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      淺談石油化工管道法蘭管理

      2021-10-15 06:18:08張波
      天津化工 2021年5期
      關(guān)鍵詞:扳手密封面墊片

      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)。

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