預緊力標準化在實際生產中的作用

于愛軍(中海石油中捷石化有限公司運行四部，河北 黃驊 061101)

0 引言

我國自改革開放以來，伴隨著市場經濟的調節以及精細化工的發展，全國各地為適應市場需求，一個個煉廠拔地而起，石油煉化企業進入一個井噴期，初期由于預緊力標準化規范要求和監管意識不足，導致煉廠關鍵的密封點泄漏，存在巨大安全隱患，達不到企業安全生產的條件，逐漸突顯預緊力標準化在煉化行業的重要意義。

1 預緊力標準化對施工的意義

1.1 保證施工質量合格

法蘭螺栓預緊力標準化是保證法蘭密封性能的一項重要工作，傳統的預緊是通過人力進行，螺栓預緊中， 只能靠感覺確認，無法直接知道每個螺栓預緊力的大小，從而導致預緊力不能均勻的作用于密封墊，使密封墊片產生不均勻變形，影響密封效果及產生泄漏。對法蘭螺栓實施法蘭緊固作業標準化[1]，將更為廣泛地使用力矩工具按標準化施工過程緊固螺栓，這一改變取代了以往普遍采用傳統的人力緊固方式，按以下步驟進行校驗，校驗不合格的需按規定再次緊固或拆卸，設定抽檢力矩為最終力矩的90%，若轉動，力矩值低于目標值的90%證明不合格；若不轉動，設定抽檢力矩為最終力矩的110%：(1)此時若不轉動，力矩值超過目標值的110%，還是不合格；(2)若轉動，證明力矩值在目標值90%～110%，此時方為合格。此方案優勢在于可以精確的達到預設的預緊力、螺栓不再跟轉，使緊固速度加快、螺母不再在法蘭面上轉動，減少摩擦、一體式驅動器將反作用力均勻的分解到墊圈與設備結合面，不用額外的反作用力支點、緊固過程中消除了對螺栓的側向力和彎矩、緊固過程無需手扶，消除了傳統液壓扳手操作隱患。經過這幾個步驟，使密封墊片均勻受力，也使施工方式變得更為安全、快捷、有效。利用力矩緊固工具提高螺栓的扭矩精度，使每個螺栓預緊力標準化。保證施工質量合格。例如某煉廠在一次大檢修過程中對一個塔進行封人孔作業，當作業完成驗收合格后，裝置進行開工作業，前兩次試密未發現問題，但是當最后進行引料開工后，全塔一共13個人孔全部存在泄漏，最后只能終止進料對泄漏的人孔全部重新緊固，嚴重影響了企業整體的開工進度。

1.2 加快施工進度

在施工過程中，經常遇到分組施工人員在條件相當的情況下施工進度不同步，嚴重影響整體施工進度，并且存在很多安全隱患，例如某煉廠在檢維修過程中，由于施工人員配合不默契，導致碰傷事故。廣泛地使用力矩工具按標準化施工過程緊固螺栓，能夠保證施工進度的同時也能消除人為原因造成的安全隱患。為現場施工進度提供良好的條件。如某煉廠在上次檢修過程中使用人力對人孔緊固導致一個人孔泄漏，進行緊急打卡子處理，但是由于人孔上封蓋上有掛耳，不是標準的圓形面，必須進行現場測量定制卡具來保證卡具的合格，從而進行緊急堵漏，此次檢修吸取往年的教訓，使用專業的力矩工具對法蘭密封面、密封件、緊固件回裝、力矩值校驗檢查共189對，通過修復、整改、返工以及其他手段進行消除或者補償。檢修結束裝置區域氣密一次性通過，密封面合格率達到100%，裝置投料開車后，管理范圍內的法蘭運行正常(數據見圖1)。

圖1 法蘭氣密結果統計

1.3 對螺栓進行預緊

為了確保螺栓連接的可靠性， 螺栓的緊力需達到一定的要求。緊力過小不能保證法蘭連接的嚴密性和牢固性，所以，絕大多數螺栓在連接裝配時都要進行預緊，其目的在于增強連接的剛性、緊密性、防松能力及防止受橫向載荷的螺栓連接的滑動。當然，緊力過大，又可能引起螺栓本身塑性變形，在工作中會使螺栓損壞，所以螺栓預緊力的大小，應按要求的預緊力進行。

一般要求螺栓的預緊力不能超過螺栓材料的彈性極限，并有一定的安全裕度。具體來說，其大小通常是根據螺栓組受力和連接的工作要求來決定的。設計時不僅要保證所需達到的預緊力，又不應使連接的結構尺寸過大。對于螺栓預緊力的大小，其值應符合相關標準或制內造廠編制的安裝技術規程，一般規定擰緊后螺紋連接件的預緊應力不得大于其材料屈服點蟲的80%。而如無具體數值時，可按下式選擇：

式中：σ0=(0.5～0.7)σs；F0為螺栓容的預緊力(N)；σs為螺栓材料的屈服極限(N/mm2)；As為螺栓公稱應力截面積(mm2)；σ0為螺栓材料的屈服點(N/mm2)。

2 預緊力標準化對煉廠安全生產的意義

2.1 防止事故的發生，保護環境

石油煉化企業設備運行過程中，由于壓力波動和溫度變化的影響，法蘭連接處的密封失效的最初原因就是預緊力不均勻造成的[2]，目前石油煉化企業發生的法蘭泄漏事故中有80%是由于預緊力不當造成的，由于某些突發性法蘭泄漏的意外情況導致事故的發生使有毒有害化學物質大量泄漏，或伴隨火災、爆炸產生大量有害氣體，從而在較大范圍內造成比較嚴重的環境污染、水源污染，甚至會污染河流從而擴大危害范圍，破壞生態環境，同時在事故處理過程中滅火劑和泄漏有害物質混合造成污染，消防污水導致的次生災害。通過對每個螺栓進行施加均勻預緊力，可以保證密封墊片均勻受力，極大的降低了設備運行過程中由于壓力波動和溫度變化造成密封失效從而引發泄漏導致事故的發生，保護環境。

2.2 保護設備，降低生產成本

設備是化工煉油行業的根本，設備投資占比很大，設備的正常運行是最大的降本增效，設備法蘭正常穩定的運行是保證設備壽命的前提條件，石油煉化企業中一旦出現法蘭泄漏，伴隨而來的就是事故的產生，一般的泄漏通常采取的緊急措施就是打卡子，打卡子只是緊急補救措施，不能消除安全隱患，而且價格昂貴，給正常的生產帶來隱患，嚴重的一旦發生事故，會直接影響設備的壽命，嚴重的會導致設備報廢，直接會導致企業的正常運營，除去需要重新購置更新的設備外，企業停工停產帶來的損失不可估量。鑒于以上因素，使法蘭密封標準化將會大大減少法蘭密封面泄漏的概率，降低打卡子的頻率，消除裝置因為打卡子形成的安全隱患，有效的提高了設備平穩運行的效率，隱形的提高了設備的使用壽命，保證設備安全運行的同時減少了企業因為設備問題造成的停工停產。

2.3 軸承剛度隨預緊力的變化

趨勢隨著軸承預緊力的增加，軸承徑向剛度變大，使得主軸系統的加工精度和工作效率有明顯提高，改善了主軸的工作性能。因此，在實際工礦中，在允許的范圍內提高預緊力是有重大實際工程意義的。但是，隨著預緊力的增高，軸承溫度增高，軸承生熱也會增加，進而使得主軸系統溫度提高，嚴重影響軸承的工作壽命和主軸的工作性能。因此，在溫升允許的條件下，盡量的提高預緊力是涉及主軸傳動系統需要考慮的一個重要因素[3]。

3 結語

預緊力標準化可以規范人們對法蘭螺栓緊固作業，定扭矩，保證密封面長期穩定的運行，推動石油煉化行業平穩迅速的發展，提高我國石油煉化行業在國際中的地位。隨著科學技術的發展，生產的社會化程度越來越高，技術要求越來越復雜，生產協作越來越廣泛。法蘭密封面往往涉及成套裝置，甚至整個企業。這樣一個簡單的接連接，客觀上要求必須在質量使生產活動保持零泄漏。這就必須通過制定和執行預緊力標準化，使各生產部門保證生產有條不紊地進行。隨著石油化工企業逐漸走向大型化，要從真正意義上實現設備長周期安全穩定運行，保障法蘭零泄漏，還需要全面提高對螺栓預緊力均勻載荷的控制。預緊力標準化在企業安全生產中起著舉足輕重的作用，保證石油化工企業節約時間、人員、經濟成本，保證煉廠安全平穩高效的運行，避免事故的發生而造成企業的損失和職工生命受到威脅，提高企業的市場競爭力，為企業安全生產及良好發展提供堅實保障。