1.概述       

石油化工裝置具有高溫高壓、易燃易爆、有毒有害及腐蝕性強等特點，法蘭連接形式的靜密封大量存在，因螺栓緊固不合格而導致法蘭泄漏時常引發事故      

2.法蘭靜密封點及泄漏原因       

石化裝置中兩相對靜止的密封結合面，可稱為一個靜密封點。靜密封點種類多且數目龐大，其中法蘭連接是最常用的方式。其密封原理是通過螺栓的預緊力作用，把兩個法蘭密封面之間的墊片壓緊，以次實現密封。［1］       

泄漏——指介質通過內外界面（即密封面）發生泄漏。其根本原因是接觸面上存在間隙，而兩側的壓力不均和濃度差異則是泄漏的推動力。發生泄漏，輕者，會跑冒滴漏，造成浪費、影響環境；重者，會著火、爆炸、中毒、燙傷，危及生命、污染環境、影響生產。      

造成法蘭泄漏的原因很多，主要有以下幾種：

（1）原材料，包括法蘭或墊片的問題；

（2）安裝問題，包括安裝程序和螺栓預緊力問題等，主要指螺栓預緊力沒有均勻對稱地作用于墊片上，預緊力過小或過大等；

（3）使用及其他問題，包括管道系統布置、震動、管道柔性不夠及應力等。以上種種，都是造成法蘭泄漏的隱患。為實現安全無泄露的法蘭連接，在保證法蘭、墊片性能符合要求的前提下，正確地進行螺栓預緊及法蘭安裝就變得格外重要。［2］       

3.螺栓緊固及緊固通則       

螺栓連接是應用非常廣泛的一種連接方式。螺栓連接的主要作用是結構件連接和密封件連接。對于這兩種連接，如果連接不好，會出現螺栓松動，以致螺栓損壞，導致結構件不穩固、密封面泄漏。       

3.1螺栓在鎖緊的過程中必須滿足以下條件      

3.1.1螺栓所受拉力的計算

假設有n個螺栓，則其工作狀態下所產生的拉力總載荷要大于等于容器內壓和密封墊預緊壓力之和。考慮到螺栓在工作時由于溫度的升高，螺栓會膨脹，因此，還要考慮螺栓的熱膨脹量，則每一根螺栓所受的拉力計算公式如下：      

F=P×πD²/n+λ1×S+E×A×ΔL/L       

字母含義：

P—壓力容器的內部壓強；      

D—法蘭投影圓的直徑，一般取密封墊的中徑；       

λ1—密封比壓；       

S—密封墊的最大半徑面積；       

E—彈性模量；      

n—螺栓根數；       

A—螺栓橫截面積；      

L—兩螺母中心間距；       

ΔL—螺栓的伸長量減去法蘭的伸長量：ΔL=λ1×L1×(T1–T0)–λ2×L2×(T2–T0)λ1—螺栓膨脹系數；

λ2—法蘭膨脹系數；

L1—螺栓的長度；

L2—法蘭的厚度；       

T1—螺栓的工作溫度；

T2—法蘭的工作溫度；

T0—環境溫度（通常為25℃）

3.1.2在鎖緊螺母時要對稱同步鎖緊。     

3.1.3每根螺栓所產生的拉力載荷要均勻一致，當然，在實際操作中，絕對的均勻一致是達不到的，根據ASME標準，要求其載荷誤差為±10%。    

3.1.4各種扳手輸出的是一個力矩T，通過力矩T來轉動螺母，從而使螺栓拉伸，螺栓因為拉伸了而產生一定的載荷，這就是扳手鎖緊螺栓螺母的基本原理。   

3.2傳統螺栓緊固方式的不足       

3.2.1螺栓緊固不均勻       傳統的螺栓緊固方式，完全依靠人力。

由于操作者個體間力量上存在差異，多人同時操作無法保證相同的緊力，單人作業從開始至最后結束整個作業過程力量分配存在不同，無法保持相同的緊力。       

受作業空間和作業條件限制，容易用力的位置螺栓獲得的緊力大，不方便用力的位置獲得的緊力相對小些，導致密封面緊力不均，密封面就會產生微觀的凸凹不平，產生微觀偏口。墊片沒有壓實，運行一段時間就會發生泄漏。大多情況下的泄漏，不是螺栓緊力不夠而是緊力不均發致。即使測量法蘭的平行度，測量方法也較粗放，不夠精準。  

3.2.2不能科學準確的確定螺栓預緊力       傳統螺栓緊固方式預緊力的確定，通常靠聽聲音、感覺和憑經驗，緊力過大時壓壞墊片、損壞螺栓，緊力不夠則造成泄漏。大多情況為防止泄漏，緊力往往偏大，嚴重時，一旦超過螺栓最大屈服極限，螺栓產生塑性變形，螺距改變，永久失效，導致拆卸困難，縮短螺栓使用壽命以致報廢。  

3.2.3勞動強度大、費時費力       需要較大緊力的螺栓，就要用加力桿、長套管、多人齊用力，浪費人力，增加勞動強度，浪費時間。  

3.2.4無法做到同時同緊力多點對稱緊固。

3.2.5煉化裝置高溫高壓設備開車時需要熱緊，消除螺栓緊固的不確定性，人工作業風險大。      

4定力矩扳手的使用       

4.1力矩確定       如何確定螺栓的扭緊力矩T？有一個已經簡化了的經驗公式：    

T=KFd×10ˉ³(N.m)      

K—擰緊力矩系數，根據表面狀態可大致選定參考值，對于一般加工表面，如果有潤滑的，可以取0.13～0.15；如果沒有潤滑的，可以取0.18～0.21；       

d—指螺紋的公稱直徑      

F—指預緊力，碳素鋼螺栓取（0.6～0.7）σA；合金鋼螺栓取（0.5～0.6）σA       

σA—σ是螺栓材料的屈服點；A=π/16(d2+d3)2，d2為螺紋中徑，d3=d1-H/6；d1是小徑，H是螺紋原始三角形高度；H值根據不同螺紋可算出，約為0.87倍的螺距P。

舉例：M20的螺栓，8.8級。T=K×σ×A×d×10ˉ³       =0.19×219×245×20×10ˉ³       =204N·m       由上述公式可知，扭緊力矩T與螺栓的規格以及螺栓的強度等級有關。也可參考經過計算的經驗螺栓緊固扭矩選擇表來選擇扭矩。       需要說明的是，許多裝置檢修中，所在裝置業主往往會給定一緊固力矩。檢修方經過確認后，可按照業主給定的力矩值進行緊固。      

4.2安裝檢查內容      

4.2.1偏口（不同心、不垂直、法蘭不平行）兩法蘭間允許的偏斜值應小于1mm；       4.2.2錯口，在螺栓孔直徑及螺栓直徑符合標準的情況下，不用其它工具可將螺栓自由地穿入螺栓孔為合格；       

4.2.3螺母必須垂直于螺柱的軸線進行旋合，切勿傾斜。兩法蘭必須在同一中心線上且平行。不允許用螺栓或尖頭鋼釬插在螺孔內校正法蘭，以免螺栓承受過大的應力；       4.2.4在安裝過程中，螺栓螺母應清洗干凈，并涂潤滑劑，減少摩擦，方便拆裝。安裝螺栓及螺母時，螺栓上鋼印的位置應便于檢查。高溫煙氣、中壓蒸汽或介質溫度≥300℃的螺栓螺紋部分必須涂抹高溫防咬合劑，其它螺栓必須涂二硫化鉬等潤滑劑；       4.2.5無論檢測還是緊固，應掛緊固數據牌。注明日期、施工單位、扭矩值、檢測（緊固），做為下次檢修時的參考。     

4.3定力矩緊固的操作程序

4.3.1四同步定力矩緊固的操作程序       

將法蘭螺栓等分為四個象限，對每個象限中的螺栓用記號筆順時針編號。

設備緊固的操作程序分為至少分為三遍緊固,即預緊扭矩75%、100%、100%三遍緊固。（一般視情況也可進行4-5遍緊固，如發現螺母松動則需要繼續緊固，直到所有螺母不動為止。）

方法順序（如圖2所示）：四同步的每名操作人員在三遍緊固中分別緊固整個法蘭螺栓的四分之三，即1-2-3-1-2-3-1-2-3，使所有人員的工作軌跡有半圈重合，由此來縮小預緊力差異化。最大限度的均衡因機具及人員差異造成的扭矩不均勻。              

4.3.2兩同步定力距緊固施工方法及步驟：       

第一遍兩同步緊固的每名操作人員在緊固中分別先用75%扭矩值對角緊固4條1號螺栓，然后順時針緊固剩余螺栓。最后兩遍緊固方法同上，緊固力矩為給定力距的100%。無論使用四同步還是兩同步緊固，操作手必須待所有扳手均動作后，才可進行下一組螺栓緊固。       

4.4對人員的要求       

4.4.1定力距緊固相關人員必須經過定期培訓，考核通過后上崗。       

4.4.2每個定力距小組均由1名操作手（主要負責人、組長）、4名輔助手、1名監護人員共6人組成。操作手負責設備組裝、調壓、預緊操作及現場指揮、組員管理，4名輔助手負責使扳手靠牢、移動扳手等、1名監護人員負責解決突發事件及現場溝通等相關事宜。       

4.4.3操作手與輔助手在設備緊固過程中有固定指令，在確認每個扳手動作之后再進行下一組螺栓緊固，同時操作手應根據壓力及經驗調整緊固節奏使同步緊固螺栓受力均勻。       

4.4.4輔助手在緊固過程中切忌扭轉密封部位，緊固過程中使扳手套筒緊貼法蘭，保持扳手套筒與螺栓同軸。       

4.5常見問題

4.5.1法蘭螺栓外露長度不等。雙頭螺栓的安裝，兩端均應有2～3個螺牙突出螺母。       4.5.2緊固后的螺栓單側過長，不符合規范，不利于將來更換螺栓。       

4.5.3密封面無保護，在安裝過程中，容易發生撞擊致使密封面損失。       

4.5.4舊螺栓未經過浸油、除銹處理，緊固人員需在處理過后再安裝。       

4.5.5墊片未放好。      

4.5.6存在螺栓過緊現象(一拆即斷），或螺栓過緊無法拆卸，只能割斷。       

4.6驗收

法蘭緊固后，業主方進行設備試壓。設備試壓如有泄露，調整扭矩值重新緊固；若設備試壓成功，填寫設備緊固確認卡，業主方與施工方共同簽字確認。設備緊固確認卡1式3份，由業主方與施工方分別保管，作為施工過程記錄及相關憑證。       

5結語      

靜密封法蘭緊固四要素：“螺栓、密封面、墊片、力矩”，即：螺栓要選好、處理好；密封面要處理好；墊片要放好；力矩要設好，緊固順序要記好。最終決定因素是“人的因素”       定力矩扳手的廣泛使用，彌補了傳統緊固方式的不足。并且節省了人力，降低了勞動強度。定力矩緊固考慮了溫度對預緊力的影響，確定了合理的預緊力補償值，可以節省熱緊工序，完全消除了高溫工況下人工作業的不安全因素，并縮短開工時間，產生巨大間接效益。