淺談石油化工管道法蘭管理

張波

（中石化第四建設(shè)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(cuò)綜復(fù)雜，而且介質(zhì)大多是有毒有害的，保證管道施工質(zhì)量就成了工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)。提到管道施工質(zhì)量可能最先想到的就是管道焊接質(zhì)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(shù)量龐大且工況復(fù)雜，近些年由法蘭接口引發(fā)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(zhì)量，加強(qiáng)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(gè)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(cuò)，不能滿足管道運(yùn)行的操作條件；3） 法蘭偏斜引起泄漏；4） 緊固不規(guī)范造成墊片損壞；5）由于緊固載荷不夠，不能使墊片達(dá)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(chǎn)生法蘭泄漏的原因可知，要確保法蘭不泄漏，就要通過嚴(yán)格的法蘭過程管控程序保證法蘭、墊片的安裝質(zhì)量以及選擇合適的緊固載荷使墊片能夠達(dá)到良好的密封性能。下面將從法蘭過程管理及緊固載荷計(jì)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(xùn)及管理

所有參與法蘭管理的人員必須經(jīng)過培訓(xùn)后持證上崗作業(yè)，嚴(yán)禁無證操作，培訓(xùn)分為理論培訓(xùn)和實(shí)操培訓(xùn)。理論培訓(xùn)由專業(yè)工程師負(fù)責(zé)向操作人員授課，講授法蘭管理的理論知識(shí)。實(shí)操培訓(xùn)主要是要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)專職操作人員進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)際操作培訓(xùn)，包括整體的質(zhì)量控制流程，設(shè)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(yàn)收工作，確保材料本質(zhì)合格。材料的驗(yàn)收要求如下：

1）所有材料要有質(zhì)量證明文件，文件內(nèi)容符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

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

3）法蘭的外緣應(yīng)有規(guī)定的標(biāo)識(shí)，且與質(zhì)量證明文件相符。

4）檢查合格后的法蘭，應(yīng)放在室內(nèi)進(jìn)行保管，并做好防銹蝕處理。

5）檢修工程中，法蘭打開后，應(yīng)組件檢查法蘭密封面狀況，清理影響密封的雜質(zhì)；

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

7）緊固件檢查合格后，螺紋表面需要涂抹螺紋保護(hù)劑，且螺紋部位涂抹均勻。

8）纏繞式墊片到貨驗(yàn)收，不得有松散、翹曲現(xiàn)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(yīng)采取先集中清洗、后檢查再利用的原則。清洗時(shí)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(shè)備選用

根據(jù)螺栓規(guī)格不同，使用不同的擰緊設(shè)備，主要采用手動(dòng)力矩扳手、電動(dòng)力矩扳手和液壓扳手。力矩≤1000N·m 的螺栓可采用手動(dòng)力矩扳手進(jìn)行緊固，力矩大于1000N·m 的螺栓推薦使用電動(dòng)力矩扳手或者液壓扳手進(jìn)行緊固，可配套沖擊扳手進(jìn)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(duì)法蘭密封面及墊片進(jìn)行檢查確認(rèn)，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(hù)油脂。

2）連接法蘭的螺栓應(yīng)能自由穿入。

3）法蘭螺栓安裝方向、外露長(zhǎng)度應(yīng)一致。

4）用手?jǐn)Q緊螺母，確保螺母能在螺柱上轉(zhuǎn)動(dòng)順暢。

5）法蘭安裝不能偏斜，法蘭密封面的平行度要滿足規(guī)范要求。

2.1.5 螺栓緊固

法蘭連接螺栓應(yīng)對(duì)稱順序擰緊，緊固力矩值需要分級(jí)進(jìn)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(dòng)扳手初步緊固，同時(shí)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(duì)稱法緊固，核實(shí)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(duì)稱法緊固，核實(shí)法蘭間距以確保一致性。

步驟4：以目標(biāo)力矩值上緊螺栓，采用對(duì)稱法緊固，核實(shí)法蘭間距以確保一致性。

步驟5：繼續(xù)以目標(biāo)力矩值緊固螺栓，采用順序緊固，最終核實(shí)法蘭間距以確保一致性。

按照上述步驟對(duì)法蘭螺栓緊固完成后，用記號(hào)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(biāo)識(shí)牌，標(biāo)識(shí)牌上標(biāo)注好管線號(hào)、法蘭編號(hào)、目標(biāo)力矩值、操作人及操作時(shí)間等。

2.2 螺栓緊固載荷計(jì)算

選擇合適的緊固載荷也是法蘭管理的重點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)規(guī)范及文獻(xiàn)資料中沒有一個(gè)統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法，給出的大多是一個(gè)固定的緊固力矩值，然而緊固力矩并不應(yīng)該是一個(gè)固定值而是一個(gè)區(qū)間值，一是要保證法蘭連接口達(dá)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(shù)值，從力矩計(jì)算公式：T=KFd 來看，式中：T 為力矩，K為扭矩系數(shù)（一般取0.1～0.2），F(xiàn) 為預(yù)緊力，d 為螺栓公稱直徑，扭矩系數(shù)K 是個(gè)變化值，這和螺紋結(jié)合面的光滑度、螺母與法蘭端面的光滑度以及是否采用潤(rùn)滑都相關(guān)，扭矩系數(shù)的變化對(duì)力矩值的影響很大，因此，為了減少誤差應(yīng)保證預(yù)緊力的計(jì)算準(zhǔn)確。

2.2.1 按墊片性能計(jì)算預(yù)緊力

1）操作狀態(tài)下按照墊片最小壓緊力，計(jì)算單個(gè)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(tài)下內(nèi)壓引起的總軸向力，F(xiàn)p 為操作狀態(tài)下最小墊片壓緊力，n 為螺栓數(shù)量，F(xiàn) 及Fp 的計(jì)算方法參照GB150.3。

2）預(yù)緊狀態(tài)下按照墊片最小壓緊力，計(jì)算單個(gè)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(yù)緊狀態(tài)下最小墊片壓緊力，計(jì)算方法參照GB150.3。

3）按照墊片的最大允許應(yīng)力，計(jì)算單個(gè)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(yīng)力，Ag 為墊片密封面積。

2.2.2 按螺栓允許應(yīng)力計(jì)算預(yù)緊力

按照螺栓允許應(yīng)力，分別計(jì)算單個(gè)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，F(xiàn)b2 =0.7 ×Rel ×Ab；式中：Rel 為螺栓屈服強(qiáng)度，Ab 為螺栓應(yīng)力截面積。

2.2.3 綜合比較

分別確定單個(gè)螺栓緊固需要的最小載荷Fmin和最大載荷Fmax

2.2.4 計(jì)算螺栓緊固力矩區(qū)間值Tmin，Tmax

Tmin=k×Fmin×d

Tmax=k×Fmax×d

2.3 質(zhì)量過程控制要點(diǎn)

2.3.1 安裝前檢查

重點(diǎn)檢查管內(nèi)潔，法蘭面、墊片是否有損傷，并對(duì)螺栓與墊片材質(zhì)、規(guī)格進(jìn)行檢查是否與設(shè)計(jì)圖紙一致。對(duì)于銹蝕的法蘭密封面，可采用手動(dòng)鋼絲刷或其他手動(dòng)工具除銹，且用清洗劑去除污漬，檢查其密封面的狀況，嚴(yán)重?fù)p傷的法蘭密封面不予使用。對(duì)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(jìn)行更換。

2.3.2 法蘭螺栓緊固后質(zhì)量檢查

法蘭螺栓緊固完成后，項(xiàng)目質(zhì)檢人員按照?qǐng)?bào)檢記錄對(duì)螺栓力矩、法蘭平行度進(jìn)行抽查，合格后簽字確認(rèn)。

2.3.3 試壓校驗(yàn)

管道試壓是檢驗(yàn)法蘭密封性能的一個(gè)重要手段，在試壓過程中要著重檢查每對(duì)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(yàn)要做到以下幾點(diǎn)：

1）若發(fā)現(xiàn)法蘭有泄漏，嚴(yán)禁帶壓緊固，檢查好泄漏點(diǎn)，做好標(biāo)記，泄壓后進(jìn)行處理；

2）泄壓后，復(fù)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(duì)面的螺栓，重新進(jìn)行調(diào)整法蘭平行度，并按照螺栓緊固步驟重新進(jìn)行緊固；如若只是螺栓力矩不滿足要求，可以直接按照目標(biāo)力矩進(jìn)行緊固；

3）法蘭調(diào)整后，再重新進(jìn)行試壓檢驗(yàn)，再次試驗(yàn)以不泄漏為合格，并重新對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行標(biāo)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(jìn)行更換或者在線修復(fù)，缺陷消除后，再次試壓檢驗(yàn)，直到校驗(yàn)合格后，對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行標(biāo)記。

3 結(jié)束語

根據(jù)上述理論和數(shù)據(jù)分析可看出管道法蘭管理是一個(gè)系統(tǒng)性工程，將涉及法蘭密封效果的相關(guān)因素綜合考慮，包括法蘭組對(duì)、密封面狀況、密封墊片質(zhì)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(yán)格過程管控，加強(qiáng)材料管理并且嚴(yán)格控制緊固載荷，才能有效的避免法蘭可能出現(xiàn)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。