中東海上氣田項(xiàng)目殼牌標(biāo)準(zhǔn)框架下的法蘭管理

朱 澧

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

關(guān)鍵字：工藝管線；法蘭管理；殼牌標(biāo)準(zhǔn)

在石油天然氣工藝管線系統(tǒng)安裝過程中，法蘭安裝是重要的一環(huán)。而根據(jù)不同的業(yè)主所使用的標(biāo)準(zhǔn)，其中會(huì)有些許差別。根據(jù)某中東項(xiàng)目業(yè)主要求，該海上天然氣生產(chǎn)平臺(tái)所使用的為殼牌標(biāo)準(zhǔn)。所以，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)法蘭管理要求，本文做了相關(guān)的技術(shù)總結(jié)。

1 法蘭管理技術(shù)

1.1 法蘭管理技術(shù)概述

法蘭管理是指對(duì)法蘭片保管、組隊(duì)安裝、螺栓緊固、現(xiàn)場(chǎng)檢查、掛牌和資料編制等活動(dòng)的總稱。在預(yù)制、安裝施工、試運(yùn)行和運(yùn)行階段范圍內(nèi)實(shí)行全過程管理，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)材料的嚴(yán)格檢查，有效控制焊接誤差，規(guī)范各類安裝操作，解決因法蘭緊固不均而造成的泄漏問題，從而提高安全性能［1］。

1.2 圖紙接收繪制加設(shè)圖

收到詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙后，首先要進(jìn)行法蘭管理加設(shè)圖紙的繪制。將管線中的每一組法蘭按照系統(tǒng)進(jìn)行編號(hào)，方便進(jìn)行追蹤、管理、記錄。如圖1所示。

圖1 法蘭管理系統(tǒng)編號(hào)示意圖

1.3 搜集并檢查物料

在管線安裝過程中，當(dāng)涉及到法蘭安裝時(shí)，首先要按照?qǐng)D紙進(jìn)行物料的搜集以及安裝前的檢查，包括法蘭、墊片、螺栓等。如圖2所示。

圖2 法蘭系統(tǒng)圖及材料匯總示意

法蘭應(yīng)滿足以下要求：

a）裝配前應(yīng)清除法蘭面上的異物和保護(hù)油脂。

b）清洗后，需要對(duì)墊圈和法蘭面進(jìn)行目視檢查。在可能的情況下，應(yīng)清除法蘭表面的腐蝕／點(diǎn)蝕。嚴(yán)重的法蘭表面腐蝕或損壞應(yīng)重新加工。特別要避免徑向溝槽：深度不應(yīng)超過0.3 mm（0.012 in）或長(zhǎng)度大于3 mm（0.12 in）。

c）所有螺柱和螺母在裝配接頭前應(yīng)徹底清潔。螺紋應(yīng)保持清潔和良好狀態(tài)。螺栓和螺紋螺柱可以重復(fù)使用，但前提是螺柱螺紋和螺母仍能正常工作，且螺紋沒有明顯損壞。

d）在允許的情況下，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑。潤(rùn)滑油的應(yīng)用將對(duì)扭矩產(chǎn)生重大影響。潤(rùn)滑性能從一種潤(rùn)滑劑到另一種潤(rùn)滑劑各不相同，在施加扭矩時(shí)應(yīng)加以考慮。由于環(huán)境原因，不允許使用含有二硫化鉬的潤(rùn)滑劑，因?yàn)槭褂枚蚧f會(huì)導(dǎo)致螺栓材料中的硫化物應(yīng)力腐蝕。

1.4 法蘭預(yù)安裝

在法蘭預(yù)安裝過程中，需要保證各個(gè)螺栓螺母是不受力的。兩個(gè)螺栓應(yīng)在一條直徑線上的相對(duì)位置，將一個(gè)螺栓置于已安裝好的螺栓的中間位置，然后安裝螺母。應(yīng)使用手動(dòng)扳手緊密性一致地上緊各螺栓，防止自由活動(dòng)，以確保測(cè)量到實(shí)際偏差。除非另外規(guī)定，螺栓孔應(yīng)跨在自然中心線上。

然后檢查法蘭的平行度，確認(rèn)其在規(guī)定的公差內(nèi)。為避免管線應(yīng)力，平行和水平對(duì)準(zhǔn)對(duì)于法蘭接頭十分重要。

安裝墊圈，放入法蘭中間，使墊圈固定到位。沿法蘭的外直徑用直尺比對(duì)也可對(duì)水平對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行檢查。應(yīng)通過測(cè)量法蘭之間距離檢查法蘭面對(duì)準(zhǔn)［2］。

法蘭預(yù)安裝結(jié)束后，需要現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員對(duì)安裝狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，將編號(hào)、安裝日期等信息進(jìn)行記錄，并懸掛 “組對(duì)安裝”標(biāo)識(shí)牌。標(biāo)識(shí)牌中同樣需要記錄安裝時(shí)間、法蘭編號(hào)、工作包號(hào)信息。如圖3所示。

圖3 標(biāo)識(shí)牌示意

1.5 法蘭緊固

法蘭緊固分為扭矩扳手緊固和液壓螺栓拉伸器進(jìn)行拉伸緊固。

1.5.1 扭矩扳手緊固

法蘭應(yīng)平齊，以防止過量壓縮墊片。一旦達(dá)到100%扭矩值，則應(yīng)按照順時(shí)針環(huán)形順序檢查所有螺栓確保所有螺栓達(dá)到最終的扭矩值。如果使用了螺栓載荷保證系統(tǒng)，最終的緊固或檢查需要測(cè)量螺栓載荷。

為達(dá)到螺栓載荷均勻分布，節(jié)點(diǎn)應(yīng)按以下3步緊固：按照扭矩值的30%，60%，100%進(jìn)行。在緊固的每個(gè)階段，螺栓應(yīng)該按下面的順序緊固。沿法蘭周邊按順時(shí)針方向?qū)β菟ň幪?hào)，各種螺栓數(shù)量的法蘭其緊固順序如圖4［4］。

圖4 螺栓數(shù)量與緊固順序

以12孔法蘭為例，其操作順序如圖5。

圖5 12孔法蘭螺栓的緊固順序

1）以2顆螺栓在直徑上相反的順序進(jìn)行 （十字線1頭的2顆螺栓），然后在90°方向緊固另一對(duì)螺栓 （另一條十字線上2顆螺栓），依次類推 （如圖中，首先1-7-4-10，其次2-8-5-11，最后3-9-6-12）達(dá)到30%的扭矩值。

2）按以上順序擰緊到60%扭矩值 （如圖5，首先1-7-4-10，其次2-8-5-11，最后3-9-6-12）。

3）重復(fù)步驟2、3到100%扭矩值 （如圖5，首先1-7-4-10，其次2-8-5-11，最后3-9-6-12）。

1.5.2 使用螺栓拉伸器緊固

螺栓拉伸器是借助液力升壓泵 （超高壓液壓泵）提供的液壓源，根據(jù)材料的抗拉強(qiáng)度、屈服系數(shù)和伸長(zhǎng)率決定拉伸力，利用超高壓油泵產(chǎn)生的伸張力，使被施加力的螺栓在其彈性變形區(qū)內(nèi)被拉長(zhǎng)，螺栓直徑輕微變形，從而使螺母易于松動(dòng)后上緊。

根據(jù)法蘭螺母數(shù)量不同，拉伸器可以同將25%、33%、50%和100%的螺栓同時(shí)拉伸。根據(jù)法蘭螺栓數(shù)量，其一次最小拉伸數(shù)量表1所示。

表1 螺栓數(shù)與最少拉伸數(shù)量間的關(guān)系

液壓螺栓拉伸器通過使用液壓缸和螺紋拉頭來施加一個(gè)已知載荷到夾持器上直接拉伸螺栓。拉伸的同時(shí)，使用撥桿扣緊螺母，直到緊扣節(jié)點(diǎn)表面。立即釋放液壓，保持拉伸在螺栓夾持狀態(tài)，避免螺栓恢復(fù)長(zhǎng)度。安全有效的操作液壓拉伸器，螺栓露出螺母的長(zhǎng)度至少應(yīng)為螺栓直徑的一倍，滿足設(shè)備輕配合的要求。如圖6。

圖6 螺母擰緊程度示意圖

拉伸器的安裝步驟如圖7。如果因空間問題無法安裝拉伸器在法蘭同一側(cè)，可交替安裝到另一側(cè)。

圖7 拉伸器安裝示意圖

1.5.3 螺栓拉伸流程

在如表2中液壓壓力A和B，需要根據(jù)不同的螺栓直徑來確認(rèn)使用。

表2 液壓壓力和螺栓直徑

1）螺栓100%拉伸流程

a）同時(shí)在所有法蘭螺栓上安裝液壓工具。b）施加壓力 “B”并用撥桿擰緊螺母，釋放壓力。c）重復(fù)b）步驟，拉伸完成。

2）螺栓50%拉伸流程

a）在第一組的交替的法蘭螺栓上設(shè)置液壓工具，圍繞法蘭等間隔布置。b）施加壓力 “A”，并用撥桿擰緊螺母。釋放壓力，重復(fù)此步驟。c）將液壓工具轉(zhuǎn)移到第二組交替的法蘭螺栓。d）施加壓力 “B”，并用撥桿擰緊螺母。釋放壓力，重復(fù)此步驟。e）將使用的液壓工具轉(zhuǎn)回前半部分的法蘭螺栓進(jìn)行 “掙脫”檢查。施加壓力并緩慢增加同時(shí)將撥桿放入插孔中，并在松動(dòng)方向施加壓力。此刻螺母變得松動(dòng)，停止加壓并且記錄數(shù)據(jù)。這時(shí)的壓力稱作 “掙脫壓力”。如果壓力大于壓力B則擰緊完成，如果壓力小于壓力B則重新緊固。

3）螺栓33%或者25%拉伸流程。a）在第一組螺栓上設(shè)置液壓工具，圍繞法蘭平均分布。b）施加壓力 “A”，并用螺桿擰緊螺母。釋放壓力。c）重復(fù)步驟b）。d）在法蘭周圍的每個(gè)連續(xù)的螺栓組上重復(fù)步驟a），b）和c），直到全部螺栓擰緊，每組使用壓力 “A”。e）將液壓工具轉(zhuǎn)回第一組螺栓進(jìn)行 “掙脫”檢查。如果 “掙脫程序”壓力等于或者大于壓力 “B”，則拉伸程序完成。如果壓力小于壓力 “B”，則重新緊固。f）繼續(xù)將液壓工具轉(zhuǎn)移到法蘭周圍的每個(gè)連續(xù)的螺栓組中，依次對(duì)每組重復(fù)進(jìn)行掙脫檢查。g）總而言之，液壓工具必須連續(xù)傳遞到每個(gè)連續(xù)的螺栓組，依次擰緊至壓力“A”，直至 “掙脫”壓力等于或大于等于或等于壓力 “B”。壓力 “A”不應(yīng)同時(shí)施加在所有螺栓上，因?yàn)檫@可能會(huì)導(dǎo)致法蘭的過度應(yīng)力。

1.5.4 螺栓緊固檢驗(yàn)

螺栓緊固結(jié)束后，需要現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員對(duì)緊固狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，將編號(hào)、緊固日期等信息進(jìn)行記錄，并懸掛 “已緊固”標(biāo)識(shí)牌。標(biāo)識(shí)牌中同樣需要記錄緊固日期、法蘭編號(hào)、工作包號(hào)信息，如圖8。

圖8 已緊固標(biāo)識(shí)牌示意圖

1.6 法蘭緊固的方法選擇及殼牌標(biāo)準(zhǔn)要求

1.6.1 扭矩扳手及液壓扭矩扳手的使用工況

方法的選擇取決于螺栓的載荷，操作空間，間隙和工具可用性，這些由場(chǎng)地人員決定。當(dāng)螺栓載荷需要一個(gè)大于500 1bf.ft（678 Nm）時(shí)，建議使用液壓扭矩扳手進(jìn)行液壓扭矩。

符合如下情況使用扭矩扳手：

1）所有螺栓尺寸直徑小于2寸，法蘭等級(jí)小于等于900LB的系統(tǒng)，法蘭等級(jí)是150LB的系統(tǒng)除外。

2）螺栓尺寸直徑小于1寸，法蘭等級(jí)在1500LB及以上的所有系統(tǒng)。

3）螺栓直徑超過1和2，并且液壓螺栓拉伸器不能用的情況下。

1.6.2 液壓螺栓拉伸器的使用工況

符合如下情況使用液氬螺栓拉伸器：

1）法蘭等級(jí)大于或者等于900LB，螺栓直徑等于或者大于2英寸的所有系統(tǒng)。

2）法蘭等級(jí)大于或者等于1500LB，螺栓直徑等于或者大于1.5英寸的所有系統(tǒng)。

3）應(yīng)用于關(guān)鍵位置且螺栓尺寸大于1英寸的。關(guān)鍵應(yīng)用是考慮到接頭暴露在周期應(yīng)力中，例如管線系統(tǒng)壓力或者溫度的頻繁改變的位置。

1.7 法蘭嚴(yán)密性試驗(yàn) （報(bào)驗(yàn)、報(bào)告、掛牌）

當(dāng)工作包內(nèi)所有法蘭都緊固完成，查線無問題后，就可以進(jìn)入工藝管線的強(qiáng)度及嚴(yán)密性試驗(yàn)，即水壓和氣密試驗(yàn)。

如果試驗(yàn)完成后，試驗(yàn)通過，法蘭位置無泄漏狀況。則現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)人員記錄，并在試驗(yàn)報(bào)告上簽字。并在法蘭算上懸掛 “試驗(yàn)已完成”標(biāo)識(shí)牌。標(biāo)識(shí)牌中需要記錄試驗(yàn)日期、法蘭編號(hào)、工作包號(hào)信息。如圖 9［3］。

圖9 試驗(yàn)已完成標(biāo)識(shí)牌

2 結(jié)語(yǔ)

作為工藝管線安裝非常重要的一環(huán)，法蘭管理與管線安裝是否泄漏有著直接關(guān)系。本文介紹了在殼牌標(biāo)準(zhǔn)要求下的法蘭管理技術(shù)。簡(jiǎn)單描述了從接受圖紙、物料搜集、法蘭預(yù)安裝、螺栓緊固直到嚴(yán)密性試驗(yàn)的各個(gè)流程。為將來從事殼牌標(biāo)準(zhǔn)下的法蘭管理工作提供參考和借鑒。