液壓扳手校驗裝置的研究與應用

張寶青

（大慶石化建設有限公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

隨著企業對石化裝置安全性、科學性要求的不斷提高，用于扭矩法緊固的液壓緊固扳手，其扭緊力矩精度是否準確，經過一段時間的使用后，每個緊固設備的輸出扭矩是否均勻等問題變得越來越突出。需要通過一種方法測定并校正扳手的輸出扭矩與標準之間的偏差，減少液壓緊固工具在同步緊固時扭矩的誤差。為保證現場設備緊固數據精度并對緊固設備進行周期性校準和管理。使用液壓扳手校驗裝置對緊固設備進行校驗、分級使用等方法，減少現場使用時扭矩偏差，保證定力矩緊固施工效果，并對液壓緊固設備健康狀況管理及歸檔有重要意義。

1 應用液壓扳手校驗裝置的必要性

螺栓聯接方式在石油化工系統中應用普遍，螺母扭緊后，施加給螺栓一個軸向預緊力，這一預緊力對螺栓性能及連接效果影響較大。預緊力過大，螺栓可能產生塑性變形、直至疲勞斷裂，影響螺栓使用壽命，同時可能誘發結果失穩；預緊力過小，工件連接過于松弛，易產生振動、位移、密封泄漏，影響連接的可靠性。特別是螺栓組連接，由于采用扭矩法施加預緊力，液壓緊固扳手由于長時間使用精度下降造成誤差，導致同步緊固的螺栓組中各個螺栓的預緊力有大有小，給裝置安全、長、滿、優運行帶來隱患。

隨著企業對石化裝置安全性、科學性要求的不斷提高，采用扭矩法緊固的關鍵部位，每條螺栓的預緊力是否均勻等問題變得越來越突出，對緊固設備進行定期校驗已經成為刻不容緩的問題。

近年來，由于法蘭泄漏導致事故頻發，石化公司應集團公司領導關于法蘭定力距緊固相關研究要求，石化公司建設螺栓預緊力實驗室，力矩扳手校驗裝置就是對實驗室裝置的補充完整，通過力矩扳手校驗的研究，實現“定扭矩緊固”，走標準化、規范化之路。

校驗裝置對緊固設備多次反復測試及數據收集整理分析，綜合現場施工情況，判斷緊固設備的可用情況，同時對緊固設備的性能進行校核，不同偏差扭矩扳手進行分級使用，提高現場同步緊固效果，避免發生緊固失效現象。

2 校驗裝置的設計制造及校核

目前國內外力矩扳手校驗測試裝置，都采用扭矩傳感器及相應結構組合實現，其價格昂貴且對力矩扳手的適應性不好，對環境及周邊設備支持要求高，很難滿足石化行業內力矩扳手現場校驗及使用要求。為了保證校驗裝置的實用性及經濟性，設計制造一臺可移動檢測常用規格力矩扳手，并對周邊設備支持依賴極小的液壓扳手校驗裝置，選取國外相對成熟、性能參數符合需要的扭矩傳感器，自主設計相關結構，制造出一套適應石化行業的力矩扳手校驗裝置。

（1）選取合適參數的扭矩傳感器。經過仔細篩選，選擇常用扭矩扳手扭矩范圍0～10 000 Nm，最小單位1 Nm，選擇兩組傳感器量程為0～3000 Nm、3000～10 000 Nm 美國諾霸扭矩傳感器（圖1）。該傳感器可將扭矩轉化為電信號輸出。數據采集器及顯示器選擇諾霸配套torque tool tester series3 型采集器（圖2）。

（2）依據扳手尺寸規格及現場條件設計制作固定配套裝置。依據扳手尺寸及功能需要，設計配套支架，使用4 套軸承支撐扭矩傳感器并在兩側分別設置固定端及扭矩扳手連接端。固定端用法蘭蓋及螺栓連接，扭矩扳手連接端中心設置方孔銷連接傳動扭矩。

（3）校驗設備組裝完成后進行扭矩校核。制作杠桿砝碼結構模擬力臂，對扭距測試裝置進行扭矩校核。根據扭矩公式M=FL，力臂長度確定，砝碼重量確定，可以計算出施加在校驗設備上的扭矩，再與測量扭矩進行對比校核，校核后具備測試條件（圖3）。

圖1 扭矩傳感器

圖2 數據采集器及顯示器

圖3 扭矩校核

3 液壓力矩扳手校驗程序

根據《JJG 707—2003 扭矩扳手計量檢定規程》，設計液壓扭矩扳手檢定程序，每臺扳手在使用量程內均勻選取3 點進行校驗。

（1）根據預設扭矩值，根據液壓扳手性能表查找泵站設置數值。

（2）在扳手泵站設置數值。

（3）連接液壓扳手及教研裝置。

（4）啟動泵站。

（5）在數據采集器進行數據采集記錄，重復3 次。

（6）重新設置其他扭矩預設值，重復上述操作。

4 數據分析與評價

4.1 數據的收集整理

數據整理分為手動記錄和設備記錄兩部分。手動實驗記錄設計有專門的記錄表格，螺栓扭緊順序圖示，力矩緊固確認單，每次實驗結束現場操作人員必須簽字確認。

校驗設備可以自動記錄扳手緊固的最大扭矩值，并可輸出成EXCEL 表格數據流模式，方便對比分析。

4.2 歸納數據的趨勢及規律

對每組3 個測量值求平均值，對比平均值與輸出扭矩標準值之間的偏差，根據液壓扭矩扳手出廠參數偏差在正負3%以內扳手合格。測量扭矩超出偏差值，調整液壓扳手出廠性能表參數，使其在正常使用時輸出扭矩準確。見表1。

4.3 存在的問題及改進措施

液壓扳手校驗裝置數據直觀、記錄方便，同時具有可移動性，部件緊湊且數量少、故障率低，特別適合現場操作需要，相比國內外同類設備造價低廉，結構合理、操作簡單，具有一定優勢。

存在問題：該設備只能對靜扭矩緊固設備進行校驗，對沖擊載荷扭矩扳手，如沖擊型風動扳手等不能測量，需要配備相應的模擬螺栓緩沖器才能測量，需要后續加大設備投資補充完成。

5 結語

液壓扳手定期校驗可以保證定力距緊固的可靠性，提高設備長、穩、優運行能力，提升設備運行中的抗波動能力。在減少設備泄漏事故，減少環境污染，保護自然資源及生態環境，改善健康水平，降低化工區火災事故率，保障國家和社會安全，提高緊固行業內人才培養深度，提高設備科學管理水平等方面起到巨大作用。

表1 液壓扳手校驗參數

液壓緊固扳手校驗裝置，對扳手校驗效果良好，解決了力矩扳手輸出扭矩不準確等問題，在化工裝置大檢修定力矩緊固過程中效果明顯，經濟及社會效益顯著。