定力矩緊固在C9 石油樹脂加氫裝置的應用

陳建華，王玉順，彭杰輝，賀方斌

（新疆天利石化控股集團有限公司，新疆 獨子山 833699）

1 裝置概況

某公司C9 石油樹脂加氫裝置，以C9 石油樹脂為原料，經催化劑的作用把原料中的硫、氮、氧化物等雜質轉化成相應的烴類及易于除去的H2S、NH3和H2O 而脫除，同時，對烯烴、芳烴進行加氫飽和，生產低硫、低芳烴的無色透明氫化C9 樹脂。兩段加氫反應器的操作壓力高達18.4MPa，介質為屬于易燃易爆的C9 石油樹脂、溶劑油和氫氣，生產過程中高溫高壓法蘭極易因為生產波動而發(fā)生泄漏導致著火爆炸。為保證安全生產，實現(xiàn)本質環(huán)保，2020 年裝置檢修，為確保順利開工和長周期運行，對高壓法蘭回裝均采用定力矩緊固新技術，保證了加氫系統(tǒng)在開工和正常生產過程中的零泄漏，實現(xiàn)了裝置開工一次成功。

2 定力矩緊固使用的背景

1.5 萬噸/年C9 石油樹脂加氫裝置在2019 年6 月20 日首次開車，開工前對靜密封點使用傳統(tǒng)的緊固方式即敲擊扳手和大錘，全部緊固完成后分階段升壓做氣密，及法蘭密封面修復等問題。由于螺栓所處位置不同和人員差異，整個法蘭面緊固力矩不均勻，不能保證法蘭密封面全程處于平行閉合狀態(tài)，在升壓過程中，法蘭多處泄漏，需要反復進行氣密實驗。

3 定力矩緊固技術前期準備

參照中國石油天然氣股份有限公司煉油與化工分公司法蘭墊片緊固件選擇及安裝指導意見和板塊裝備處靜密封安裝指導意見，2020 年檢修引入定力矩緊固技術。由凱特克貿易（上海）有限公司全程技術指導，應用十字緊固方法，并搭配凱特克預緊力控制技術，有效地保障法蘭密封面在作業(yè)過程中保持平行閉合狀態(tài)。

圖1

本次檢修中使用液壓力矩扳手，根據(jù)裝置檢修計劃，梳理出檢修和配合檢修需要打開的高壓、高溫及已出現(xiàn)泄漏的部位，M27 及以上螺栓使用液壓扳手，編制《高壓部位法蘭風險分級臺賬》；由凱特克公司工程師根據(jù)工況數(shù)據(jù)表對高風險、中風險法蘭進行現(xiàn)場參數(shù)復核（數(shù)量53 對），修正有偏差的法蘭、螺栓參數(shù)，計算法蘭的螺栓緊固力矩，確定最終的螺栓緊固力矩。

圖2

車間與凱特克專業(yè)人員對施工人員、車間項目負責人、監(jiān)護人員進行專業(yè)定力矩緊固機具的操作、螺栓預緊力控制、法蘭緊固專業(yè)技能、法蘭緊固安全培訓；重點對法蘭及密封面檢查、緊固件清洗檢查、法蘭對中回裝、密封墊片更換、螺栓螺母潤滑、法蘭緊固工藝等六大步驟進行系統(tǒng)的培訓。為后期現(xiàn)場施工提供有力的技術保證。

機具清單如表1 所示。

表1

4 現(xiàn)場施工技術管理

根據(jù)合同要求，凱特克技術人員堅守現(xiàn)場，以抽檢的方式，對高壓法蘭、螺栓、密封墊、緊固等進行全過程監(jiān)督檢查，監(jiān)督承包商全面落實靜密封點“六步驟檢查法”；每日進行數(shù)據(jù)整理、工作備忘錄，次日追蹤處理、整改情況，做到閉環(huán)。檢修期間，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)法蘭、螺栓、密封墊等質量及施工問題及時進行問題反饋及整改閉環(huán)。

圖3

4.1 數(shù)據(jù)復核掛牌

參照《法蘭緊固作業(yè)工況數(shù)據(jù)表》中的法蘭位號，確認法蘭位置、螺栓規(guī)格、螺栓數(shù)量、螺母對邊及緊固使用機具型號，對無異議的法蘭進行編號，保證唯一性，制作標識牌，標明法蘭編號、法蘭名稱、螺栓規(guī)格、螺栓數(shù)量、緊固扭矩（30%、70%、100%）以及施工方法、步驟，現(xiàn)場掛牌方便指導施工人員施工。

4.2 密封面完整性檢查

檢查每片法蘭密封面是否符合法蘭密封結構標準化管理中對于密封面的要求，確認密封面無劃痕、貫通傷、凹坑及腐蝕點，表面粗糙度達到1.6 以內，確認密封面形式，測量密封面中經和寬度并記錄。

圖4

著重檢查每個密封墊是否符合法蘭密封結構標準化管理及對密封墊的要求（特別注意法蘭與密封墊的DN、PN 是否一致），法蘭與螺母接觸面及密封面的損壞程度對后期的螺栓緊固與設備運行有直接影響，故拆卸法蘭后就需要對法蘭進行清潔檢查，便于發(fā)現(xiàn)問題及時處理。檢修中發(fā)現(xiàn)加氫第一反應器R-92201 和加氫第二反應器R-92202 封頭上法蘭密封槽有缺陷，小凹坑和八角墊壓出的槽痕，本次采用法蘭密封膠對凹坑進行修復，再次檢修時需對法蘭進行機械修復后使用。

4.3 螺栓清洗檢查

使用柴油與二氧化鉬混合液體進行浸泡4 小時以上，再使用鋼絲刷清洗，除銹、除雜質；檢查螺栓、螺母是否螺牙有損傷，螺栓、螺母是否能順暢旋合；同一高壓法蘭螺栓螺母規(guī)格一致，螺栓長度是否相同；清洗修復螺栓螺母后，以使螺母可以自由旋轉到螺栓的任意位置為合格標準。對清洗合格的螺栓噴涂防銹油，碼放整齊，用防水材料包裹做好防水、防塵工作，防止二次污染。

4.4 法蘭對中回裝檢查

（1）檢查每對法蘭是否符合法蘭密封結構標準化管理中對于法蘭的要求：①中心度，依據(jù)ASME PCC-1-2010 對法蘭找正，法蘭中心線高/低的找正：在法蘭周圍選四個點，相互之間大約間隔90 度，任何一點的公差均小于1.5 毫米。②法蘭平行度：通過測量和比較法蘭的最大/最小間隙來確定，公差不超過0.8mm。③法蘭螺栓孔的找正：按照90 度的角度測量公差；在此情況下，保證螺栓穿過法蘭螺栓孔，或者兩螺栓孔處于3 毫米的范圍內。④兩片法蘭間隙的調整：當法蘭處于靜止狀態(tài)時，兩個法蘭之間的間距超過墊片厚度的兩倍；當間隙過大/過小時均需要調整。對于超出誤差允許范圍的，需要使用法蘭調整工具進行調整，見圖4。⑤確認密封墊的回裝：密封墊一般不建議重復使用，經驗表明，只有使用新的墊片，才能可靠地提供有效密封所必需的塑性變形和彈性恢復特性。安裝墊片前，應對超出公差范圍的法蘭進行調整，避免回裝時損壞墊片。墊片安裝后，只能對法蘭進行最小的或合理的調整。

調整公差范圍依據(jù)：ASME PCC-1-2010。確認墊片符合尺寸（外徑、內徑、厚度）和材料規(guī)格。將墊片定位在與法蘭內徑同心的位置；在定位過程中采取適當?shù)拇胧_保對墊片進行適當?shù)闹С小|片的任何部分不得伸入流道內。⑥螺栓潤滑：螺栓穿過螺栓孔后涂抹潤滑劑，避免法蘭螺栓孔內的顆粒物污染，如有污染，需清理后再涂抹潤滑劑。螺栓穿過螺栓孔后涂抹高溫咬合劑，避免法蘭螺栓孔內的顆粒物污染，如有污染，需清理后再涂抹潤滑劑，加氫裝置高壓系統(tǒng)溫度較高故使用高溫抗咬合劑作為潤滑劑。⑦一般工況建議使用：二硫化鉬，高溫工況（≥250°）建議使用：高溫抗咬合劑。螺栓的長度以緊固后與螺母平齊為宜，最長不宜長出3 倍的螺紋間距，粗略地估算就是最長不宜超過10mm（使用液壓螺栓拉伸器的螺栓除外）。螺栓緊固后如果低于螺母表面，則判定為螺栓過短，不合格。

（2）緊固步驟。按照十字交叉法對螺栓進行編號：①在編號1 ～4 對角分別放置液壓扳手，以2 同步方式進行鎖緊，設定預緊力輸出為30%、70%、100%，測量并調整法蘭間隙。②最后，用100%的預緊力從位置1 ～4 開始順時針緊固所有位置的螺栓,直至所有螺母不在轉動。

（3）施工注意事項：①同步緊固，平行閉合。②同步緊固的工具必須是一模一樣的工具。③所有液壓扳手都要有扭矩對照表才可以使用。④通過壓力表的示數(shù)確定緊固所使用的扭矩。

4.5 緊固結果檢查

力矩校驗流程如下：

（1）不合格判定方法：抽檢螺栓在給定力矩值90%以下就能轉動，不合格；抽檢螺栓在給定力矩值110%以上仍無法轉動，不合格。

（2）合格判定方法：抽檢螺栓力矩值位于給定目標值90%～110%，合格。

5 存在的不足

（1）第一次使用螺栓定力矩緊固技術，雖進行類培訓，但在實際應用過程中項目負責人、施工方相關專業(yè)知識不足，施工方無相關螺栓定力矩檢修經驗。

（2）工機具準備過少（一次只能進行一對高壓法蘭定力矩緊固），無備用工具，若工機具故障將會嚴重影響施工進度。

（3）對法蘭面存在的缺陷預判不足，當現(xiàn)場出現(xiàn)法蘭面損傷后，密封膠臨時協(xié)調石化公司，下次檢修前，應提前考慮法蘭修復方案和消缺材料。