淺析石油化工裝置法蘭管理技術

侯東波，董林國，姜 濤

（中國石油吉林石化公司，吉林吉林 132021）

0 引言

法蘭螺栓密封結構是石油化工等過程工業中設備與管線、管線與管線、設備與設備以及設備內部零部件之間，常用的、可靠性較高且方便拆卸的聯接型式。法蘭在高溫高壓、易燃易爆、腐蝕性、劇毒介質工況下運行，較容易出現墊片壽命降低、預緊力松弛、螺栓失去彈性、交變應力或管道及設備運行狀態的影響等問題，降低了法蘭螺栓密封的可靠性和安全性，甚至發生法蘭螺栓接頭泄漏，造成嚴重的設備事故。

法蘭螺栓結構應用面極廣，應用率在可拆卸聯接中占比是領先，因此形成的密封點眾多，失效數量也是最多的，所引起的危害較大，因此，有必要對其失效原因進行分析和介紹。

1 密封原理

法蘭螺栓結構由于簡單可靠實用方便是一種常見的靜密封結構，利用螺栓施加的預緊力使兩個法蘭片將墊片夾緊，達到密封的目的。由于加工工藝的原因，所有的法蘭密封無法做到絕對光滑平整，法蘭密封之間始終會存在或多或少、或深或淺的溝槽和不平整，所以兩個法蘭片之間的墊片需要通過螺栓施加的預緊力將溝槽填滿，達到零泄漏。密封比壓力就是外添加的、既不會把墊片壓潰又恰好能形成密封無泄漏的預緊力。在設備及管道投入運行之后，內部壓力會逐步升高，這個壓力必將會抵消一部分螺栓的初始預緊力，企圖將兩個形成完好密封的法蘭片撐開，讓兩個法蘭彼此遠離。密封比壓就是墊片的回彈量恰好能補償設備或管線內壓力將兩個法蘭撐開的變形量，法蘭螺栓接頭密封可實現安全無泄漏的初始壓力。法蘭螺栓結構出現泄漏就是墊片的回彈量無法恰好補償內壓力將法蘭撐開的位移量。只有恰好適當的預緊力，既要保證墊片合適的回彈量，有要保證墊片不被壓潰，才能保證法蘭螺栓結構形成密封接頭。法蘭螺栓結構需要形成的一個穩定的閉合壓力區域，人們需要做的就是控制預緊力在這個合理的區域內，即最大值和最小值之間。

1.1 法蘭管理

根據國家相關標準、設備圖紙和壓力容器及壓力管道類別要求，選擇適用于法蘭類別和過程條件的正確墊片。若有沖突，以國家規范和圖紙為準。對于液壓試驗和一般法蘭構成，應按照螺柱表安裝所有螺柱并世家相應的預緊力。同時對于液壓試驗，應試驗計劃用于最終組裝的墊片類型，每當啟用連接件時應更換各墊片。但是有石墨包覆的墊片例外，其石墨涂層可更換，如KAG、Kam/PEG 和Kam/ORJ 墊片，而非SW 墊片，并且凸面和平面法蘭使用的墊片應可自定中心。

1.2 準備

清潔所有的密封面及相關的摩擦面，使用適當的刮板或鋼絲輪/鋼絲刷清潔墊片表面。如果需要，可用其去除銹跡/腐蝕、舊墊片材料等。將表面擦拭、刮擦干凈后，允許法蘭表面鋸齒中有部分殘余墊片。同時目測檢查法蘭，確保法蘭沒有機器損傷、徑向刀痕、劃痕、腐蝕產物、點蝕、刮痕等。如有任何損壞需上報，并進行處理。缺陷處理之后發布施工作業詳細說明，作業說明概述了法蘭和墊片表面的詳細測量值或加工情況，車間或廠內加工單位可參照該說明來修復受損表面。

2 安裝

在安裝之前必須按照相關程序詳細檢查，核對法蘭對準情況以及法蘭片之間的間距。同時涂抹相應的潤滑劑保證螺栓良好的潤滑并清潔螺紋。潤滑螺柱兩端以及螺母和軸承表面之間的螺紋，潤滑劑必須符合設計要求。在良好狀態下，潤滑良好且使用過的螺柱和螺母可安裝在管道法蘭上。如果用手無法輕易卸掉兩端上的螺母，則應使用絲錐和/或板牙解決問題或更換螺柱或螺母。可使用鋼絲刷從螺紋上去除松動材料，但是該程序不得用于去除磨損或修復新環境下的螺母和螺柱間的摩擦，因為該操作對此目標無效。

2.1 硬化墊圈

如果螺母下的法蘭區域確有磨損、凹槽，或者螺母沒有完整內嵌墊圈，則在將要緊固的螺母下安裝ASTM F-436 墊圈。在法蘭一側的螺母下安裝墊圈，以便在扭轉期間扭矩扳手會向下牽引。確保螺母一側的整個墊圈面朝下，突起的字母面朝上。將半數螺母板狀在法蘭一側并插入墊片，切勿使用防卡塞覆蓋墊片，才能安裝剩余螺柱。

2.2 緊固公差

通過手動扳手、空氣調節裝置（RAD）或氣沖來緊固螺柱，使其與部件貼合，將部件支撐在適當位置。使用法蘭間隙工具或卡尺測量法蘭周圍的空隙。最終組裝后，直徑小于24"（0.8 m）的RF 和舌槽法蘭以及環墊接頭（RTJ）法蘭應小于平行（翹起）部分的1/32"（0.104 cm），如法蘭外徑上的測量值。

（1）緊固模式按照星圖，通過手動扳手、RAD 扭矩槍（調壓沖擊式噴射機）或氣沖緊固螺柱。使用所需的多次作業循環使法蘭保持平行。

（2）切勿超過最終目標螺柱負載。對于需要大于等于200 ftlb（270 N·m）扭矩值的帶螺柱法蘭，最后一次作業循環期間應使用校準的扭矩扳手，以達到規定的扭矩值.將液壓扭矩設備施加于負載大于1 000 ft-lb（1350 N·m）的螺柱上。需要注意的是，精確度增加，所以不得使用扭矩增加器。最后一次作業循環如果施加的力至少為最終螺柱負載的80%，則使用扭矩扳手的最后一次作業循環采取環形模式。如果螺母緊固過度且使用扭矩扳手不動進一步旋轉，則稍微旋送螺母，重新緊固至規定的扭矩值。

（3）完成GEN-DS-5209 PPV 以扭轉法蘭，在適當的步驟后簽字：①若不使用QA/QC 組或EWO 創建者，則將該數據表發送給QA/QC 組或工單創建者；②只要GEN-DS-5209 PPV 所需信息包含在承包商文件中，用于緊固法蘭的認可簽字的供應商QA/QC 過程和文檔，可以由GEN-DS-5209 PPV 代替。

2.2 熱扭矩

管道法蘭上不得使用熱扭矩，除非工單另有規定。

（1）用于管道的星圖扭轉程序。以下扭矩模式將計劃用于所有管道系統連接件，包括對容器的連接件，使用過的墊片除外。為了初次緊固應使用圖A-1 中的星圖。只要法蘭均勻收緊，在圍繞法蘭的旋轉模式下從一側向另一側操作，法蘭周圍的實際模式或方向均不算問題。設置最終負載至少為80%后，可將最終模式設置為循環模式。在這一操作循環中應去除螺母，否則在使用校準的扭矩扳手檢查實現的最終負載。

（2）記錄并報告負載。完全緊固螺母至循環模式下規定的扭矩值。對于緊固至大于等于200 ft-lb 的法蘭，應使用校準的扭矩扳手設置最終所需負載，使用液壓扭矩扳手或張緊裝置設置需要大于等于ASME 管道法蘭扭矩值1 000 ft-lb 的螺母。如果在該操作循環中去除螺母，則需繼續進行作業循環，直至螺母停止旋轉。

3 總結

石油及化工裝置壓力容器、壓力管道和閥門間采用法蘭形式進行聯接，這些特種設備的安全穩定運行在很大程度受到法蘭聯接的影響。只有采用良好的系統化的法蘭管理技術，才能保證法蘭螺栓密封無泄漏，避免造成安全環保事故。所有的石化技術人員都應該重視法蘭管理，根據重要性建立不同的法蘭管理數據庫和數據結構。對石油化工管道法蘭管理中的工程施工管理進行剖析，相關人員雖描述了伊拉克馬季努恩項目的法蘭管理，但并未涉及法蘭焊接組裝和聯接過程中的詳細質量控制。法蘭管理就是法蘭螺栓接頭的過程管理，是指對法蘭片制造及保管、焊接組裝、緊固件、安裝、檢查清理、標識和文件管理等過程的總體描述，在法蘭螺栓結構的預制、安裝施工、調試運行和正式運行階段范圍內，實行完整的過程無死角的管理，不但要嚴格細致檢查材料配件，同時還有效焊接質量，將各類安裝作業標準化，解決能引起法蘭螺栓結構失效的本質問題，最終達到法蘭密封的本質安全。