石化企業(yè)如何防止法蘭泄漏
——確保法蘭零泄漏的螺栓緊固技術(shù)淺析

特約撰稿人：中設(shè)協(xié)無(wú)泄漏無(wú)松動(dòng)螺栓施工技術(shù)中心主任宓正源

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石化企業(yè)如何防止法蘭泄漏
——確保法蘭零泄漏的螺栓緊固技術(shù)淺析

特約撰稿人：中設(shè)協(xié)無(wú)泄漏無(wú)松動(dòng)螺栓施工技術(shù)中心主任宓正源

石化企業(yè)法蘭泄漏事故頻發(fā)，螺栓預(yù)緊力控制不當(dāng)是主因

英國(guó)UKOOA統(tǒng)計(jì)表明：每100起法蘭泄漏事故，有81起是因?yàn)椴徽_的螺栓載荷，即預(yù)緊力不當(dāng)造成的。

石化企業(yè)的承壓設(shè)備和管道內(nèi)充滿了有毒易燃的各種化工產(chǎn)品。設(shè)備的法蘭一旦發(fā)生泄漏，可能引發(fā)爆炸、火災(zāi)、人員傷亡、環(huán)境污染等嚴(yán)重后果，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的危害。

英國(guó)UKOOA統(tǒng)計(jì)表明：每100起法蘭泄漏事故，有81起是因?yàn)椴徽_的螺栓載荷，即預(yù)緊力不當(dāng)造成的。

為了安裝和檢修的需要，在石化企業(yè)的設(shè)備上有無(wú)數(shù)的法蘭使用了螺栓連接方式。相對(duì)于國(guó)家和企業(yè)對(duì)法蘭兩側(cè)焊縫質(zhì)量的高度關(guān)注，法蘭上的螺栓緊固卻毫無(wú)地位可言，常常被忽視。于是，傳統(tǒng)的緊固方法成了法蘭泄漏的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

傳統(tǒng)螺栓緊固方法的不足

小螺栓通常用活扳手及套筒（死）扳手緊固；大螺栓用加長(zhǎng)力臂的套筒扳手緊固，有人干脆用大錘敲擊套筒扳手來(lái)緊固螺栓。后來(lái)用氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓扳手、液壓拉伸器來(lái)緊固螺栓。對(duì)一些特別大的螺栓，則只有通過(guò)螺栓的中心孔加熱，使螺栓伸長(zhǎng)后再緊固螺母，等螺栓冷卻收縮，達(dá)到緊固目的。

手動(dòng)緊固時(shí)，只能以扳手轉(zhuǎn)不動(dòng)螺母為止，緊固后螺栓的預(yù)緊力無(wú)法控制，僅取決于施工者的力氣和習(xí)慣。

氣動(dòng)、電動(dòng)工具緊固時(shí)，預(yù)緊力同樣無(wú)法控制。

傳統(tǒng)液壓板手緊固時(shí)，雖然可以設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓的扭矩，但為防止螺栓跟轉(zhuǎn)，需以反作用力臂平衡驅(qū)動(dòng)力，根據(jù)力矩平移定律，會(huì)產(chǎn)生一定的偏載力，且因螺栓和螺母間的接觸螺紋存在間隙，緊固時(shí)螺紋間的面接觸會(huì)轉(zhuǎn)為線接觸，大大增加螺紋間的摩擦力，此外，反作用力臂支點(diǎn)的變化也會(huì)導(dǎo)致螺栓摩擦力和正壓力的改變，所以，雖然傳統(tǒng)液壓板手給每條螺栓都提供了相似的緊固力矩，但每條螺栓實(shí)際的螺栓預(yù)緊力卻并不相同。

液壓螺栓拉伸器緊固時(shí)，不但要對(duì)螺栓產(chǎn)生過(guò)度拉伸，而且拉伸器緊固后的螺栓預(yù)緊力的精度更低。BASF對(duì)液壓扳手和液壓拉伸器緊固螺栓的檢測(cè)結(jié)果顯示，預(yù)緊力精度分別為±15%和±51%。

至于對(duì)直徑較大的螺栓用加熱伸長(zhǎng)法，在達(dá)到預(yù)定溫度后轉(zhuǎn)動(dòng)螺母，冷卻后獲得預(yù)緊力的做法，顯然也無(wú)法獲知實(shí)際的預(yù)緊力值。

可見(jiàn)，用傳統(tǒng)的方法緊固螺栓，預(yù)緊力大小無(wú)法保證。然而，在法蘭和密封墊質(zhì)量過(guò)關(guān)的前提下，螺栓預(yù)緊力及偏差的大小卻是決定法蘭是否會(huì)發(fā)生泄漏的重要因素。

因此，做好螺栓預(yù)緊力控制，選用正確的螺栓緊固技術(shù)至關(guān)重要。

如何控制螺栓緊固預(yù)緊力大小

如果在緊固螺栓時(shí)沒(méi)有附加的力偶作用到螺母上，就像用手指擰動(dòng)螺母，摩擦副的螺紋之間是面接觸，只要控制好螺紋之間、螺母和墊圈之間接觸面的加工精度以及保持摩擦副的潤(rùn)滑條件一致，在緊固螺栓時(shí)就可以獲得大致相同的摩擦力，同樣的驅(qū)動(dòng)力減去大致相同的摩擦力，就可獲得較為精準(zhǔn)的螺栓預(yù)緊力。

美國(guó)HYTORC公司自1968年發(fā)明世界上第一部帶反作用力臂的液壓扳手以來(lái)，作為螺栓堅(jiān)固領(lǐng)域的引領(lǐng)者，不斷創(chuàng)新技術(shù)，1990年推出的專(zhuān)利技術(shù)——CLAMP拉伸螺母（自帶反作用力臂螺母），開(kāi)啟了無(wú)反作用力臂緊固螺栓技術(shù)之門(mén)。該技術(shù)通過(guò)螺母外套筒巧妙地自平衡了反作用力，首次取消了傳統(tǒng)的反作用力臂。

這一技術(shù)特別適合對(duì)火電、核電、水電的大直徑螺栓進(jìn)行冷緊、冷松施工，不但能保證預(yù)緊力的值和精度，還縮短了施工時(shí)間和消除了工傷隱患。

這項(xiàng)技術(shù)因?yàn)橐褂靡豢钊碌奶淄猜菽复嬖菽福杀据^高，除了對(duì)預(yù)緊力有嚴(yán)格要求的設(shè)備以外，不適宜在普通企業(yè)全面推廣。

2003年，HYTORC公司利用同樣的原理，推出了一款新的專(zhuān)利產(chǎn)品——DISC拉伸墊圈螺栓緊固技術(shù)：以六角形特殊拉伸墊圈代替普通墊圈，在很大程度上解決了CLAMP拉伸螺母的高成本問(wèn)題，使無(wú)反作用力臂緊固螺栓技術(shù)的廣泛應(yīng)用成為可能。

應(yīng)用該技術(shù)緊固螺栓，其預(yù)緊力的精度經(jīng)BASF測(cè)試，為±4%，實(shí)際應(yīng)用時(shí)為±5%～10%。這一技術(shù)解決了長(zhǎng)期困擾石化企業(yè)的設(shè)備法蘭泄漏問(wèn)題，在石化企業(yè)獲得了廣泛認(rèn)可。

2014年，HYTORC公司的Z-Washer“自反作用力墊圈”專(zhuān)利技術(shù)的問(wèn)世再一次降低了螺栓緊固成本，使無(wú)反作用力臂緊固螺栓技術(shù)的性價(jià)比得以大幅提升。該墊圈和常規(guī)的平墊圈具有相同的尺寸和材質(zhì)，只是周邊帶一圈外齒，墊圈和螺母的接觸面很光滑，并且為了增加和法蘭接觸面的摩擦力，該面壓有“滾花”。為了防止螺栓在緊固時(shí)發(fā)生螺栓跟轉(zhuǎn)，同時(shí)推出了“防跟轉(zhuǎn)墊圈”，該墊圈的尺寸和普通平墊圈一樣，只是為了增加摩擦力，兩面都?jí)河小皾L花”。

將“防跟轉(zhuǎn)墊圈”放在螺栓頭和對(duì)側(cè)法蘭之間，將“自反作用力墊圈”放到原配螺母下，用手?jǐn)Q緊螺母后，就可將專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器外套筒的底部和“自反作用力墊圈”的外齒嚙合，并將驅(qū)動(dòng)器與其固定，操作人員無(wú)須手扶機(jī)具。機(jī)具轉(zhuǎn)動(dòng)螺母時(shí)，反作用力就通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的外套筒，傳遞到墊圈的外齒上，并自相平衡。沒(méi)有偏載，螺栓就被垂直拉伸，直接達(dá)到設(shè)定的預(yù)緊力。

新的Z-Washer無(wú)反作用力臂螺栓緊固技術(shù)同樣可以將螺栓的預(yù)緊力控制在±5%～10%之間，低廉的價(jià)格更易被應(yīng)用企業(yè)所接受。

CLAMP拉伸螺母及專(zhuān)用機(jī)具

DISC拉伸墊圈及專(zhuān)用機(jī)具

Z-Washer“自反作用力墊圈”及專(zhuān)用機(jī)具

企業(yè)應(yīng)該重視螺栓緊固技術(shù)

對(duì)石化企業(yè)而言，采用凱特克Z-Washer無(wú)反作用力臂緊固技術(shù)緊固彈性法蘭螺栓時(shí)，應(yīng)一次性同步緊固至少4條螺栓，使法蘭平行閉合，并選用質(zhì)量合格的螺栓副、高質(zhì)量的密封墊圈、合格的螺紋潤(rùn)滑劑、合格的法蘭面、合格的法蘭對(duì)中、按設(shè)計(jì)要求設(shè)定預(yù)緊力值、由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的人員按規(guī)定的工藝實(shí)施緊固，即可消除法蘭泄漏問(wèn)題。

應(yīng)用該技術(shù)緊固剛性法蘭螺栓時(shí)，只要選用質(zhì)量合格的螺栓副、合格的螺紋潤(rùn)滑劑、合格的法蘭面、按設(shè)計(jì)要求設(shè)定預(yù)緊力值、由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的人員按規(guī)定的工藝實(shí)施緊固，即可解決螺栓松動(dòng)問(wèn)題。

到目前為止，這一無(wú)反作用力臂螺栓緊固技術(shù)已經(jīng)在中國(guó)的石油、化工、鋼鐵、風(fēng)電、火電、核電、水電、高鐵、大型工程機(jī)械、造船業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。徹底消除了有關(guān)單位設(shè)備的法蘭泄漏和螺栓松動(dòng)事故。大大減少了寶貴資源的浪費(fèi)和停工維修的時(shí)間。

中國(guó)設(shè)備管理協(xié)會(huì)無(wú)泄漏無(wú)松動(dòng)螺栓施工技術(shù)中心將這項(xiàng)無(wú)反作用力臂緊固螺栓的新技術(shù)鄭重向全國(guó)石化行業(yè)加以介紹。并呼吁石化行業(yè)的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，能夠高度重視這一世界領(lǐng)先的螺栓緊固技術(shù)，認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)背后巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，齊心協(xié)力推動(dòng)和應(yīng)用這項(xiàng)新技術(shù)，促進(jìn)我國(guó)石化企業(yè)裝備制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，徹底消除因法蘭泄漏和螺栓松動(dòng)引發(fā)的災(zāi)難性事故。

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