定力矩扳手在石油化工装置应用的必要性

定力矩扳手在石油化工装置应用的必要性

李新德

大庆石化建设公司黑龙江大庆163714

摘要：螺栓法兰连接是一种非常广泛的可拆卸连接，法兰密封泄露是常见的失效形式之一，导致法兰密封泄露的主要原因是密封垫片受力不均匀和不当的螺栓预紧力。本文从法兰密封面和螺栓紧固两方面叙述了定力矩扳手在石化装置应用的必要性。

关键词：定力矩扳手；密封面；螺栓；石化装置；应用必要性

近几年来石油化工行业事故频发，因泄漏产生事故比率较大，目前对焊道质量要求越来越高，焊口质量已得到基本保证，事实证明绝大部分的炼油化工泄漏为法兰泄露，解决法兰泄漏已经成为目前刻不容缓的课题。对法兰连接定力矩紧固的研究和广泛实施是十分必要的。

1定力距扳手在石油化工装置中应用的现状

近年来，化建公司大力发展螺栓定扭矩紧固业务，拥有专业化技术装备，拥有专业化技术研发和施工队伍。2015年初，率先在中石油系统建立了“定力矩实验室”，可模拟螺栓尺寸M27～M64，工况压力1.0MPa～10.0MPa，可实现多个项目的技术标准化实验。如今，化建公司有效运行螺栓定扭矩紧固管理体系和质量保证体系，技术标准化工作取得了阶段性的成果。

公司自2014年以来，先后完成了宁夏石化、四川石化、辽河石化、吉林石化、哈尔滨石化、大庆炼化及大庆石化炼油、化工及化肥装置的换热器、反应器及其它静设备的法兰螺栓定扭矩紧固任务。截止目前，已完成螺栓定扭矩紧固法兰836+979=1815对，螺栓26225+23702=49927条，通过装置开车前的气密及装置开车运行的检验实现密封面“零泄漏”，该项技术得到了内外部市场业主的高度认可和好评，提高了化建公司专业化检修的实力和竞争力，同时创造了可观的经济效益。

定力矩扳手，可以使螺栓预紧力为一个定值并均匀对称地作用于垫片上，从而获得均衡有效的螺栓张紧力，完成法兰的正确安装。而且定力矩扳手为最先进的螺栓紧固工具，它使得螺栓紧固操作不仅变得简单，效率更高，而且安全可靠，精度更高，大大减轻了工人的劳动强度，能更有效地降低法兰密封泄漏的风险。随着检维修施工作业科学化、规范化的进程，定力矩扳手的应用势在必行。

2法兰密封面及表面粗糙度

法兰密封面有平面、台面、凹凸面、榫槽面和梯形槽面五种形式。密封面形式和表面粗糙度对密封效果影响极大。平面法兰密封面大，螺栓预紧力难以达到足够大，当压力较高时垫片容易被吹掉而产生泄漏，密封面表面粗糙度在Ra6.3—12.5m之间，多在压力不高的情况下使用；台面法兰又称光滑面法兰，多用于中低压、无毒、不易燃、不易爆介质的管道；凹凸面法兰多用于易燃、易爆有毒介质管道；对于剧毒介质采用榫槽面；高压管道通常采用梯形槽密封面。一般来讲，压力越高，介质易燃、易爆程度越大，法兰密封面的粗糙度就越小。法兰紧固后，业主方进行设备试压，设备试压如有泄露，调整扭矩值重新紧固，设备试压成功，填写设备紧固确认卡，业主方与施工方共同签字确认，设备紧固确认卡1式3份，由业主方与施工方分别保管，作为施工过程记录及结算凭证。

3螺栓的紧固

精确的预紧力控制紧固方法保证安装完成后获得的螺栓预紧力达到理想状态的螺栓预紧力。法兰连接主要由螺栓、法兰和垫片组成。螺栓作用是提供预紧力实现初始密封，并承担内压产生的轴向力。拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使联接严密不漏。在法兰、垫片、螺栓、螺母的装配过程中，螺栓的压紧力不可能全部转化为垫片的应力。影响螺栓预紧力因素很多，例如，紧螺栓的工具和方法、操作人员及控制的精度、螺栓与垫片的蠕动而变松驰、温度变化等。螺栓紧固后，各个螺栓预紧力相差很大，为了保持螺栓的预紧力分布均匀和安全可靠，紧固件的选用应按管道的工艺条件确定，遵循以下原则：①商品级六角螺栓螺母使用条件：公称压力PⅣ≤1.6MPa；非剧烈循环场合；配用非金属垫片；介质为非易燃、易爆及毒性危害程度较大的场合。②商品级双头螺栓的使用条件：PⅣ≤4.0MPa；配用非金属垫片；非剧烈循环场合。③除上述外，则应选用专用级螺栓螺母，配用缠绕垫、金属包覆垫、齿形组合垫、金属环垫等半金属或金属垫片，且使用35CrMoA、25CrMoVA等材料制造的高强度螺栓。高温、剧烈循环场合或PⅣ≥16MPa的高压条件应选用全螺纹螺柱，且使用35CrMoA、25CrMoVA、0Crl8Ni9、0Crl7Nil2Mo2等材料制造。在石油化工生产过程中，大多数压力管道的运行温度不同于安装时的温度，为了保持法兰连接螺栓的预紧力，高温或低温管道的法兰连接螺栓在试运行时，应按下列规定进行热紧或冷紧：冷紧应在卸压后进行，热紧应在保持工作温度2h后进行。在高温或低温工艺条件下间断生产的压力管道，每一次开工生产都应进行热紧或冷紧，否则就可能产生泄漏，甚至火灾、爆炸或中毒事故。

4定力矩紧固的要求

4.1设备要求。紧固设备一定要保证其功能完好并定期返回厂家进行检验及标定；设备正确组接后必须进行空载试运行，保证每个扳手都能正常输出扭矩；扳手正常运行中检查扳手油管快速接头及各部件之间是否漏油，否则需及时停止施工及时更换；调整主机压力时，只能遵循从小到大缓慢调压，如压力调过，必须返回给定压力50%以下重新向上调整，保证设置扭矩准确。

4.2人员的要求。定力距紧固相关人员必须经过力矩扳手厂家定期培训，并由本单位考核通过后上岗；每个定力距小组均由1名操作手（主要负责人、组长）、4名辅助手、1名监护人员共6人组成。操作手负责设备组装、调压、预紧操作及现场指挥、组员管理，4名辅助手负责使扳手靠牢、移动扳手等、1名监护人员负责解决突发事件及现场沟通等相关事宜；操作手与辅助手在设备紧固过程中有固定指令，在确认每个扳手动作之后再进行下一组螺栓紧固，同时操作手应根据回油压力及经验调整紧固节奏使同步紧固螺栓受力均匀；辅助手在紧固过程中切忌扭转液压密封部位，紧固过程中使扳手套筒紧贴法兰，保持扳手套筒与螺栓同轴。

5结语

定力矩扳手，可以使螺栓预紧力为一个定值并均匀对称地作用于垫片上，从而获得均衡有效的螺栓张紧力，完成法兰的正确安装。而且定力矩扳手为最先进的螺栓紧固工具，它使得螺栓紧固操作不仅变得简单，效率更高，而且安全可靠，精度更高，大大减轻了工人的劳动强度，能更有效地降低法兰密封泄漏的风险。随着检维修施工作业科学化、规范化的进程，定力矩扳手的应用势在必行。

参考文献

［1］徐磊.关于高压法兰紧固方法的研究［J］.中国石油和化工标准与质量，2013（7）：72.

［2］李敏，杜鹃，沈宜辉.螺栓法兰接头紧固密封的研究展望［J］化工机械，2011（5）：513-516.

［3］潘从锦，邓乃文，杨博，等.高温高压法兰螺栓预紧技术的选用［J］设备管理与维修，2014（8）：36-37.