定力矩紧固在加氢精制装置的应用分析

定力矩紧固在加氢精制装置的应用分析

李勃君

中石油乌鲁木齐石化公司 830019

摘要：法兰连接是石油化工设备和管道连接中应用最为广泛的密封连接形式，也是石油化工生产中最容易出现泄漏的薄弱点。同时加氢装置由于装置的反应原理决定了法兰连接的高危性。因此如何通过正确的法兰紧固施工方法来达到计算预紧力，同时使得预紧力可以均匀的分布在法兰密封面上来避免泄漏事故的发生至关重要。
关键词：定力矩紧固；法兰安装；加氢装置；应用

1定力矩紧固简介

法兰连接最常见的故障是连接失效造成的泄漏，其原因是螺栓紧固不均匀造成的。过去扳手、大锤等传统操作，完全依靠人力，或用加长套管等方法，由于操作者个体间存在力量大小的差异，无法每根螺栓上留存相同的预紧力。预紧力的确定依靠听声音，凭感觉，根据经验等等，无法精确控制。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，又达不到工作状态下的密封比压，导致法兰连接的泄漏。定力矩紧固是使用液压拉伸器、液压扳手等专用工具，通过控制施工力矩的和施工方法的方式，使法兰连接中的螺栓受到可控的、均匀的预紧力，从而使该预紧力均匀的作用在密封面上，达到法兰连接“零泄漏”的效果。

2定力矩紧固状况

定力矩紧固目前已发展成炼油化工装置建设过程的重要环节，随着国家对新建装置安全、环保等要求的逐步提高，装置开工过程及生产过程中的静密封点泄漏管理要求也越来越高，特别是加氢类装置，操作压力高，泄漏介质危险性大，开工过程中若果法兰发生泄漏紧固难度大，严重的甚至会造成开工中途退料维修等问题。然而传统的法兰紧固措施，因操作标准不完整、施工人员个人因素等原因，无法达到紧固的法兰零泄漏，据统计，传统方法紧固的螺栓，80%以上的法兰泄漏都是因为螺栓载荷不当或不均匀造成的，所以要想达到炼油化工装置法兰紧固零泄漏，就需要保证螺栓紧固过程中的标准化施工和严格的过程管理，保证法兰螺栓紧固力精确管控。不但可以减少装置开工过程中的热紧程序，加快开工进度，同时也节省了装置建设后期的大量人力资源，并且大大增强了装置开工过程中和生产过程中的安全性。为柴油加氢精制装置平稳运行打下坚实基础。

3定力矩紧固要求

3.1法兰紧固要求

法兰密封是依靠法兰、垫片、螺栓三者共同作用实现的，法兰通过螺栓的紧固力，在法兰密封面上产生满足要求的密封压力，螺栓紧固力传导在垫片上，使法兰密封面间的垫片部分产生变形以弥补法兰面在紧固过程中产生的微笑不平行问题，从而达到法兰密封的目的。

法兰定力矩紧固构，法兰所在管道达到设计上的操作压力后，法兰会因管道内压作用想两侧产生一定的力，从而使法兰上的螺栓延长，螺栓产生延长后，垫片上的预紧力会相应减少，当这个预紧力减少到某一临界值后，法兰仍可以保持无泄漏，那么这个最小的预紧力就是这个垫片的有效预紧力，这个力就是比压力，法兰安装后出现的泄漏，除法兰密封面和垫片的先天性损坏原因外，主要就是因为法兰预紧力小于这个比压力造成的，当法兰的预紧力低于比压力时，法兰就会产生泄漏现场，所以，作用到垫片上的比压力，必须要高于法兰所在管道或设备上的使用压力，才可以保证法兰的密封效果，在法兰完成紧固后，对法兰面的不平度起作用的是垫片的变形，在装置开工后，对法兰密封面不平度其主要作用的就是垫片内部的弹性能力，所以说，法兰的螺栓预紧力并不是越大越好，而是要严格按照标准中的计算数据来落实，法兰螺栓预紧力过大，会造成垫片破坏性变形，从而导致垫片失去弹性，甚至法兰密封面会因螺栓预紧力过大而造成密封面直接与垫片骨架接触而造成法兰密封面损坏或造成高压法兰密封凹槽变形。

3.2密封面完整性检查点及标准

法兰与螺母接触面及密封面的损坏程度对后期的螺栓紧固与设备运行有直接影响，拆卸法兰后就需要对法兰进行清洁检查，便于发现问题及时处理。使用检测工具在密封面内缘十字等分测量四个基准点，确定基准值。在整个圆周周围进行测量，测量完成后向外移动 6 mm，重复测量，直到整个密封面（灰色区域）全部测量为止，计算每次测量的差值 T1是否在允许的公差范围内 。法兰定力矩紧固前，法兰密封面要严格进行检查，法兰的密封面间隙、水平度要符合要求。

3.3法兰施工紧固过程检查

法兰螺栓穿过螺栓孔后涂抹润滑剂，避免法兰螺栓孔内的颗粒物污染，如有污染，需清理后再涂抹润滑剂。一般工况建议：二硫化钼，高温工况建议：高温抗咬合剂，螺栓两侧必须满扣，其中一侧要露出至少两到三牙。

按照 GB150 标准中关于压力容器法兰螺栓载荷的计算，精确计算每个应用工况中螺栓所需要的载荷。同时考虑温度变化和压力波动对螺栓载荷的影响，计算出设备运行中法兰稳定工作所需要的螺栓载荷，为后续施工设定目标载荷，法兰紧固前，需对法兰螺栓进行编号，编号原则如图 1 所示。

图1 8-32 颗螺栓法兰编号示意图

紧固步骤为：

1. 在编号 1,4 分别放置液压扳手，以 2 同步方式进行锁紧，设定预紧力输出为 30%，测量并调整法兰间隙。

2. 在编号 1,4 分别放置液压扳手，以 2 同步方式进行锁紧，设定

3. 输出预紧力为 60%紧固，测量并调整法兰间隙。

4. 在编号 1,4 放置液压扳手，以 2 同步方式进行锁紧，设定

5. 预紧力输出 100%，测量并调整法兰间隙。

6. 最后用 100%的预紧力从位置 1、4 开始顺时针紧固所有位置的螺栓,直至所有螺母不在转动。

32 颗以上的采用 4 个工具进行同步紧固，编号原则如图 2 所示。

图2 32 颗以上螺栓法兰编号示意图

紧固步骤为：

在编号 1,4 分别放置液压扳手，以 2 同步方式进行锁紧，设定预紧力输出为 30%，测量并调整法兰间隙。

在编号 1,4 分别放置液压扳手，以 2 同步方式进行锁紧，设定输出预紧力为 60%紧固，测量并调整法兰间隙。

在编号 1,4 放置液压扳手，以 2 同步方式进行锁紧，设定预紧力输出 100%，测量并调整法兰间隙。

最后用 100%的预紧力从位置 1、4 开始顺时针紧固所有位置的螺栓,直至所有螺母不在转动。

法兰定力矩紧固时，要严格按照以上步骤进行紧固，两组人员同步紧固，并且平行闭合，紧固原则如图 3 示。

图3 定力矩紧固原则示意图

3.4紧固检查结果

装置 1 344 片法兰完成紧固后，随装置压力升高，装置工作人员逐步对装置各法兰部位进行气密检查，在进行的 1 344 片法兰定力矩紧固后，法兰发生泄漏共计 1 处，紧固合格率超过 99%。对泄漏法兰拆检研究发现，泄漏原因为法兰紧固过程前，使用的高压八角垫为重复使用垫片，垫片密封面粗糙导致法兰紧固后密封不合格，更换垫片并清理密封面重新进行紧固后，问题得以解决。

结语

石油化工管道与设备中的法兰连接的泄漏对经济及环境的危害极其严重，因此在对这些法兰连接进行紧固施工作业时，要采取有效的施工方法，以达到法兰的密封效果，降低法兰连接的泄漏风险。因此后续可继续以此方法为法兰连接紧固施工的操作依据，并根据具体施工作业不断进行施工方法的完善。

参考文献

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