法兰连接螺栓的定力矩紧固在石化装置中的应用

曲云芹

（大庆石化公司建设公司，黑龙江大庆163714）

法兰连接螺栓的定力矩紧固在石化装置中的应用

曲云芹

（大庆石化公司建设公司，黑龙江大庆163714）

我国90%炼油化工装置的泄漏为法兰密封面泄漏，解决法兰连接的螺栓紧固问题是解决泄漏的唯一途径。该文阐述了法兰定力矩紧固的使用方法、适用范围、条件分析、设备及施工技术流程。证明了法兰螺栓定力矩紧固具有施工简单、工期短、节省人力、劳动强度低、效果好、检修部位使用寿命长等优点。

石化装置；泄漏；定力矩紧固；经济效益

法兰连接是石油化工装置中最常用的连接方法。影响法兰密封泄漏的因素是密封面质量、垫片性能、法兰刚度、操作条件、螺栓预紧力等。英国UK00A（海上操作者协会）对100对失效的法兰进行调查，得出结论，其中81%的泄漏是由于不正确的螺栓载荷力造成的［1］。其原因是螺栓紧固不均匀，完全依靠人力，或用加长套管或用锤击，由于操作者个体间存在力量大小的差异，无法保证相同的预紧力。另一方面是不能准确确定螺栓的预紧力。预紧力的确定依靠听声音、凭经验感觉，为防止泄漏预紧力往往偏大，部分螺栓已经超过屈服极限，导致再次拆卸困难，缩短螺栓使用寿命甚至报废。

1 定力矩紧固的适用范围

该紧固方法适用于原手工扳手紧固或者风动类紧固设备紧固的各类石油、化工装置的塔器、容器类、反应器、换热器、机泵、阀门、压缩机及钢结构联接等设备的力矩要求严格或者密封面容易泄漏的设备的连结处紧固；发电厂的蒸汽机、天然气管道以及其他需要力矩值测算、力矩要求严格的机械设备施工紧固；工民建需要的密封面紧固和架设机构的螺栓连接处紧固［2］。

2 应用条件分析

设备、阀门的常见故障是螺栓连接失效引起的泄漏，因此，螺栓紧固就成为确保生产装置平稳运行的前提。过去扳手、大锤等传统工具操作时，如果预紧力过大，螺栓、垫片会被压死而失去弹性，影响螺栓使用寿命；用力过小，又会使受压后垫片表面的剩余预紧力达不到工作密封比压，导致连接系统泄漏。定扭矩紧固是使用液压扳手等专用工具通过控制力矩的方式，使密封面上的螺栓受力均匀。

2.1 操作人员配置

某企业的定力矩紧固专业团队于2015年初组建。选拔35岁以下，业务精，责任心强的优秀员工60余人，由技术部统一组织，对施工作业人员进行实践培训及理论考核，成为了施工作业标准化、规范化、高质高效施工服务的优秀团队。

2.2 设备资源

2015年大检修是某企业检修范围最广、参检装置最多、覆盖面最大的1次停工大修。要对装置1 837对法兰、4.89万条螺栓进行定力矩紧固。根据施工所需，全部采用最先进的定扭矩仪器，对现有力矩扳手数量、参数进行重新评估，新采购2台厢体货车、11套液压设备、43把液压扳手等，使定扭矩紧固专业设备，增加到58台/套，并编制了螺栓定扭矩紧固指导书、螺栓紧固检查确认表和螺栓定扭矩紧固方案，让每个操作者全面掌握螺栓定扭矩紧固程序和力矩扳手的使用方法，使每名施工员懂得紧固力矩的计算过程并成立定扭矩专业组15组，确保装置开车1次成功。

根据现场工况选择扳手类型，以方驱扳手为主，方驱扳手可配不同对边尺寸的套筒使用，而中空扳手需要更换工作头来实现不同螺栓紧固的转换，效率相对较低，不过遇到螺栓伸长太多或是空间狭小的作业环境，则使用中空扳手。设定需要的扭矩，根据选定的扳手型号，参考液压扭力扳手扭力/压力对照表，根据需要设定的扭矩查出对应的液压泵设定压力。

该施工方法适于螺栓不同规格、不同材质、不同数量的螺栓紧固。以乙烯装置EH-3456ABCD 4台（56套螺栓）大型换热器为例，说明密封面螺栓紧固流程［3～6］。

（1）法兰螺栓紧固应按照“多步紧固”和“顺序紧固”的原则进行。

（2）根据现场的设备情况，把螺栓从12点的方位按顺时针方向用记号笔编号，在作业指导书中编制好紧固顺序。EH-3456ABC编号1~14为1组，共4组，螺栓规格为M36。

（3）螺栓的紧固分3遍进行，每遍的起点应相互开120°。

（4）第1遍紧固先用50%的扭力值（取整数值），采用十字交叉法紧固螺栓并保证密封面平行，尽量缩小螺栓在紧固过程中由于法兰变形的影响。

（5）第2遍紧固用100%的扭力值加力紧固螺栓，紧固同时注意测量法兰的间隙是否均匀，保证每个螺栓紧固力量一致。

（6）第3遍紧固再用100%的扭力值按第1遍紧固顺序均匀紧固螺栓。

（7）从1#螺栓按顺时针方向，采用2同步和4同步对边紧固的原则，说明螺栓的紧固顺序。单紧按2同步的顺序进行。

（8）56套螺栓分别采用2同步和4同步紧固顺序号数值：2同步螺栓紧固步骤及顺序见表1；4同步螺栓紧固步骤及顺序见表2。

表12 同步螺栓紧固步骤及顺序

（9）拧紧螺栓时的拧紧力矩值计算：

式中Q0—预紧力，N；Kt—拧紧力系数；d—螺栓的公称直径，mm；M—拧紧力矩，N·m。

系数Kt与螺纹表面及法兰的光洁度、润滑状况、拧紧速度、所用拧紧工具、以及反复拧紧时的温度变化等有关，通常在0.1～0.3之间变化。

预紧力：

Q0＝σ0×As

As＝π×ds2/4

ds＝（d2＋d3）/2×d3=d1-H/6

σ0＝σt式中 As—螺栓在螺纹处的有效横截面积，mm；ds—螺纹部分危险剖面的计算直径，mm；H—螺纹牙的公称工作高度，mm；σt-螺栓材料的20℃许用应力，MPa。

举例：M36的螺栓，8.8级，则紧固力矩M：

M=Kt×σt×As×d×10-3

=0.19×219×245×36×103

=367 N·m

表24 同步螺栓紧固步骤及顺序

3 结论

（1）在2015年的装置大检修中，该企业的定力矩紧固技术完成了1 837对法兰、4.89万条螺栓的紧固任务，实现了法兰密封面的零泄漏。

（2）定力矩紧固技术先后完成了大庆石化公司、四川石化公司、锦州石化公司、宁夏石化公司、四川石化公司、辽河石化公司、吉林石化公司、哈尔滨炼化公司等企业的换热器、反应器及其他动静设备的法兰螺栓定扭矩紧固任务。

（3）定力矩施工技术具有明显的实践应用价值，市场前景广阔、效益可观。

［1］段继鹏.高压加热中分面法兰泄漏的处理［J］.华电技术，2011（3）：33-35.

［2］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.

［3］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.

［4］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.

［5］钟经山，施俊侠.超高压法兰泄漏问题及对策［J］.广西机械，2000（4）：34-36.

［6］李涛.螺栓紧固扭矩计算方法的探讨［J］.炼油与化工，2014（1）：19-22.

Application of fixed-torque fastening of flange connection bolts in petrochemical plants

Qu Yunqin
（Construction Company of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

At present,90%leakages of petrochemical plants are the leakages of flange sealing surfaces.Therefore,solving the bolt fastening problem of flange connection is the only approach to eliminating leakage.This paper expounded the method of application, range of application,condition analysis,equipment,as well as construction technique process of fixed-torque fastening of flange.It showed that the fixed-torque fastening of flange bolts has advantages of simple construction,short construction duration,low manpower demand,low labor intensity,good effect,and long service life of the maintenance parts.

leakage;fixed-torque fastening;economical benefit

TQ055.81

B

1671-4962（2017）01-0038-03

2016-09-28

曲云芹，女，工程师，1996年毕业于大庆石油学院化工机械专业，现从事工程质量管理工作。