淺談石油化工管道法蘭管理

張波

（中石化第四建設有限公司，天津300270）

石油化工裝置中，工藝管道就像人身體中的血管一樣，錯綜復雜，而且介質大多是有毒有害的，保證管道施工質量就成了工程質量控制的重點。提到管道施工質量可能最先想到的就是管道焊接質量，然而，在石油化工裝置中壓力管道的連接方式除了焊接連接，還大量采用了法蘭連接方式，法蘭螺栓數量龐大且工況復雜，近些年由法蘭接口引發的泄漏事故也在不斷的增多，所有的泄漏事故中約有18%的泄漏事故都是由于法蘭接口泄漏引起的，因此，控制法蘭安裝質量，加強法蘭管理就尤為重要。

1 引起法蘭泄漏的主要原因

引起法蘭泄漏的原因有很多，而在施工階段引起法蘭泄漏的主要原因有以下幾個方面：1）法蘭、墊片等密封面的破壞；2） 墊片或者螺栓等材料用錯，不能滿足管道運行的操作條件；3） 法蘭偏斜引起泄漏；4） 緊固不規范造成墊片損壞；5）由于緊固載荷不夠，不能使墊片達到密封性能；6）由于緊固載荷過大，造成墊片潰爛。

2 防止法蘭泄漏的控制措施

綜上所述，由產生法蘭泄漏的原因可知，要確保法蘭不泄漏，就要通過嚴格的法蘭過程管控程序保證法蘭、墊片的安裝質量以及選擇合適的緊固載荷使墊片能夠達到良好的密封性能。下面將從法蘭過程管理及緊固載荷計算兩大方面介紹控制措施。

2.1 法蘭過程管理

2.1.1 人員培訓及管理

所有參與法蘭管理的人員必須經過培訓后持證上崗作業，嚴禁無證操作，培訓分為理論培訓和實操培訓。理論培訓由專業工程師負責向操作人員授課，講授法蘭管理的理論知識。實操培訓主要是要在現場對專職操作人員進行系統的實際操作培訓，包括整體的質量控制流程，設備使用技巧。

2.1.2 材料管理

材料管理包括法蘭、緊固件及墊片的管理，所有材料要做好到貨驗收工作，確保材料本質合格。材料的驗收要求如下：

1）所有材料要有質量證明文件，文件內容符合設計及規范要求。

2）法蘭到貨后，應逐件檢查法蘭密封面，密封面應完整，不得有銹蝕和徑向劃痕等缺陷。

3）法蘭的外緣應有規定的標識，且與質量證明文件相符。

4）檢查合格后的法蘭，應放在室內進行保管，并做好防銹蝕處理。

5）檢修工程中，法蘭打開后，應組件檢查法蘭密封面狀況，清理影響密封的雜質；

6） 緊固件到貨后確保緊固件的螺紋應完整，無劃痕、無毛刺、無銹蝕等缺陷；如果螺紋不完整，嚴禁使用。

7）緊固件檢查合格后，螺紋表面需要涂抹螺紋保護劑，且螺紋部位涂抹均勻。

8）纏繞式墊片到貨驗收，不得有松散、翹曲現象，其表面不得有影響密封性能的缺陷。

9） 檢維修工程中法蘭拆卸后需要利用的螺栓，應采取先集中清洗、后檢查再利用的原則。清洗時要檢查螺紋有無損傷，螺母能否順利旋合到螺柱的任意位置，不合格螺栓禁止采用。

2.1.3 設備選用

根據螺栓規格不同，使用不同的擰緊設備，主要采用手動力矩扳手、電動力矩扳手和液壓扳手。力矩≤1000N·m 的螺栓可采用手動力矩扳手進行緊固，力矩大于1000N·m 的螺栓推薦使用電動力矩扳手或者液壓扳手進行緊固，可配套沖擊扳手進行初緊，以提高初緊效率。

2.1.4 法蘭安裝

1）法蘭安裝前，要對法蘭密封面及墊片進行檢查確認，確保沒有影響密封性能的缺陷，且要清除法蘭密封面的保護油脂。

2）連接法蘭的螺栓應能自由穿入。

3）法蘭螺栓安裝方向、外露長度應一致。

4）用手擰緊螺母，確保螺母能在螺柱上轉動順暢。

5）法蘭安裝不能偏斜，法蘭密封面的平行度要滿足規范要求。

2.1.5 螺栓緊固

法蘭連接螺栓應對稱順序擰緊，緊固力矩值需要分級進行增加，直到獲得最終要求的扭矩，具體的步驟如下：

步驟1：用手帶緊螺母，用手動扳手初步緊固，同時要控制好法蘭平行度。

步驟2：按30%最終力矩值上緊螺栓，采用對稱法緊固，核實法蘭間距以確保一致性。

步驟3：按60%最終力矩值上緊螺栓，采用對稱法緊固，核實法蘭間距以確保一致性。

步驟4：以目標力矩值上緊螺栓，采用對稱法緊固，核實法蘭間距以確保一致性。

步驟5：繼續以目標力矩值緊固螺栓，采用順序緊固，最終核實法蘭間距以確保一致性。

按照上述步驟對法蘭螺栓緊固完成后，用記號筆沿著螺柱/螺母的端面畫上十字交叉線，如有條件可在法蘭上系掛標識牌，標識牌上標注好管線號、法蘭編號、目標力矩值、操作人及操作時間等。

2.2 螺栓緊固載荷計算

選擇合適的緊固載荷也是法蘭管理的重點，目前國內規范及文獻資料中沒有一個統一的、標準的計算方法，給出的大多是一個固定的緊固力矩值，然而緊固力矩并不應該是一個固定值而是一個區間值，一是要保證法蘭連接口達到密封性能，二是要保證墊片不被破壞及螺栓不被拉斷或失效；另外，螺栓緊固力矩也不是很精確的數值，從力矩計算公式：T=KFd 來看，式中：T 為力矩，K為扭矩系數（一般取0.1～0.2），F 為預緊力，d 為螺栓公稱直徑，扭矩系數K 是個變化值，這和螺紋結合面的光滑度、螺母與法蘭端面的光滑度以及是否采用潤滑都相關，扭矩系數的變化對力矩值的影響很大，因此，為了減少誤差應保證預緊力的計算準確。

2.2.1 按墊片性能計算預緊力

1）操作狀態下按照墊片最小壓緊力，計算單個螺栓緊固需要的最小載荷Fo , 公式為：Fo=(F+Fp)/n，式中：F 為操作狀態下內壓引起的總軸向力，Fp 為操作狀態下最小墊片壓緊力，n 為螺栓數量，F 及Fp 的計算方法參照GB150.3。

2）預緊狀態下按照墊片最小壓緊力，計算單個螺栓緊固需要的最小螺栓載荷Fg1，公式為：Fg1=Fa/n，式中：Fa 為預緊狀態下最小墊片壓緊力，計算方法參照GB150.3。

3）按照墊片的最大允許應力，計算單個螺栓緊固需要最大螺栓載荷Fg2，公式為：Fg2=(Sg×Ag)/n，式中：Sg 為墊片最大允許應力，Ag 為墊片密封面積。

2.2.2 按螺栓允許應力計算預緊力

按照螺栓允許應力，分別計算單個螺栓緊固需要的最小螺栓載荷Fb1 和最大螺栓載荷Fb2；公式 為：Fb1 =0.25 ×Rel ×Ab，Fb2 =0.7 ×Rel ×Ab；式中：Rel 為螺栓屈服強度，Ab 為螺栓應力截面積。

2.2.3 綜合比較

分別確定單個螺栓緊固需要的最小載荷Fmin和最大載荷Fmax

2.2.4 計算螺栓緊固力矩區間值Tmin，Tmax

Tmin=k×Fmin×d

Tmax=k×Fmax×d

2.3 質量過程控制要點

2.3.1 安裝前檢查

重點檢查管內潔，法蘭面、墊片是否有損傷，并對螺栓與墊片材質、規格進行檢查是否與設計圖紙一致。對于銹蝕的法蘭密封面，可采用手動鋼絲刷或其他手動工具除銹，且用清洗劑去除污漬，檢查其密封面的狀況，嚴重損傷的法蘭密封面不予使用。對于檢維修裝置，法蘭拆卸后檢查法蘭密封面情況，如有損壞要進行更換。

2.3.2 法蘭螺栓緊固后質量檢查

法蘭螺栓緊固完成后，項目質檢人員按照報檢記錄對螺栓力矩、法蘭平行度進行抽查，合格后簽字確認。

2.3.3 試壓校驗

管道試壓是檢驗法蘭密封性能的一個重要手段，在試壓過程中要著重檢查每對法蘭的密封性能，確保法蘭無泄漏；試壓過程的法蘭密封性能檢驗要做到以下幾點：

1）若發現法蘭有泄漏，嚴禁帶壓緊固，檢查好泄漏點，做好標記，泄壓后進行處理；

2）泄壓后，復核法蘭平行度和螺栓的緊固力矩，如若平行度不符，松開張口端對面的螺栓，重新進行調整法蘭平行度，并按照螺栓緊固步驟重新進行緊固；如若只是螺栓力矩不滿足要求，可以直接按照目標力矩進行緊固；

3）法蘭調整后，再重新進行試壓檢驗，再次試驗以不泄漏為合格，并重新對法蘭螺栓進行標記；若還有泄漏，必須泄壓后打開法蘭，檢查法蘭密封面及墊片，更換新的墊片，法蘭密封面若是損壞，進行更換或者在線修復，缺陷消除后，再次試壓檢驗，直到校驗合格后，對法蘭螺栓進行標記。

3 結束語

根據上述理論和數據分析可看出管道法蘭管理是一個系統性工程，將涉及法蘭密封效果的相關因素綜合考慮，包括法蘭組對、密封面狀況、密封墊片質量、螺栓正確使用與扭矩值控制、工藝操作條件變化等。只有通過嚴格過程管控，加強材料管理并且嚴格控制緊固載荷，才能有效的避免法蘭可能出現的泄漏風險。