特約撰稿人：中設(shè)協(xié)無泄漏無松動螺栓施工技術(shù)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(shù)淺析

特約撰稿人：中設(shè)協(xié)無泄漏無松動螺栓施工技術(shù)中心主任宓正源

石化企業(yè)法蘭泄漏事故頻發(fā)，螺栓預(yù)緊力控制不當(dāng)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(yù)緊力不當(dāng)造成的。

石化企業(yè)的承壓設(shè)備和管道內(nèi)充滿了有毒易燃的各種化工產(chǎn)品。設(shè)備的法蘭一旦發(fā)生泄漏，可能引發(fā)爆炸、火災(zāi)、人員傷亡、環(huán)境污染等嚴(yán)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(yù)緊力不當(dāng)造成的。

為了安裝和檢修的需要，在石化企業(yè)的設(shè)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(guān)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?zhǔn)住?/p>

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(yù)緊力無法控制，僅取決于施工者的力氣和習(xí)慣。

氣動、電動工具緊固時，預(yù)緊力同樣無法控制。

傳統(tǒng)液壓板手緊固時，雖然可以設(shè)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(dǎo)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(yù)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(yù)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(jié)果顯示，預(yù)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(yù)定溫度后轉(zhuǎn)動螺母，冷卻后獲得預(yù)緊力的做法，顯然也無法獲知實際的預(yù)緊力值。

可見，用傳統(tǒng)的方法緊固螺栓，預(yù)緊力大小無法保證。然而，在法蘭和密封墊質(zhì)量過關(guān)的前提下，螺栓預(yù)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(yù)緊力控制，選用正確的螺栓緊固技術(shù)至關(guān)重要。

如何控制螺栓緊固預(yù)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(zhǔn)的螺栓預(yù)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(lǐng)域的引領(lǐng)者，不斷創(chuàng)新技術(shù)，1990年推出的專利技術(shù)——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(shù)之門。該技術(shù)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(shù)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(yù)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(shù)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(yù)緊力有嚴(yán)格要求的設(shè)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(shù)：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(shù)的廣泛應(yīng)用成為可能。

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

2014年，HYTORC公司的Z-Washer“自反作用力墊圈”專利技術(shù)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(shù)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?jǐn)Q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(shè)定的預(yù)緊力。

新的Z-Washer無反作用力臂螺栓緊固技術(shù)同樣可以將螺栓的預(yù)緊力控制在±5%～10%之間，低廉的價格更易被應(yīng)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(yīng)該重視螺栓緊固技術(shù)

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(shù)緊固彈性法蘭螺栓時，應(yīng)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(shè)計要求設(shè)定預(yù)緊力值、由經(jīng)過培訓(xùn)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(yīng)用該技術(shù)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(shè)計要求設(shè)定預(yù)緊力值、由經(jīng)過培訓(xùn)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(shù)已經(jīng)在中國的石油、化工、鋼鐵、風(fēng)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(yīng)用。徹底消除了有關(guān)單位設(shè)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(shè)備管理協(xié)會無泄漏無松動螺栓施工技術(shù)中心將這項無反作用力臂緊固螺栓的新技術(shù)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(guān)領(lǐng)導(dǎo)，能夠高度重視這一世界領(lǐng)先的螺栓緊固技術(shù)，認(rèn)識到這項技術(shù)背后巨大的經(jīng)濟價值和社會效益，齊心協(xié)力推動和應(yīng)用這項新技術(shù)，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(zāi)難性事故。

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