朱 澧

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

關(guān)鍵字：工藝管線；法蘭管理；殼牌標(biāo)準(zhǔn)

在石油天然氣工藝管線系統(tǒng)安裝過程中，法蘭安裝是重要的一環(huán)。而根據(jù)不同的業(yè)主所使用的標(biāo)準(zhǔn)，其中會有些許差別。根據(jù)某中東項(xiàng)目業(yè)主要求，該海上天然氣生產(chǎn)平臺所使用的為殼牌標(biāo)準(zhǔn)。所以，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對法蘭管理要求，本文做了相關(guān)的技術(shù)總結(jié)。

1 法蘭管理技術(shù)

1.1 法蘭管理技術(shù)概述

法蘭管理是指對法蘭片保管、組隊(duì)安裝、螺栓緊固、現(xiàn)場檢查、掛牌和資料編制等活動的總稱。在預(yù)制、安裝施工、試運(yùn)行和運(yùn)行階段范圍內(nèi)實(shí)行全過程管理，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)材料的嚴(yán)格檢查，有效控制焊接誤差，規(guī)范各類安裝操作，解決因法蘭緊固不均而造成的泄漏問題，從而提高安全性能［1］。

1.2 圖紙接收繪制加設(shè)圖

收到詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙后，首先要進(jìn)行法蘭管理加設(shè)圖紙的繪制。將管線中的每一組法蘭按照系統(tǒng)進(jìn)行編號，方便進(jìn)行追蹤、管理、記錄。如圖1所示。

圖1 法蘭管理系統(tǒng)編號示意圖

1.3 搜集并檢查物料

在管線安裝過程中，當(dāng)涉及到法蘭安裝時，首先要按照圖紙進(jìn)行物料的搜集以及安裝前的檢查，包括法蘭、墊片、螺栓等。如圖2所示。

圖2 法蘭系統(tǒng)圖及材料匯總示意

法蘭應(yīng)滿足以下要求：

a）裝配前應(yīng)清除法蘭面上的異物和保護(hù)油脂。

b）清洗后，需要對墊圈和法蘭面進(jìn)行目視檢查。在可能的情況下，應(yīng)清除法蘭表面的腐蝕／點(diǎn)蝕。嚴(yán)重的法蘭表面腐蝕或損壞應(yīng)重新加工。特別要避免徑向溝槽：深度不應(yīng)超過0.3 mm（0.012 in）或長度大于3 mm（0.12 in）。

c）所有螺柱和螺母在裝配接頭前應(yīng)徹底清潔。螺紋應(yīng)保持清潔和良好狀態(tài)。螺栓和螺紋螺柱可以重復(fù)使用，但前提是螺柱螺紋和螺母仍能正常工作，且螺紋沒有明顯損壞。

d）在允許的情況下，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)臐櫥瑒?。潤滑油的?yīng)用將對扭矩產(chǎn)生重大影響。潤滑性能從一種潤滑劑到另一種潤滑劑各不相同，在施加扭矩時應(yīng)加以考慮。由于環(huán)境原因，不允許使用含有二硫化鉬的潤滑劑，因?yàn)槭褂枚蚧f會導(dǎo)致螺栓材料中的硫化物應(yīng)力腐蝕。

1.4 法蘭預(yù)安裝

在法蘭預(yù)安裝過程中，需要保證各個螺栓螺母是不受力的。兩個螺栓應(yīng)在一條直徑線上的相對位置，將一個螺栓置于已安裝好的螺栓的中間位置，然后安裝螺母。應(yīng)使用手動扳手緊密性一致地上緊各螺栓，防止自由活動，以確保測量到實(shí)際偏差。除非另外規(guī)定，螺栓孔應(yīng)跨在自然中心線上。

然后檢查法蘭的平行度，確認(rèn)其在規(guī)定的公差內(nèi)。為避免管線應(yīng)力，平行和水平對準(zhǔn)對于法蘭接頭十分重要。

安裝墊圈，放入法蘭中間，使墊圈固定到位。沿法蘭的外直徑用直尺比對也可對水平對準(zhǔn)進(jìn)行檢查。應(yīng)通過測量法蘭之間距離檢查法蘭面對準(zhǔn)［2］。

法蘭預(yù)安裝結(jié)束后，需要現(xiàn)場檢驗(yàn)人員對安裝狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，將編號、安裝日期等信息進(jìn)行記錄，并懸掛 “組對安裝”標(biāo)識牌。標(biāo)識牌中同樣需要記錄安裝時間、法蘭編號、工作包號信息。如圖3所示。

圖3 標(biāo)識牌示意

1.5 法蘭緊固

法蘭緊固分為扭矩扳手緊固和液壓螺栓拉伸器進(jìn)行拉伸緊固。

1.5.1 扭矩扳手緊固

法蘭應(yīng)平齊，以防止過量壓縮墊片。一旦達(dá)到100%扭矩值，則應(yīng)按照順時針環(huán)形順序檢查所有螺栓確保所有螺栓達(dá)到最終的扭矩值。如果使用了螺栓載荷保證系統(tǒng)，最終的緊固或檢查需要測量螺栓載荷。

為達(dá)到螺栓載荷均勻分布，節(jié)點(diǎn)應(yīng)按以下3步緊固：按照扭矩值的30%，60%，100%進(jìn)行。在緊固的每個階段，螺栓應(yīng)該按下面的順序緊固。沿法蘭周邊按順時針方向?qū)β菟ň幪?，各種螺栓數(shù)量的法蘭其緊固順序如圖4［4］。

圖4 螺栓數(shù)量與緊固順序

以12孔法蘭為例，其操作順序如圖5。

圖5 12孔法蘭螺栓的緊固順序

1）以2顆螺栓在直徑上相反的順序進(jìn)行 （十字線1頭的2顆螺栓），然后在90°方向緊固另一對螺栓 （另一條十字線上2顆螺栓），依次類推 （如圖中，首先1-7-4-10，其次2-8-5-11，最后3-9-6-12）達(dá)到30%的扭矩值。

2）按以上順序擰緊到60%扭矩值 （如圖5，首先1-7-4-10，其次2-8-5-11，最后3-9-6-12）。

3）重復(fù)步驟2、3到100%扭矩值 （如圖5，首先1-7-4-10，其次2-8-5-11，最后3-9-6-12）。

1.5.2 使用螺栓拉伸器緊固

螺栓拉伸器是借助液力升壓泵 （超高壓液壓泵）提供的液壓源，根據(jù)材料的抗拉強(qiáng)度、屈服系數(shù)和伸長率決定拉伸力，利用超高壓油泵產(chǎn)生的伸張力，使被施加力的螺栓在其彈性變形區(qū)內(nèi)被拉長，螺栓直徑輕微變形，從而使螺母易于松動后上緊。

根據(jù)法蘭螺母數(shù)量不同，拉伸器可以同將25%、33%、50%和100%的螺栓同時拉伸。根據(jù)法蘭螺栓數(shù)量，其一次最小拉伸數(shù)量表1所示。

表1 螺栓數(shù)與最少拉伸數(shù)量間的關(guān)系

液壓螺栓拉伸器通過使用液壓缸和螺紋拉頭來施加一個已知載荷到夾持器上直接拉伸螺栓。拉伸的同時，使用撥桿扣緊螺母，直到緊扣節(jié)點(diǎn)表面。立即釋放液壓，保持拉伸在螺栓夾持狀態(tài)，避免螺栓恢復(fù)長度。安全有效的操作液壓拉伸器，螺栓露出螺母的長度至少應(yīng)為螺栓直徑的一倍，滿足設(shè)備輕配合的要求。如圖6。

圖6 螺母擰緊程度示意圖

拉伸器的安裝步驟如圖7。如果因空間問題無法安裝拉伸器在法蘭同一側(cè)，可交替安裝到另一側(cè)。

圖7 拉伸器安裝示意圖

1.5.3 螺栓拉伸流程

在如表2中液壓壓力A和B，需要根據(jù)不同的螺栓直徑來確認(rèn)使用。

表2 液壓壓力和螺栓直徑

1）螺栓100%拉伸流程

a）同時在所有法蘭螺栓上安裝液壓工具。b）施加壓力 “B”并用撥桿擰緊螺母，釋放壓力。c）重復(fù)b）步驟，拉伸完成。

2）螺栓50%拉伸流程

a）在第一組的交替的法蘭螺栓上設(shè)置液壓工具，圍繞法蘭等間隔布置。b）施加壓力 “A”，并用撥桿擰緊螺母。釋放壓力，重復(fù)此步驟。c）將液壓工具轉(zhuǎn)移到第二組交替的法蘭螺栓。d）施加壓力 “B”，并用撥桿擰緊螺母。釋放壓力，重復(fù)此步驟。e）將使用的液壓工具轉(zhuǎn)回前半部分的法蘭螺栓進(jìn)行 “掙脫”檢查。施加壓力并緩慢增加同時將撥桿放入插孔中，并在松動方向施加壓力。此刻螺母變得松動，停止加壓并且記錄數(shù)據(jù)。這時的壓力稱作 “掙脫壓力”。如果壓力大于壓力B則擰緊完成，如果壓力小于壓力B則重新緊固。

3）螺栓33%或者25%拉伸流程。a）在第一組螺栓上設(shè)置液壓工具，圍繞法蘭平均分布。b）施加壓力 “A”，并用螺桿擰緊螺母。釋放壓力。c）重復(fù)步驟b）。d）在法蘭周圍的每個連續(xù)的螺栓組上重復(fù)步驟a），b）和c），直到全部螺栓擰緊，每組使用壓力 “A”。e）將液壓工具轉(zhuǎn)回第一組螺栓進(jìn)行 “掙脫”檢查。如果 “掙脫程序”壓力等于或者大于壓力 “B”，則拉伸程序完成。如果壓力小于壓力 “B”，則重新緊固。f）繼續(xù)將液壓工具轉(zhuǎn)移到法蘭周圍的每個連續(xù)的螺栓組中，依次對每組重復(fù)進(jìn)行掙脫檢查。g）總而言之，液壓工具必須連續(xù)傳遞到每個連續(xù)的螺栓組，依次擰緊至壓力“A”，直至 “掙脫”壓力等于或大于等于或等于壓力 “B”。壓力 “A”不應(yīng)同時施加在所有螺栓上，因?yàn)檫@可能會導(dǎo)致法蘭的過度應(yīng)力。

1.5.4 螺栓緊固檢驗(yàn)

螺栓緊固結(jié)束后，需要現(xiàn)場檢驗(yàn)人員對緊固狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，將編號、緊固日期等信息進(jìn)行記錄，并懸掛 “已緊固”標(biāo)識牌。標(biāo)識牌中同樣需要記錄緊固日期、法蘭編號、工作包號信息，如圖8。

圖8 已緊固標(biāo)識牌示意圖

1.6 法蘭緊固的方法選擇及殼牌標(biāo)準(zhǔn)要求

1.6.1 扭矩扳手及液壓扭矩扳手的使用工況

方法的選擇取決于螺栓的載荷，操作空間，間隙和工具可用性，這些由場地人員決定。當(dāng)螺栓載荷需要一個大于500 1bf.ft（678 Nm）時，建議使用液壓扭矩扳手進(jìn)行液壓扭矩。

符合如下情況使用扭矩扳手：

1）所有螺栓尺寸直徑小于2寸，法蘭等級小于等于900LB的系統(tǒng)，法蘭等級是150LB的系統(tǒng)除外。

2）螺栓尺寸直徑小于1寸，法蘭等級在1500LB及以上的所有系統(tǒng)。

3）螺栓直徑超過1和2，并且液壓螺栓拉伸器不能用的情況下。

1.6.2 液壓螺栓拉伸器的使用工況

符合如下情況使用液氬螺栓拉伸器：

1）法蘭等級大于或者等于900LB，螺栓直徑等于或者大于2英寸的所有系統(tǒng)。

2）法蘭等級大于或者等于1500LB，螺栓直徑等于或者大于1.5英寸的所有系統(tǒng)。

3）應(yīng)用于關(guān)鍵位置且螺栓尺寸大于1英寸的。關(guān)鍵應(yīng)用是考慮到接頭暴露在周期應(yīng)力中，例如管線系統(tǒng)壓力或者溫度的頻繁改變的位置。

1.7 法蘭嚴(yán)密性試驗(yàn) （報(bào)驗(yàn)、報(bào)告、掛牌）

當(dāng)工作包內(nèi)所有法蘭都緊固完成，查線無問題后，就可以進(jìn)入工藝管線的強(qiáng)度及嚴(yán)密性試驗(yàn)，即水壓和氣密試驗(yàn)。

如果試驗(yàn)完成后，試驗(yàn)通過，法蘭位置無泄漏狀況。則現(xiàn)場檢驗(yàn)人員記錄，并在試驗(yàn)報(bào)告上簽字。并在法蘭算上懸掛 “試驗(yàn)已完成”標(biāo)識牌。標(biāo)識牌中需要記錄試驗(yàn)日期、法蘭編號、工作包號信息。如圖 9［3］。

圖9 試驗(yàn)已完成標(biāo)識牌

2 結(jié)語

作為工藝管線安裝非常重要的一環(huán)，法蘭管理與管線安裝是否泄漏有著直接關(guān)系。本文介紹了在殼牌標(biāo)準(zhǔn)要求下的法蘭管理技術(shù)。簡單描述了從接受圖紙、物料搜集、法蘭預(yù)安裝、螺栓緊固直到嚴(yán)密性試驗(yàn)的各個流程。為將來從事殼牌標(biāo)準(zhǔn)下的法蘭管理工作提供參考和借鑒。