），即一臺(tái)液壓泵站同時(shí)連接2 臺(tái)、4 臺(tái)或更多同型號(hào)的液壓扳手，均勻分布在同一法蘭上，同時(shí)對(duì)法蘭進(jìn)行緊固，由于液壓泵站連接的多力值緊固法蘭，使法蘭的連接螺栓的載荷相同，法蘭實(shí)現(xiàn)平行閉合，法蘭不變形、密封墊片不損傷，最終實(shí)現(xiàn)均勻密封，消除介質(zhì)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 同步緊固技術(shù)示意

1.3.4 減輕施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高施工效率

以往施工中，為減少泄漏不得不使用大錘敲擊、人力扳杠、風(fēng)動(dòng)工具，特別是在緊固螺栓直徑大于M33 時(shí)，即使工人付出了極大勞動(dòng)，也無法達(dá)到良好效果，法蘭泄漏問題不能得到解決。本次使用液壓扳手對(duì)重點(diǎn)高溫高壓的靜密封點(diǎn)緊固，大大降低施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，通過對(duì)比也節(jié)省了緊固時(shí)間，提高了施工效率。油漿蒸發(fā)器BES1100-6.4-260-6/32-4Ⅰ時(shí)間對(duì)照見表1。

2 螺栓液壓扳手緊固優(yōu)化方案和步驟

2.1 螺栓緊固扭矩的計(jì)算

螺栓聯(lián)接的法蘭處通過均勻的張緊力分布，防止介質(zhì)泄漏，作用在螺母上的扭矩力必須克服接觸表面的摩擦力，并使螺栓的張緊力大于預(yù)定的載荷力，而且小于螺栓材料的屈服極限，通常不得大于80%。螺栓的扭矩?cái)?shù)值T 計(jì)算公式如下。

式中 F——螺栓上的張緊力，通常為屈服極限50%

P——螺栓的導(dǎo)程

R——螺栓中心到螺紋接觸點(diǎn)平均半徑

d——螺紋角，通常為30°

s——螺母的平均半徑

f——摩擦系數(shù)

在化工裝置檢修中主要使用的螺栓等級(jí)為8.8，根據(jù)式（1）得到各種規(guī)格螺栓的扭矩值見表2，在本次檢修施工使用表2 中數(shù)值對(duì)螺栓緊固。

2.2 緊固工具的選擇

根據(jù)計(jì)算得到的螺栓緊固力矩選擇合適的液壓扳手，一般選擇所需緊固力矩T 值處于液壓扳手的負(fù)載能力30%～80%，這樣通過液壓扳手輸出的扭矩值最精確；根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)空間，選擇驅(qū)動(dòng)棒或凱特克AVANTI-3 液壓扳手；根據(jù)操作遠(yuǎn)近，選擇不同長度的油管，通常選取短的液壓油管，減少液壓油管路的壓力損耗。如果現(xiàn)場有可燃?xì)怏w或液體，可以選擇具有防爆功能的氣動(dòng)液壓泵站和液壓扳手及套筒。

2.3 方案的實(shí)施步驟

在裝置停產(chǎn)前，二催化裝置的設(shè)備和工藝人員，根據(jù)生產(chǎn)流程對(duì)靜密封點(diǎn)進(jìn)行排查，共排查高溫高壓易泄漏法蘭密封點(diǎn)807 處。施工前施工單位安排專業(yè)的施工人員統(tǒng)計(jì)和分析，合理安排施工人員和機(jī)具，制定施工方案。

在裝置停產(chǎn)檢修施工中，對(duì)所有易泄漏法蘭密封點(diǎn)螺栓進(jìn)行拆除，由維修人員將結(jié)合面清理干凈，專業(yè)質(zhì)檢人員檢查密封面情況，檢查清理完成后更換密封墊圈，維修人員負(fù)責(zé)將密封面合攏，開始安裝螺栓。檢修施工中拆除的舊螺栓安排專人挑選并潤滑，淘汰缺陷螺栓，對(duì)于一組超過50%存在缺陷的螺栓，需要統(tǒng)一更換新螺栓。螺栓的緊固順序和扭矩?cái)?shù)值分4 個(gè)階段：第一階段對(duì)角線緊固，扭矩?cái)?shù)值應(yīng)該被設(shè)定在最終數(shù)值的30%內(nèi)；第二階段對(duì)角線緊固，扭矩?cái)?shù)值應(yīng)該被設(shè)定在最終數(shù)值的60%內(nèi)；第三階段對(duì)角線緊固，扭矩?cái)?shù)值應(yīng)該被設(shè)定成最終數(shù)值的100%；第四階段相鄰螺栓順時(shí)針的緊固，扭矩設(shè)定在100%，螺母旋轉(zhuǎn)到鎖緊狀態(tài)。

表1 油漿蒸發(fā)器BES1100-6.4-260-6/32-4Ⅰ時(shí)間對(duì)照

表2 ISO8.8 等級(jí)螺栓50%屈服強(qiáng)度扭矩計(jì)算值

3 結(jié)語

在這次裝置檢修及搶修過程中，對(duì)螺栓緊固及拆卸力矩在很多情況下要求比較嚴(yán)格，人工方法難以達(dá)到要求。通過液壓扳手緊固螺栓，大大降低了檢修工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了施工效率，降低了法蘭密封點(diǎn)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了裝置成功一次開車和平穩(wěn)運(yùn)行，以及緊固后的靜密封點(diǎn)零泄漏目標(biāo)，該技術(shù)具有良好的推廣應(yīng)用前景。