液壓扳手優化緊固螺栓技術在裝置檢修中的應用

宋海洋

（錦州石化監理公司，遼寧錦州 121001）

0 引言

錦州石化公司2013 年5～6 月對100 萬噸/年重油催化裝置進行了停產檢修，停產時該裝置已經連續運行1000 多天。該裝置的反應、分餾及熱工系統的多處高溫高壓的法蘭連接部位出現了泄漏，給生產裝置的安全運行造成了嚴重影響，通過調查分析發現多數泄漏與連接螺栓松動或緊固力不均有關。在本次停產檢修中對這些點進行螺栓液壓扳手緊固優化，取得了良好效果，實現了一次開車成功，以及緊固后的靜密封點零泄漏目標。

1 裝置泄漏的原因探究和解決方法

1.1 裝置靜密封點泄漏的原因分析

（1）裝置的操作條件。溫度變化、壓力波動、設備的切換和工藝條件的變化。

（2）法蘭的因素。法蘭變形、法蘭上螺母的接觸面凹陷不平整、法蘭面與緊固螺栓軸線不垂直。

（3）密封面因素。介質對密封面腐蝕、密封面因高溫高壓介質泄漏吹掃損壞、密封墊片安裝不正確、密封墊片質量缺陷。

（4）螺栓緊固因素。螺栓過度緊固導致的塑性變形、螺牙變形、螺牙咬死、螺母變形、螺栓螺母銹蝕、螺栓載荷不均勻、不精確。

引起泄漏的原因很多，但經過英國UKOOA（海上操作者協會）科學分析得出，81%的泄漏是由于螺栓的緊固力不精確引起的。

1.2 裝置靜密封點泄漏問題解決的措施

不同原因引起的泄漏問題都可以通過正確的法蘭螺栓的裝配和施工措施得到解決。首先對安裝前法蘭、螺栓和密封墊片的質量進行驗收，必要時可以通過設備進行測量，確定密封面、螺栓和密封墊片符合質量要求，其次對法蘭的安裝質量進行驗收，避免法蘭面與緊固螺栓軸線不垂直。最后也是最重要的是對螺栓緊固的方案進行優化，通過精確的控制螺栓的預緊力能有效減少裝置運行時的泄漏，還能克服裝置變動操作時溫度、壓力波動對螺栓、法蘭面的沖擊，確保裝置運行安全。

1.3 螺栓緊固優化的優勢

1.3.1 與傳統人力緊固方法對比的優勢

傳統人力的螺栓緊固方法是大錘敲擊、人力扳杠、風動工具等，完全由人的感覺來判斷螺栓緊固程度，根本沒有螺栓的預緊力和精度可言。因此各個螺栓所有的預緊力不均勻，導致法蘭的結合面載荷不均勻，密封性能大大下降，甚至有的螺栓過度緊固，導致塑性變形斷裂，造成法蘭和螺栓的接觸面損傷（圖1）。傳統人力緊固過程中使用大錘敲擊和風動扳手沖擊，沖擊力和過載力可能導致螺桿和螺牙的損傷，螺栓的整體性能下降。螺栓液壓扳手緊固，可以避免傳統緊固的方法引起的弊端，實現螺栓精確預緊，避免密封墊片的損傷，防止法蘭發生泄漏。

圖1 螺栓過度緊固斷裂、法蘭損傷

1.3.2 可以精確控制螺栓預緊力

公司2010 年開始在裝置檢修中推廣使用液壓扳手，先后在三催化裝置、二套常減壓、一套加氫裝置檢修和汽油催化脫硫裝置建設施工中使用液壓扳手緊固，有效減少了靜密封點泄漏，取得了良好效果。在這次二催化裝置檢修中重點推廣使用液壓扳手。液壓扳手能提供的扭矩巨大且十分準確，扭矩重復精度達到±10%左右，可以控制螺栓緊固的力矩達到預設的緊固力矩。

1.3.3 可以實現同步緊固技術

在緊固法蘭的過程中，法蘭的平行閉合十分重要，直接影響緊固后法蘭的密封效果。使用多臺液壓扳手可以實現同步緊固（圖2），即一臺液壓泵站同時連接2 臺、4 臺或更多同型號的液壓扳手，均勻分布在同一法蘭上，同時對法蘭進行緊固，由于液壓泵站連接的多力值緊固法蘭，使法蘭的連接螺栓的載荷相同，法蘭實現平行閉合，法蘭不變形、密封墊片不損傷，最終實現均勻密封，消除介質泄漏的風險。

圖2 同步緊固技術示意

1.3.4 減輕施工人員的勞動強度、提高施工效率

以往施工中，為減少泄漏不得不使用大錘敲擊、人力扳杠、風動工具，特別是在緊固螺栓直徑大于M33 時，即使工人付出了極大勞動，也無法達到良好效果，法蘭泄漏問題不能得到解決。本次使用液壓扳手對重點高溫高壓的靜密封點緊固，大大降低施工人員的勞動強度，通過對比也節省了緊固時間，提高了施工效率。油漿蒸發器BES1100-6.4-260-6/32-4Ⅰ時間對照見表1。

2 螺栓液壓扳手緊固優化方案和步驟

2.1 螺栓緊固扭矩的計算

螺栓聯接的法蘭處通過均勻的張緊力分布，防止介質泄漏，作用在螺母上的扭矩力必須克服接觸表面的摩擦力，并使螺栓的張緊力大于預定的載荷力，而且小于螺栓材料的屈服極限，通常不得大于80%。螺栓的扭矩數值T 計算公式如下。

式中 F——螺栓上的張緊力，通常為屈服極限50%

P——螺栓的導程

R——螺栓中心到螺紋接觸點平均半徑

d——螺紋角，通常為30°

s——螺母的平均半徑

f——摩擦系數

在化工裝置檢修中主要使用的螺栓等級為8.8，根據式（1）得到各種規格螺栓的扭矩值見表2，在本次檢修施工使用表2 中數值對螺栓緊固。

2.2 緊固工具的選擇

根據計算得到的螺栓緊固力矩選擇合適的液壓扳手，一般選擇所需緊固力矩T 值處于液壓扳手的負載能力30%～80%，這樣通過液壓扳手輸出的扭矩值最精確；根據現場作業空間，選擇驅動棒或凱特克AVANTI-3 液壓扳手；根據操作遠近，選擇不同長度的油管，通常選取短的液壓油管，減少液壓油管路的壓力損耗。如果現場有可燃氣體或液體，可以選擇具有防爆功能的氣動液壓泵站和液壓扳手及套筒。

2.3 方案的實施步驟

在裝置停產前，二催化裝置的設備和工藝人員，根據生產流程對靜密封點進行排查，共排查高溫高壓易泄漏法蘭密封點807 處。施工前施工單位安排專業的施工人員統計和分析，合理安排施工人員和機具，制定施工方案。

在裝置停產檢修施工中，對所有易泄漏法蘭密封點螺栓進行拆除，由維修人員將結合面清理干凈，專業質檢人員檢查密封面情況，檢查清理完成后更換密封墊圈，維修人員負責將密封面合攏，開始安裝螺栓。檢修施工中拆除的舊螺栓安排專人挑選并潤滑，淘汰缺陷螺栓，對于一組超過50%存在缺陷的螺栓，需要統一更換新螺栓。螺栓的緊固順序和扭矩數值分4 個階段：第一階段對角線緊固，扭矩數值應該被設定在最終數值的30%內；第二階段對角線緊固，扭矩數值應該被設定在最終數值的60%內；第三階段對角線緊固，扭矩數值應該被設定成最終數值的100%；第四階段相鄰螺栓順時針的緊固，扭矩設定在100%，螺母旋轉到鎖緊狀態。

表1 油漿蒸發器BES1100-6.4-260-6/32-4Ⅰ時間對照

表2 ISO8.8 等級螺栓50%屈服強度扭矩計算值

3 結語

在這次裝置檢修及搶修過程中，對螺栓緊固及拆卸力矩在很多情況下要求比較嚴格，人工方法難以達到要求。通過液壓扳手緊固螺栓，大大降低了檢修工人的勞動強度，提高了施工效率，降低了法蘭密封點的泄漏風險，實現了裝置成功一次開車和平穩運行，以及緊固后的靜密封點零泄漏目標，該技術具有良好的推廣應用前景。