小螺栓蘊(yùn)含大話題

小螺栓蘊(yùn)含大話題

緊固不當(dāng)：小環(huán)節(jié)疏忽帶來(lái)大危害

近年來(lái)，因螺栓緊固不當(dāng)帶來(lái)的設(shè)備安全問題屢見不鮮，緊固不足、緊固過量、緊固不均等引起的振動(dòng)超標(biāo)、螺栓斷裂、部件脫落等設(shè)備故障、安全事故時(shí)有發(fā)生。

2010年1月20日，大唐左云項(xiàng)目的風(fēng)機(jī)維護(hù)人員進(jìn)行“風(fēng)機(jī)葉片主梁加強(qiáng)”工作，直到2010年1月27日工作結(jié)束。1月31日，43號(hào)風(fēng)機(jī)發(fā)出多個(gè)報(bào)警后因振動(dòng)值高快速停機(jī)。經(jīng)維護(hù)人員處理后再次就地復(fù)位啟動(dòng)。次日，43號(hào)風(fēng)機(jī)發(fā)生倒塌事件。塔筒中段、上段、風(fēng)機(jī)機(jī)艙、輪轂順勢(shì)平鋪在地面上，塔筒上段在中間部分發(fā)生扭曲變形。齒輪箱與輪轂主軸軸套連接處斷裂，齒輪箱連軸器破碎，葉片從邊緣破裂，大量填充物散落在地面上。事故發(fā)生后，風(fēng)電場(chǎng)將二期風(fēng)機(jī)全停，并進(jìn)行外觀、內(nèi)部的全面檢查。3月4日，左云風(fēng)電公司檢查發(fā)現(xiàn)二期61號(hào)風(fēng)機(jī)中下塔筒法蘭連接螺栓斷裂48個(gè)（共125個(gè)），在螺栓未斷裂部分的法蘭與筒壁焊縫中有長(zhǎng)度為1.67米的裂縫，其異常現(xiàn)象與倒塌的43號(hào)塔筒情況基本一致。

是什么原因造成大量螺栓斷裂，引發(fā)此次倒塌事故呢？在去年第10期《能源》雜志封面文章《風(fēng)機(jī)折翼》中有如下兩句描述：“運(yùn)行期間沒有按照要求進(jìn)行塔筒螺栓的力矩檢查和維護(hù)。”、“風(fēng)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)施工單位對(duì)螺栓力矩沒有按照施工要求進(jìn)行，機(jī)組的塔筒連接螺栓大部分存在力矩不足，有些螺栓用手就可以擰動(dòng)。”

2014年8月，某加工分廠的1臺(tái)數(shù)控高速端面外圓磨床出現(xiàn)故障，砂輪移動(dòng)量與顯示器顯示數(shù)值不符，導(dǎo)致加工出現(xiàn)誤差。維修人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)拆卸檢修中發(fā)現(xiàn)，兩副導(dǎo)軌滾珠的固定裝置出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致滾珠灑落，使導(dǎo)軌上出現(xiàn)了多處劃痕和小坑。經(jīng)過技術(shù)分析檢查和討論，終于發(fā)現(xiàn)，兩副導(dǎo)軌的平行度有14微米的誤差，誤差的原因是由于機(jī)床生產(chǎn)廠家在用螺栓對(duì)十字交叉直線導(dǎo)軌進(jìn)行緊固時(shí)，沒有壓死及調(diào)整均勻，逐漸造成直線導(dǎo)軌受力不均，導(dǎo)致滾珠灑落、故障發(fā)生。

上述兩個(gè)案例，究其原因，都與螺栓緊固不當(dāng)密不可分。一直以來(lái)，在螺栓緊固時(shí)，諸如選擇哪種方案，使用什么工具，緊固多少圈這樣的問題，很少會(huì)有人去研究，然而正是這極其細(xì)微的一個(gè)小小環(huán)節(jié)，卻與設(shè)備的健康運(yùn)行息息相關(guān)，不容疏忽。

緊固要點(diǎn)：抗拉屈服與預(yù)緊力計(jì)算

螺栓的緊固流程一般分為4步：確定螺栓抗拉屈服—計(jì)算出軸向預(yù)緊力（抗拉屈服0.7～0.9倍）—根據(jù)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)判斷出最佳預(yù)緊載荷對(duì)應(yīng)的扭矩值—緊固。

緊固流程的前兩步為查表計(jì)算，基本上沒有太大的問題。其中第一步確定螺栓抗拉屈服，與螺栓的材質(zhì)有關(guān)，從機(jī)械手冊(cè)可以查出相關(guān)的數(shù)據(jù)第二步預(yù)緊力的計(jì)算分為兩種：鋼結(jié)構(gòu)的的預(yù)緊力計(jì)算，國(guó)際權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)是VDI2230；有密封墊片的壓力容器及壓力管線法蘭預(yù)緊力計(jì)算，現(xiàn)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB150.3-2011中關(guān)于螺栓設(shè)計(jì)載荷的部分也有詳細(xì)的公式。

后兩步因選用緊固工具和方式的不同而存在種種誤差，為設(shè)備安全帶來(lái)很多隱患。

為了解決上述隱患，緊固工藝在近幾十年來(lái)，不斷的改進(jìn)和發(fā)展，從最初的手動(dòng)緊固，到氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓緊固，有了很大的進(jìn)步。

傳統(tǒng)的大錘敲擊、人力扳杠等緊固方法完全由人的感覺判斷，力矩的大小無(wú)從計(jì)量，毫無(wú)精度可言，其緊固效果只能寄希望于操作人員的人個(gè)經(jīng)驗(yàn)，螺栓預(yù)緊力的大小根本無(wú)從談起，更多的是盡人事、聽天命的無(wú)奈

最初的氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓扳手緊固工藝，雖然可以設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓的扭矩，但因?yàn)樾枰苑醋饔昧Ρ蹃?lái)平衡驅(qū)動(dòng)力，存在偏載，導(dǎo)致不同螺栓緊固時(shí)的實(shí)際摩擦阻力相差較大，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)知每條螺栓緊固時(shí)實(shí)際的摩擦阻力，因此其預(yù)緊力數(shù)值自然也成了未知數(shù)。此外，要通過扭矩來(lái)緊固或拆松螺栓，由于螺桿在緊固過程中承受了扭轉(zhuǎn)力，可能導(dǎo)致螺栓的損壞。

至于液壓拉伸和加熱拉伸，因?yàn)樾枰獙?duì)螺栓進(jìn)行過度拉伸，超拉的預(yù)估值及人工旋緊螺母的影響，再加上各種不同的應(yīng)用因素、工況條件、螺栓螺母配合公差、垂直度和摩擦系數(shù)等影響，使螺栓緊固的精度變得不易控制，很難令人滿意。

對(duì)于同一法蘭的不同螺栓而言，如果預(yù)緊力不均，相對(duì)預(yù)緊力較小的螺栓就成了致命弱點(diǎn)，或從該點(diǎn)泄漏，或因承受較大交變應(yīng)力，導(dǎo)致該螺栓松動(dòng)、斷裂，引發(fā)設(shè)備振動(dòng)加劇，甚至機(jī)毀人傷。

緊固設(shè)備：從個(gè)人經(jīng)驗(yàn)到精確設(shè)定

毫無(wú)疑問，最初的緊固設(shè)備很簡(jiǎn)陋，對(duì)于傳統(tǒng)的緊固方法，徐君琦略有微詞：“活扳手、套筒扳手和錘子的使用全憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，緊固效果的好壞根本無(wú)法保證。”

那么現(xiàn)在的緊固設(shè)備如何呢？據(jù)徐君琦介紹：“凱特克（HYTORC）人保持著一個(gè)無(wú)比自豪的紀(jì)錄，即在過去的40多年來(lái)，液壓扳手行業(yè)，每次重大技術(shù)改進(jìn)及發(fā)明，均源自于HYTORC。1968年，HYTORC發(fā)明了世間第一部帶反作用力臂的液壓扳手，是現(xiàn)在業(yè)界所用液壓扳手的原型。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，在使用反作用力臂來(lái)阻止工具轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可能很難找到一個(gè)可靠的著力點(diǎn)，而且反作用力臂還可能造成手指夾傷，會(huì)產(chǎn)生多余的摩擦力和彎曲力，可能還需要很多把防止螺母跟轉(zhuǎn)的扳手。為此，HYTORC于1990年推出無(wú)反作用力臂緊固螺栓技術(shù)，并通過不斷改進(jìn)，使無(wú)反作用力臂緊固技術(shù)至臻完美。”

徐君琦介紹了HYTORC無(wú)反作用力臂緊固螺栓技術(shù)系列設(shè)備。包括經(jīng)典的STEALTH多功能雙速中空扭矩拉伸機(jī)和AVANTI 多功能方頭驅(qū)動(dòng)扭矩拉伸機(jī)。以及其天才設(shè)計(jì)的CLAMP拉伸螺母、DISC拉伸墊圈及Z-Washer“自反作用力墊圈”。

節(jié)能減排小螺栓的效益有多高（下篇）

“現(xiàn)在有些石化企業(yè)，一旦廠區(qū)不冒黑煙，看不到明顯泄漏點(diǎn)，就心安理得地自詡為無(wú)泄漏工廠，可是檢查時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)存在大量的VOC（揮發(fā)性有機(jī)物）泄漏。這些廠區(qū)，大多可以聞到各種刺鼻的怪味，其實(shí)就是VOC的無(wú)組織排放。每個(gè)排放點(diǎn)或許很小，甚至肉眼難辨，但排放量卻一點(diǎn)也不少，大多因螺栓緊固不當(dāng)所致。”據(jù)徐君琦介紹，英國(guó)UKOOA曾作過統(tǒng)計(jì)，100起法蘭泄漏的事故中有81%的泄漏是不正確的螺栓載荷即預(yù)緊力造成的。如果能夠緊固好這些小小的螺栓，那么效益將很可觀。

泄漏“暗潮洶涌”，監(jiān)測(cè)體系加緊實(shí)施

隨著石油化工裝置的大型化，工廠生產(chǎn)快速發(fā)展，因螺栓緊固不當(dāng)所造成的管線組件和壓力容器跑冒滴漏的問題越來(lái)越引起人們的重視。泄漏不僅造成物料的損失、環(huán)境的污染，還可能導(dǎo)致巨大的傷亡破壞事故。

去年，美國(guó)某權(quán)威環(huán)境評(píng)測(cè)公司對(duì)我國(guó)23家石化廠進(jìn)行測(cè)算評(píng)估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅僅這23家石化廠每年的VOC排出量竟然高達(dá)12.5萬(wàn)噸，這讓人不禁對(duì)我國(guó)全國(guó)工廠的VOC排放值多了幾分恐懼。

此外，因?yàn)楹芏喙S存在著大量肉眼難以發(fā)現(xiàn)的泄漏，造成了生產(chǎn)過程中各類事故發(fā)生機(jī)率的增加。特別是近年來(lái)，因設(shè)備泄漏導(dǎo)致的爆炸、火災(zāi)、設(shè)備損壞、產(chǎn)品報(bào)廢、人員傷亡、環(huán)境污染等重大事故的報(bào)道從未中斷，給工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境衛(wèi)生和人身安全帶來(lái)極大的危害。

很顯然，國(guó)家也看到了工廠泄漏所帶來(lái)的危害，將工廠泄漏的治理，特別是石化行業(yè)VOC排放的綜合整治視為重中之重。環(huán)境保護(hù)部于2014年12月5日印發(fā)《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》的通知，出臺(tái)《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》，要求2017年7月1日前，建成全國(guó)石化行業(yè)VOCs監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系。從政策上為我國(guó)大幅減少石化行業(yè)VOC排放，促進(jìn)環(huán)境空氣質(zhì)量改善提供了有力的保證。

治理“跑冒滴漏”，螺栓緊固效益高

影響法蘭密封的因素包括螺栓預(yù)緊力、墊片性能、密封面形式和精度、法蘭和螺栓的機(jī)械性能及設(shè)備的操作條件等。其中以螺栓預(yù)緊力為最。

某石化公司煉油廠重整芳烴車間柴油加氫精制裝置進(jìn)料、反應(yīng)產(chǎn)物換熱器E-402A、B（型號(hào)BIU1000-6.4/6.4-275-6/25-2I）兩臺(tái)，是在1998年大修期間安裝并投入使用的。反應(yīng)產(chǎn)物為柴油、汽油、氫氣、硫化氫、氨。管箱與管板法蘭以及殼體與管板法蘭之間采用八角墊圈（材質(zhì)0Cr13，外徑1125mm），此密封部位的介質(zhì)操作溫度330℃。在裝置開、停車期間，柴油與航煤原料切換操作時(shí)，以及裝置操作壓力、溫度波動(dòng)時(shí)，其管箱與法蘭之間的密封易出現(xiàn)泄漏、冒煙情況。2007年3月，HYTORC技術(shù)工程師對(duì)該裝置進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)換熱器E-402/A、B提出了螺栓堅(jiān)固優(yōu)化方案。于2007年9月檢修期間進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化改進(jìn)，優(yōu)化后，“零泄漏”目標(biāo)完成效果良好。此后數(shù)年，在易泄漏法蘭安裝、螺栓緊固優(yōu)化項(xiàng)目上先后多次與HYTORC保持良好的合作關(guān)系。

煉油廠焦化車間的焦化塔及管線法蘭因?yàn)槊刻鞙囟茸兓^大（從常溫到300℃以上），容易發(fā)生泄漏。某焦化車間的靠餾出線法蘭，原來(lái)每隔幾個(gè)月就會(huì)發(fā)生法蘭泄漏，自從2008年HYTORC采用預(yù)緊力控制技術(shù)改造以后，在接下來(lái)3年的運(yùn)行期間沒再發(fā)生過泄漏。

某石化公司300萬(wàn)噸/年重油催化裂化聯(lián)合裝置的油漿蒸汽發(fā)生器換熱器原來(lái)為防止泄漏發(fā)生，油漿發(fā)生器管程和殼程法蘭均在螺母下安裝了碟簧，再以液壓扳手設(shè)定力矩緊固。然而看似完美的緊固卻暗藏隱患，此后數(shù)年中，兩臺(tái)油漿發(fā)生器多次發(fā)生泄漏、著火等重大事故。2009年，采用HYTORC螺栓緊固技術(shù)進(jìn)行改造，解決了泄漏問題，2年一度的運(yùn)行周期中再未發(fā)生因螺栓緊固問題造成的計(jì)劃外停車事故，并在以后的每次大修中均采用了HYTORC技術(shù)。

HYTORC提供從泄漏檢查到泄漏治理的完整解決方案在我國(guó)廣為應(yīng)用

設(shè)備齊全“如錦”，制度培訓(xùn)“添花”

談到泄漏的治理，徐君琦認(rèn)為，“密封是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，如果出現(xiàn)泄漏應(yīng)該全方面的分析設(shè)備的硬件條件，操作及控制等軟件條件。對(duì)于硬件條件，比如明顯的螺栓失效、法蘭變形、密封面或密封墊破損能夠比較容易分析，但對(duì)于軟件條件，比如螺栓預(yù)緊力是否達(dá)到，是否均勻，設(shè)備操作的溫度和壓力是否有波動(dòng)等則應(yīng)該通過計(jì)算、測(cè)量等手段進(jìn)行調(diào)查。

徐君琦說(shuō)：“僅僅靠使用質(zhì)量很好、精度很高的工具，還不足以停止泄漏。 HYTORC通過穩(wěn)步發(fā)展的液壓扭矩拉伸緊固系統(tǒng)，不斷簡(jiǎn)化擰緊和拆松螺栓的過程。HYTORC提供從泄漏檢查到泄漏治理的完整解決方案，依照ASME （美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)）制訂的PCC-1-2010（壓力邊界螺栓法蘭連接裝配指南）進(jìn)行全面的分析和科學(xué)的指導(dǎo)，保證緊固完成后的法蘭連接的可靠性和長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。HYTORC的解決能力包括查找或定點(diǎn)檢測(cè)可能存在的泄漏；根據(jù)ASME的原理對(duì)泄漏原因進(jìn)行分析；對(duì)法蘭緊固方案及任何螺栓緊固問題提供咨詢；對(duì)法蘭密封面進(jìn)行在線檢查及修復(fù)；提供法蘭安裝的設(shè)備和技術(shù)支持；對(duì)法蘭緊固操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高其專業(yè)技能。”

到目前為止，HYTORC提供從泄漏檢查到泄漏治理的完整解決方案已經(jīng)在我國(guó)的石油、化工、鋼鐵、風(fēng)電、火電、核電、水電、鐵路、大型工程機(jī)械、造船業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。從小小螺栓入手，全力消除設(shè)備法蘭泄漏和螺栓事故，在節(jié)能減排方面卓有成效，為我國(guó)綠色工業(yè)的發(fā)展提供了有力的保證。