藺新瑩

中石化第十建設(shè)有限公司 山東青島 266555

石油化工行業(yè)產(chǎn)能逐步增加的同時(shí)，易燃易爆、有毒有害介質(zhì)管道和設(shè)備的工作壓力及溫度越來越高，對(duì)法蘭螺栓規(guī)格要求也越來越大，螺栓緊固難度增加，傳統(tǒng)的手動(dòng)扳手、人工敲擊緊固螺栓已經(jīng)無法滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝需求。因螺栓緊固不到位，導(dǎo)致泄露甚至火災(zāi)爆炸等事故時(shí)有發(fā)生，為此，必須在施工過程中以科學(xué)的方法進(jìn)行力矩緊固。

螺栓定力矩緊固為鋼制法蘭密封緊固工作提供了一個(gè)新的發(fā)展方向，也是煉化企業(yè)精細(xì)化管理的重要體現(xiàn)。通過對(duì)螺栓定力矩緊固施工的全周期管理，實(shí)現(xiàn)法蘭螺栓標(biāo)準(zhǔn)化管理，是螺栓定力矩緊固的發(fā)展趨勢(shì)。就目前來看，力矩緊固人員投入少、回報(bào)率較高、工作危險(xiǎn)性低、機(jī)具損耗量低，市場(chǎng)前景非常可觀。

1 現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固前準(zhǔn)備

力矩緊固在檢修、新建、改擴(kuò)建裝置都有涉及，不受裝置限制。小螺栓可使用手動(dòng)力矩扳手、中等螺栓可使用液壓扳手、較大螺栓可使用液壓扳手或液壓拉伸器進(jìn)行緊固，力矩緊固覆蓋范圍較廣。其中液壓扭矩扳手一般是指能夠輸出和設(shè)定扭矩的一種螺栓緊固工具，屬于高壓液壓工具，廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域的設(shè)備檢修和安裝。它主要是以電驅(qū)動(dòng)液壓為動(dòng)力來幫助大扭矩的輸出。就是用液壓頂升油頂來驅(qū)動(dòng)扳手的齒輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以緊固和拆卸螺栓為主，液壓扭矩扳手有驅(qū)動(dòng)軸和中空式二種。液壓螺栓拉伸器的施工工作原理是通過拉伸螺栓，使螺母在液壓拉伸器內(nèi)可以旋轉(zhuǎn)擰緊螺母達(dá)到螺栓所需緊固力矩。由于液壓拉伸器不受螺栓潤滑效果和摩擦的影響，所以可以得到更為精確的螺栓載荷，在工業(yè)化施工中對(duì)于高壓和超高壓的設(shè)備和管道具有合理的使用性。

力矩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)、天然氣管道及其他需要力矩值測(cè)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)的螺栓連接處的緊固。

1.1 力矩值的計(jì)算

根據(jù)中國特種設(shè)備檢測(cè)研究院發(fā)布實(shí)施的《法蘭密封結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)規(guī)范》和GB 38343- 2019- T《法蘭接頭安裝技術(shù)規(guī)定》的要求，進(jìn)行力矩值計(jì)算。擰緊螺栓時(shí)的擰緊力矩（M）計(jì)算見式（1）。

式中：M——擰緊力矩，N·m；

K——擰緊力系數(shù)；

P——預(yù)緊力，kN；

D——螺栓公稱螺紋直徑，mm。

其中，P=σo×As

式中：As——螺栓在螺紋的有效橫截面積，mm；

ds——螺紋部分危險(xiǎn)剖面的計(jì)算直徑，mm；

d1——外螺紋小徑，mm；

d2——外螺紋中徑，mm；

H——螺紋牙的公稱工作高度，mm；

σs——螺紋材料的屈服極限，MPa。

系數(shù)K 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（見表1）。

表1 K值參考參考表

例如M10 的螺栓，為8.8 級(jí)，在一般加工表面、無潤滑的情況下，則：

K 取0.2，σs取900MPa，系數(shù)取0.6。

1.2 液壓板手使用準(zhǔn)備

使用液壓設(shè)備時(shí)，應(yīng)穿戴好勞保用品護(hù)目鏡、安全鞋、手套、安全帽和工作裝；確保工作電源接地良好及適當(dāng)電壓；使用前檢查液壓油泵和快速接頭是否完好；泵的操作手柄和扳手操作者不要相距太遠(yuǎn)；在使用中如果必須用手來固定板手，應(yīng)優(yōu)先確保手扶者操作安全；不要通過拖拽液壓油管、旋轉(zhuǎn)接頭、液壓泵的電源線等方式來移動(dòng)扳手和泵，移動(dòng)過程中避免磕碰，保護(hù)設(shè)備安全。任何情況下不要折彎或纏繞高壓油管、不要讓重物砸到或壓到油管上，否則可能會(huì)造成油管內(nèi)部損壞，從而在使用過程中發(fā)生泄漏或爆管，導(dǎo)致油管過早報(bào)廢。高壓接頭在使用過程中發(fā)生卡死現(xiàn)象時(shí)，切務(wù)使用板手、大力鉗等工具拆緊螺紋套，否則會(huì)引起螺紋變形，應(yīng)拆卸接頭后部螺紋連接處。液壓扳手使用完成后，要對(duì)設(shè)備做運(yùn)轉(zhuǎn)記錄，并且應(yīng)每月對(duì)使用的設(shè)備做全面檢查并做月檢記錄。液壓板手使用前檢查見圖1。

圖1 液壓板手使用前檢查

2 現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固流程與驗(yàn)收

圖2 為現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固流程示意圖。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固流程示意圖

2.1 現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固前檢查

為了讓法蘭達(dá)到不泄露的安全使用效果，應(yīng)在法蘭閉合前對(duì)法蘭密封面、墊片安裝質(zhì)量進(jìn)行三方共檢驗(yàn)收，避免二次拆裝。

（1）對(duì)平面法蘭，首先要檢查法蘭面的清潔度和是否有機(jī)械性的損傷、徑向刻痕、嚴(yán)重銹蝕等缺陷，如有銹蝕要噴涂除銹劑之后用砂紙和細(xì)絲銅刷或者清潔布處理，且在清理過程中不得使用鋒利器具對(duì)法蘭密封面及水波紋造成新的損傷。

（2）對(duì)有銹蝕、毛刺的法蘭承載面須進(jìn)行除銹、拋光作業(yè)，拋光后做防銹處理；且承載面須保持平整，在回裝前需對(duì)法蘭進(jìn)行潤滑處理。

（3）高壓凹凸面法蘭在閉合前要用紅丹粉對(duì)墊片和凹凸槽進(jìn)行密封檢查。紅丹粉用油稀釋后均勻涂抹在八角墊或者橢圓墊的表面上平行旋轉(zhuǎn)，然后取出墊片檢查凹凸面與紅單粉的貼合度。如有紅丹粉接觸不到的地方，要對(duì)進(jìn)行研磨處理，或者機(jī)械加工。

（4）在法蘭閉合前對(duì)墊片進(jìn)行檢查，檢查墊片的磅級(jí)和材質(zhì)規(guī)格是否與管線圖紙相符，墊片的密封面是否有機(jī)械損傷、徑向刻劃、嚴(yán)重銹蝕及石墨脫落等缺陷。若有缺陷要及時(shí)清理或者更換。

（5）管線安裝完成后，管線應(yīng)與法蘭平行和同心。兩法蘭的允許偏斜值在使用非金屬墊片時(shí)應(yīng)小于1mm，使用金屬墊片、八角墊片、橢圓墊片時(shí)允許偏斜值不應(yīng)大于0.8mm。法蘭中心高偏差不得超過1.5mm。

（6）檢查螺栓與螺母的材質(zhì)、形式、尺寸是否符合管線圖紙要求；螺母在螺桿上面應(yīng)能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)但不能來回晃動(dòng)，螺紋不能有短缺現(xiàn)象，螺桿不應(yīng)有彎曲；螺栓露頭要統(tǒng)一按要求，不得低于3 絲牙，使用拉伸器緊固的螺栓露頭不得少于螺桿公稱直徑的1.2 倍；兩法蘭螺栓孔需對(duì)中，保證螺栓可自由穿過，孔錯(cuò)最大不得超過3mm。

（7）螺栓緊固前須涂抹潤滑脂，以設(shè)備及管道運(yùn)行溫度250℃為界限（對(duì)溫度不確定的法蘭須與相關(guān)人員確認(rèn)），50℃以下需涂抹潤滑脂，250℃以上須涂抹高溫抗咬合劑；對(duì)已完成緊固的螺栓螺母做好防銹工作，提高螺栓重復(fù)使用率。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固操作

2.2.1 選擇使用工具、檢查液壓施工設(shè)備和施工環(huán)境

根據(jù)法蘭螺栓規(guī)格、螺母大小來選擇所使用的液壓扳手，檢查液壓扳手是否完好、是否符合規(guī)定。檢查液壓油位、施工電源、高壓油管和機(jī)頭，保證能正常施工。查看施工環(huán)境是否安全，相關(guān)作業(yè)人員是否已培訓(xùn)，監(jiān)護(hù)人是否到位。領(lǐng)取與所需螺母配套的套筒扳手或者中空扳手。

2.2.2 螺栓扭力矩設(shè)置

根據(jù)緊固法蘭螺栓數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行力矩計(jì)算，精確計(jì)算螺栓在運(yùn)行中法蘭穩(wěn)定工作所必需的最小螺栓載荷；確定法蘭穩(wěn)定運(yùn)行所需的螺栓預(yù)緊力安全區(qū)間、緊固所需的螺栓力矩，經(jīng)雙方確認(rèn)，設(shè)定施工目標(biāo)力矩值。根據(jù)法蘭螺栓數(shù)據(jù)庫和法蘭螺栓力矩計(jì)算表到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)核，確定最終的數(shù)據(jù)庫資料；制作現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)牌，并在對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行掛牌。

2.2.3 螺栓力矩緊固

由力矩緊固現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)人員對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行編號(hào)。空負(fù)荷試運(yùn)轉(zhuǎn)液壓泵。第一步要對(duì)螺栓扭力矩值的30%來緊固；第二步要對(duì)螺栓扭力矩值的70%來緊固；第三步要對(duì)螺栓扭力矩值的100%緊固；第四步分別從1 號(hào)和2 號(hào)開始順時(shí)針對(duì)螺栓扭力矩值的100%緊固3 圈。堅(jiān)固次序見圖3，現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固操作見圖4。

圖3 螺栓力矩緊固次序

圖4 現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固操作

2.3 現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固驗(yàn)收

2.3.1 螺栓抽驗(yàn)方式

對(duì)安裝螺栓數(shù)量的20%進(jìn)行抽檢，至少抽檢2—4 套螺栓。

（1）第一步：90%裝配扭矩，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)則該螺栓緊固不合格，需重新緊固直至驗(yàn)收合格；

（2）第二步：100%裝配扭矩，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)則判定合格，不轉(zhuǎn)動(dòng)則過度緊固，需重新緊固。

2.3.2 捶擊測(cè)試

螺栓緊固完成后，由質(zhì)檢員對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行全覆蓋式合格測(cè)試。進(jìn)行錘擊測(cè)試，即通過捶擊已經(jīng)緊固的螺栓，從聲音上判斷螺栓是否緊固到位。如果發(fā)出和沉悶的聲音，表明螺栓沒有緊固到位；如果發(fā)出鐺和清脆的聲音，表明螺栓已緊固到位。

為防止密封墊片受力不均勻，螺栓緊固過程及和緊固完成后，應(yīng)用卡尺沿圓周方向檢查兩片法蘭之間的間距尺寸。要求尺寸偏差一般不大于10μm。法蘭檢查完成后掛牌。法蘭檢查次序以順時(shí)針檢測(cè)4 處，檢測(cè)數(shù)值不得大于0.8mm。

為確保相關(guān)螺栓按照要求進(jìn)行定力矩緊固，可聯(lián)合對(duì)施工單位定力矩緊固的法蘭進(jìn)行抽檢，如發(fā)現(xiàn)力矩值不符或出現(xiàn)不均勻的問題，要組織進(jìn)行整改。

螺栓緊固完畢后，應(yīng)與裝置系統(tǒng)一起對(duì)法蘭連接進(jìn)行嚴(yán)密性或耐壓試驗(yàn)。如達(dá)不到要求時(shí)，要分析原因，在確保不超過螺柱屈服極限70%的情況下，適當(dāng)增加最大扭矩值。必要時(shí)需拆除法蘭，重新檢查密封面及墊片。

3 現(xiàn)場(chǎng)力矩緊固效果

3.1 使用效果

通過對(duì)某項(xiàng)目高壓法蘭螺栓定力矩緊固的追蹤檢查，發(fā)現(xiàn)高壓管線進(jìn)行力矩緊固后，管道試壓過程中實(shí)現(xiàn)了零泄露。法蘭螺栓經(jīng)力矩緊固后，在試壓、氣密、熱態(tài)考核和開車時(shí)都未出現(xiàn)泄露或滲漏情況，實(shí)現(xiàn)一次開車成功。對(duì)于一些空間受限的螺栓位置，無法使用人工敲擊方式進(jìn)行緊固，而液壓力矩堅(jiān)固扳手足以勝任，改善了傳統(tǒng)方式“不好緊、緊不住”的情況。

3.2 經(jīng)濟(jì)效果

對(duì)于一些規(guī)格較大、壓力高、扭矩值大的法蘭大大提升了施工效率。經(jīng)力矩緊固后，不再進(jìn)行熱緊、冷緊等工作，高壓法蘭緊固一次到位，緊固效率較熟練人工敲擊提高20%～30%，降低了施工成本和施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度，并且能更準(zhǔn)確保證力矩要求。根據(jù)表2 工效對(duì)比粗略分析，針對(duì)M27 以上螺栓，人工敲擊扳手緊固每套螺栓需要5～6min，液壓力矩扳手（不含液壓拉伸器）緊固每套螺栓需要3～5min。螺栓數(shù)量越多、需力矩緊固的螺栓越集中、規(guī)格越大，液壓扳手工效越明顯。

表2 螺栓緊固人工和機(jī)械施工時(shí)間對(duì)比

4 結(jié)語

通過法蘭螺栓定力矩緊固技術(shù)的實(shí)施，可大幅降低裝置運(yùn)行的泄露率，減少返工消漏次數(shù)及物料損失，降低維修費(fèi)用，使法蘭安裝管理更加標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化、精細(xì)化。同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，保障了石化裝置安全、長、滿、優(yōu)運(yùn)行。法蘭螺栓定力矩緊固技術(shù)，有緊固均勻，密封可靠，操作簡單效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低等突出優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械化作業(yè)帶來的益處越來越顯著，通過不斷實(shí)踐，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取不足，相信不久的將來，定力矩緊固技術(shù)必定在裝置的檢修中全面推廣普及，從而助力石化裝置的安穩(wěn)長運(yùn)行。