設(shè)備緊固件的緊固與卸載

賴(lài) 斌 羊衣木

（四川科新機(jī)電股份有限公司)

設(shè)備緊固件的緊固與卸載

賴(lài) 斌*羊衣木

（四川科新機(jī)電股份有限公司)

激冷罐設(shè)備是壓力容器高端產(chǎn)品的代表。對(duì)該設(shè)備試壓時(shí)緊固件的緊固與卸載提出了切實(shí)可行的操作工藝、質(zhì)量控制措施及施工方案。試驗(yàn)表明，按所提出的施工方案，可有效地避免設(shè)備緊固件在緊固時(shí)出現(xiàn)密封墊、螺栓、螺母損壞的危險(xiǎn)，從而大大提高密封性能。

設(shè)備法蘭 緊固件 密封墊 緊固 卸載 激冷罐

0 前言

大型設(shè)備法蘭的緊固件在緊固時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)密封墊、螺栓、螺母被損壞的現(xiàn)象，而且密封性能也得不到有效的保障。四川科新機(jī)電股份有限公司承制的某煤化工有限公司40萬(wàn)t/a醋酸及配套工程項(xiàng)目中的激冷罐就是一臺(tái)典型的設(shè)備。針對(duì)以上情況，四川科新公司采用液壓扭矩扳手 （型號(hào)：8IBT）和扭矩扳手專(zhuān)用泵 （型號(hào)：KLW4000）進(jìn)行設(shè)備法蘭緊固件的緊固與卸載。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，有效地避免了設(shè)備法蘭緊固件在緊固時(shí)出現(xiàn)密封墊、螺栓、螺母損壞的危險(xiǎn)，這樣就大大提高了密封墊片的密封性能。激冷罐外殼結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

1 緊固件的性能要求

1.1 緊固件的規(guī)格及化學(xué)成分

該設(shè)備主螺栓采用HG/T 21573.2—1995標(biāo)準(zhǔn)的雙頭螺栓，螺栓規(guī)格M56×4-BS-II×750，材質(zhì)采用25Cr2MoVA，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2；螺母采用HG/ T 21573.3—1995標(biāo)準(zhǔn)，螺母規(guī)格M56×4-HI，材質(zhì)采用30CrMoA，其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖3。

（1）材料化學(xué)成分分析

螺栓用棒材的化學(xué)成分（熔煉分析）應(yīng)符合表2要求。螺母用棒材的化學(xué)成分（熔煉分析）應(yīng)符合表3要求。

（2）化學(xué)成分允許偏差

鋼材 （或坯）的化學(xué)成分允許偏差按 GB/T222的規(guī)定執(zhí)行。

圖1 激冷罐外殼結(jié)構(gòu)

表 1 激冷罐的技術(shù)特性

圖2 設(shè)備主螺栓結(jié)構(gòu)

圖3 螺母結(jié)構(gòu)

1.2 熱處理后的力學(xué)性能

低合金鋼螺栓、螺母、球面墊圈用毛坯經(jīng)熱處理后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，具體要求參見(jiàn)GB 150.2第7.1.3條。其力學(xué)性能應(yīng)符合表4的要求。

表2 螺栓化學(xué)成分 （熔煉分析）

表3 螺母化學(xué)成分 （熔煉分析）

表4 螺栓、螺母、球面墊圈力學(xué)性能規(guī)定值

1.3 其它要求

（1）螺栓、螺母螺紋的基本尺寸按GB/T 196規(guī)定；螺栓公差按GB/T 197規(guī)定的6g，螺母公差按GB/T 197規(guī)定的6H；螺栓、螺母螺紋牙底為圓形，其它尺寸公差按GB/T 3103.1中的A級(jí)。

（2）鍛軋鋼棒應(yīng)按GB 4162《鍛軋鋼棒超聲波探傷方法》進(jìn)行超聲波檢測(cè)，且符合B級(jí)要求。

（3）螺栓精加工后需按JB/T 4730.4進(jìn)行磁粉檢查，檢查結(jié)果達(dá)JB/T 4730.4Ⅰ級(jí)要求。

（4）螺栓、螺母表面須經(jīng)磷化處理。

（5）螺母螺紋表面不允許有裂紋、碰傷和毛刺，螺母與球面墊圈的接觸面、墊圈的球面不得有槽痕、劃傷等缺陷。

2 設(shè)備法蘭的性能要求

2.1 設(shè)備法蘭的結(jié)構(gòu)形式及化學(xué)成分

該設(shè)備法蘭采用JB 4732—1995（2005）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其法蘭內(nèi)表面與密封面均采用堆焊而成，其材質(zhì)為14Cr1MoⅣ+A042/A022（堆焊），其結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖4。

圖4 設(shè)備法蘭結(jié)構(gòu)

設(shè)備法蘭鍛件應(yīng)進(jìn)行的檢查試驗(yàn)的項(xiàng)目、方法、取樣位置以及檢查試驗(yàn)結(jié)果需符合JB 4726的相應(yīng)規(guī)定，鍛件用鍛坯應(yīng)進(jìn)行化學(xué)成分成品分析試驗(yàn) （1次/爐），試驗(yàn)方法按GB/T 223或GB/T 4336的規(guī)定進(jìn)行?；瘜W(xué)成分分析結(jié)果、碳當(dāng)量和X、J系數(shù)的計(jì)算結(jié)果應(yīng)符合表5的要求。

表5 設(shè)備法蘭鍛件的化學(xué)成分 （熔煉分析）

2.2 模擬焊后熱處理狀態(tài)的力學(xué)性能試驗(yàn)

在鍛件本體制取試件 （試件需經(jīng)675±10℃恒溫12 h后，隨爐冷卻），按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定制取常溫拉伸試樣、高溫拉伸試樣和沖擊試樣，進(jìn)行常溫拉伸試驗(yàn)、高溫拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足表6的規(guī)定。

表6 低合金鋼鍛件的力學(xué)性能規(guī)定值

3 設(shè)備法蘭的緊固件緊固和卸載

3.1 螺栓表面的清理與試裝

緊固件特別是高壓設(shè)備的緊固件在裝配前應(yīng)清洗檢查；目視檢查螺母、球面墊的承壓面是否有損壞，螺母、螺栓的螺紋是否清潔。高壓緊固件的清洗除用無(wú)腐蝕性的清洗劑清洗外，對(duì)螺紋部分可用壓縮空氣反復(fù)吹除細(xì)小鐵屑，或用銑刀、刮刀、油石清除細(xì)小鐵屑，還可用面粉團(tuán)粘去細(xì)小鐵屑。

高壓螺紋全部要求二級(jí)以上精度，螺栓與螺母之間的間隙相對(duì)較小，稍有不慎就會(huì)造成螺栓與螺母 “咬死”或拉傷螺紋面。經(jīng)清洗檢查確認(rèn)無(wú)誤后，螺栓螺母均涂少量潤(rùn)滑油。用手試裝螺母于螺栓時(shí)，用手旋轉(zhuǎn)應(yīng)能順利裝入，而且較小螺紋還不能用力過(guò)大。無(wú)論螺母多大都不能用扳手試裝。手旋螺紋感覺(jué)不順暢時(shí)，應(yīng)立即退出并查找原因，檢查是否有損壞、鐵屑、毛刺等有礙旋入的缺陷，或送檢驗(yàn)，用螺紋環(huán)、塞規(guī)檢查是否合格。不能強(qiáng)行用扳手?jǐn)Q入，否則有 “咬死”無(wú)法進(jìn)退的危險(xiǎn)。

3.2 緊固件的上緊程序

（1）上緊裝置的布置順序

激冷罐設(shè)備法蘭緊固件的緊固采用2個(gè)或4個(gè)上緊裝置同時(shí)上緊，在同一上緊力下須分次對(duì)螺栓上緊。上緊裝置在螺栓上的布置順序，即為在同一上緊力下螺栓上緊的順序。上一次上緊與下一次上緊的位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一定位置，以達(dá)到上緊均勻的目的。

（2）螺栓上緊力的分級(jí)

螺栓的上緊應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，上緊力逐級(jí)遞增，以確保密封效果。以計(jì)算得出的上緊力的計(jì)算值作為實(shí)際需上緊的最終上緊力。通常分4～5級(jí)進(jìn)行上緊。最終一級(jí)重復(fù)前一級(jí)的上緊力，均取最終上緊力，以確保密封效果。全部上緊后，如發(fā)現(xiàn)有微量的泄漏，允許將最終上緊力提高5%～10%，但應(yīng)校核螺栓應(yīng)力，以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。五級(jí)上緊力分級(jí)推薦值百分比如表7所示。

表7 五級(jí)上緊力分級(jí)推薦值百分比

3.3 緊固件的卸載程序

（1）卸載裝置的布置順序

激冷罐設(shè)備法蘭緊固件的卸載采用2個(gè)或4個(gè)卸載裝置卸載螺栓，每個(gè)螺栓卸載的次數(shù)與上緊的次數(shù)應(yīng)相同。卸載裝置的布置順序應(yīng)與螺栓上緊時(shí)相同，即卸載裝置的布置應(yīng)相互呈90°錯(cuò)開(kāi)，上一次與下一次卸載螺栓的布置也應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一定位置，以避免卸載時(shí)螺栓之間受力相差太大。

（2）螺栓卸載時(shí)卸載力的分級(jí)

螺栓卸載時(shí)卸載力的分級(jí)，通常比上緊時(shí)少一至二級(jí)。為了便于卸載，第一級(jí)的卸載力須比上緊時(shí)最終一級(jí)上緊力高出5%，其他各級(jí)應(yīng)均勻遞減。四級(jí)卸載力分級(jí)推薦值百分比如表8所示。

表8 四級(jí)卸載力分級(jí)推薦值百分比

3.4 設(shè)備法蘭螺栓最小上緊力計(jì)算

（1）墊片材料和密封面

采用鋁墊，厚度δ=5 mm，密封面形式為平面，壓緊面形狀按GB 150中的1a確定。

（2）墊片參數(shù)

查GB 150中表9-2,m=4.00，y=60.7 MPa。

（3）墊片尺寸

墊片內(nèi)徑D內(nèi)=2000 mm，墊片外徑D外=2080 mm，墊片寬度N=40 mm。

（4）墊片有效密封寬度

查GB 150中表9-2的1a，有：

按GB 150的9.5.1.1款，有：

（5）墊片壓緊力作用中心圓直徑

按GB 150的9.5.1.2款，有：

DG=D外-2b=2080-2×11.31=2 057.38 mm

（6）墊片壓緊力

FG=3.14DGby=3.14×2 057.38×11.31×60.7=4435 kN

（7）預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷

Wa=FG=4435 kN

（8）液壓試驗(yàn)狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷

（9）單個(gè)螺栓需要的最小螺栓載荷

因WP＞W(wǎng)a，則液壓試驗(yàn)狀態(tài)下單個(gè)螺栓需要的最小螺栓載荷為：

3.5 上緊力和卸載力的分級(jí)

上緊力和卸載力的分級(jí)推薦值如表9、表10所示。

表9 五級(jí)上緊力分級(jí)推薦值

表10 四級(jí)卸載力分級(jí)推薦值

3.6螺栓上緊順序

螺栓上緊順序按圖5所示進(jìn)行。

圖 5 上緊裝置布置和螺栓上緊順序

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐，提出了合理的緊固力與卸載力，從而有效地避免了激冷罐設(shè)備法蘭緊固件在緊固與卸載時(shí)出現(xiàn)密封墊、螺栓、螺母的損壞和密封性能失效的現(xiàn)象，同時(shí)該設(shè)備在試壓時(shí)也未發(fā)現(xiàn)密封墊有任何的泄漏現(xiàn)象。通過(guò)實(shí)踐可知，在大型設(shè)備法蘭緊固件的緊固與卸載時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題。

（1）螺栓、螺母、墊圈在選型時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定進(jìn)行選擇，其硬度值也應(yīng)是螺栓最大，螺母次之，墊圈相比較而言最軟,上緊裝置的上緊力應(yīng)小于螺栓、螺母的抗拉強(qiáng)度 （屈服強(qiáng)度）。

（2）設(shè)備緊固件在緊固前應(yīng)對(duì)螺栓最小上緊力進(jìn)行計(jì)算，然后再進(jìn)行分級(jí)，這樣可以有效地避免螺栓、螺母和試壓墊片的損壞。

（3）上緊裝置在螺栓上的布置順序，即為在同一上緊力下螺栓上緊的順序；上一次上緊與下一次上緊的位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一定位置，以達(dá)到上緊均勻的目的。卸載時(shí)卸載裝置在螺栓上的布置順序應(yīng)與螺栓上緊時(shí)相同，即卸載裝置的布置應(yīng)相互呈90°錯(cuò)開(kāi)，上一次與下一次卸載螺栓的布置也應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一定位置，以達(dá)到卸載時(shí)螺栓受力相差不大的目的。

（4）螺栓全部上緊后，如發(fā)現(xiàn)有微量的泄漏，允許將最終上緊力提高5%～10%，但應(yīng)校核螺栓應(yīng)力，以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

（5）螺栓卸載時(shí)卸載力的分級(jí)，通常比上緊時(shí)少一至二級(jí)；為了便于卸載，第一級(jí)的卸載力須比上緊時(shí)最終一級(jí)上緊力高出5%，其他各級(jí)應(yīng)均勻遞減。

（6）在使用卸載裝置進(jìn)行螺栓卸載操作時(shí)，應(yīng)注意上一級(jí)與下一級(jí)卸載力的銜接，以避免某一組螺栓拉力卸除過(guò)快，造成法蘭與墊片受力不均。

符號(hào)說(shuō)明

δ——墊片厚度，mm；

m——墊片系數(shù)，由GB 150中表9-2查得；

y——墊片比壓力，由GB 150中表9-2查得；

D內(nèi)——墊片內(nèi)徑，mm；

D外——墊片外徑，mm；

N——墊片接觸寬度，由GB 150中表9-1確定；

bo——墊片基本密封寬度，mm；

b——墊片有效密封寬度，mm；

DG——墊片壓緊力作用中心圓直徑，mm；

FG——窄面法蘭墊片壓緊力，包括Fa、FP、Wa，kN；

Fa——預(yù)緊狀態(tài)下，需要的最小墊片壓緊力，kN；

FP——操作狀態(tài)下，需要的最小墊片壓緊力，kN；

F——流體壓力引起的總軸向力，N；F=0.785DG2pc；

pc——液壓試驗(yàn)壓力，MPa；

Wa——預(yù)緊狀態(tài)下，需要的最小螺栓載荷，kN；

WP——操作狀態(tài)下，需要的最小螺栓載荷，kN；

WP′——單個(gè)螺栓需要的最小螺栓載荷，kN。

[1]TSG R0004-2009.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]GB150—1998.鋼制壓力容器 [S].

[3]HG/T21573—1995.高壓螺栓和螺栓液壓上緊裝置[S].

[4]GB/T3077—1999.合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件 [S].

[5]GB/T699—1999.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件 [S].

[6]GB/T196—2003.普通螺紋基本尺寸 [S].

[7]GB/T197—2010.普通螺紋公差 [S].

[8]GB/T 3103.1—2002.緊固件公差 螺栓、螺釘、螺柱和螺母 [S].

[9]GB4162—2008.鍛軋鋼棒超聲波探傷方法 [S].

[10]JB4726—2000.壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件[S].

[11]JB/T4730.1～6—2005.承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) [S].

Fastening and Unloading of Equipment Fasteners

Lai Bin Yang Yimu

Chilling tank is a representation of pressure vessel top products,the paper puts forward practical operation process,quality control measures and construction scheme of fasteners fastening and unloading during the equipment pressure test.The test results show that the proposed scheme could effectively avoid the damage of sealing gaskets,bolts and nuts during the equipment fasteners fastening,thus improve the sealing performance significantly.

Equipment flange;Fastener;Sealing gasket;Fastening;Unloading;Chilling tank

TQ 050.6

2013-02-25）

*賴(lài)斌，男，1986年生，助理工程師。什邡市，618400。