化工装置之法兰管理
石油化工装置由法兰接口引发的泄漏事故也在不断的增多，给装置运行造成很大的危害，本文通过分析引起法兰泄露的原因，引入法兰管理的概念，提出具体的过程管控措施以及合理的螺栓 紧固载荷计算方法，提高法兰安装质量，降低法兰泄露的发生率。
石油化工装置中，工艺管道就像人身体中的血管一样，错综复杂，而且介质大多是有毒有害的，保证管道施工质量就成了工程质量控制的重点。提到管道施工质量可能最先想到的就是管道焊接质量，然而，在石油化工装置中压力管道的连接方式除了焊接连接，还大量采用了法兰连接方式，法兰螺栓数量庞大且工况复杂，近些年由法兰 接口引发的泄漏事故也在不断的增多，所有的泄漏事故中约有 18%的泄漏事故都是由于法兰接口泄漏引起的，因此，控制法兰安装质量，加强法兰管理就尤为重要。
1 引起法兰泄漏的主要原因
引起法兰泄漏的原因有很多，而在施工阶段 引起法兰泄漏的主要原因有以下几个方面：
1）法兰、垫片等密封面的破坏；
2） 垫片或者螺栓等材料用错，不能满足管道运行的操作条件；
3） 法兰偏斜引起泄漏；
4） 紧固不规范造成垫片损坏；
5） 由于紧固载荷不够，不能使垫片达到密封性能；6）由于紧固载荷过大，造成垫片溃烂。
2 防止法兰泄漏的控制措施
综上所述，由产生法兰泄漏的原因可知，要确保法兰不泄漏，就要通过严格的法兰过程管控程 序保证法兰、垫片的安装质量以及选择合适的紧 固载荷使垫片能够达到良好的密封性能。下面将 从法兰过程管理及紧固载荷计算两大方面介绍控 制措施。
2.1
2.1 法兰过程管理
2.1.1 人员培训及管理
所有参与法兰管理的人员必须经过培训后持 证上岗作业，严禁无证操作，培训分为理论培训和实操培训。理论培训由专业工程师负责向操作人员授课，讲授法兰管理的理论知识。实操培训主要 是要在现场对专职操作人员进行系统的实际操作培训，包括整体的质量控制流程，设备使用技巧。
2.1.2 材料管理
材料管理包括法兰、紧固件及垫片的管理， 所有材料要做好到货验收工作，确保材料本质合 格。材料的验收要求如下：
1）所有材料要有质量证明文件，文件内容符 合设计及规范要求。
2）法兰到货后，应逐件检查法兰密封面，密封面应完整，不得有锈蚀和径向划痕等缺陷。
3）法兰的外缘应有规定的标识，且与质量证明文件相符。
4）检查合格后的法兰，应放在室内进行保管，并做好防锈蚀处理。
5）检修工程中，法兰打开后，应组件检查法兰密封面状况，清理影响密封的杂质；
6） 紧固件到货后确保紧固件的螺纹应完整，无划痕、无毛刺、无锈蚀等缺陷；如果螺纹不完整，严禁使用。
7）紧固件检查合格后，螺纹表面需要涂抹螺纹保护剂，且螺纹部位涂抹均匀。
8）缠绕式垫片到货验收，不得有松散、翘曲现象，其表面不得有影响密封性能的缺陷。
9） 检维修工程中法兰拆卸后需要利用的螺栓，应采取先集中清洗、后检查再利用的原则。清洗时要检查螺纹有无损伤，螺母能否顺利旋合到螺柱的任意位置，不合格螺栓禁止采用。
2.1.3 设备选用
根据螺栓规格不同，使用不同的拧紧设备，主要采用手动力矩扳手、电动力矩扳手和液压扳手。力矩≤1000N·m 的螺栓可采用手动力矩扳手进行紧固，力矩大于 1000N·m 的螺栓推荐使用电动力矩扳手或者液压扳手进行紧固，可配套冲击扳手进行初紧，以提高初紧效率。
2.1.4 法兰安装
1）法兰安装前，要对法兰密封面及垫片进行检查确认，确保没有影响密封性能的缺陷，且要清除法兰密封面的保护油脂。
2）连接法兰的螺栓应能自由穿入。
3）法兰螺栓安装方向、外露长度应一致。
4）用手拧紧螺母，确保螺母能在螺柱上转动顺畅。
5）法兰安装不能偏斜，法兰密封面的平行度要满足规范要求。
2.1.5 螺栓紧固
法兰连接螺栓应对称顺序拧紧，紧固力矩值需要分级进行增加，直到获得最终要求的扭矩，具体的步骤如下：
步骤 1：用手带紧螺母，用手动扳手初步紧固，同时要控制好法兰平行度。
步骤 2：按 30%最终力矩值上紧螺栓，采用对称法紧固，核实法兰间距以确保一致性。
步骤 3：按 60%最终力矩值上紧螺栓，采用对称法紧固，核实法兰间距以确保一致性。
步骤 4：以目标力矩值上紧螺栓，采用对称法紧固，核实法兰间距以确保一致性。
步骤 5：继续以目标力矩值紧固螺栓，采用顺序紧固，最终核实法兰间距以确保一致性。按照上述步骤对法兰螺栓紧固完成后，用记号笔沿着螺柱/螺母的端面画上十字交叉线，如有条件可在法兰上系挂标识牌，标识牌上标注好管线号、法兰编号、目标力矩值、操作人及操作时间等。
2.2
螺栓紧固载荷计算
选择合适的紧固载荷也是法兰管理的重点， 目前国内规范及文献资料中没有一个统一的、标 准的计算方法，给出的大多是一个固定的紧固力 矩值，然而紧固力矩并不应该是一个固定值而是一个区间值，一是要保证法兰连接口达到密封性 能，二是要保证垫片不被破坏及螺栓不被拉断或 失效；
另外，螺栓紧固力矩也不是很精确的数值，从力矩计算公式：
T=KFd 来看，式中：T 为力矩，K 为扭矩系数（一般取 0.1~0.2），F为预紧力，d为螺栓公称直径，扭矩系数K是个变化值，这和螺纹结合面的光滑度、螺母与法兰端面的光滑度以及是否采用润滑都相关，扭矩系数的变化对力矩 值的影响很大，因此，为了减少误差应保证预紧力的计算准确。
2.2.1 按垫片性能计算预紧力
1）操作状态下按照垫片最小压紧力，计算单 个螺栓紧固需要的最小载荷 Fo , 公式为：Fo=(F+ Fp)/n，式中：F为操作状态下内压引起的总轴向 力，Fp 为操作状态下最小垫片压紧力，n为螺栓 数量，F及 Fp 的计算方法参照 GB150.3。
2）预紧状态下按照垫片最小压紧力，计算单个螺栓紧固需要的最小螺栓载荷 Fg1，公式为：Fg1=Fa/n，式中：Fa 为预紧状态下最小垫片压紧 力，计算方法参照 GB150.3。
3）按照垫片的最大允许应力，计算单个螺栓紧固需要最大螺栓载荷 Fg2，公式为：Fg2=(Sg×Ag)/n，式中：Sg 为垫片最大允许应力，Ag 为垫片密封面积。
2.2.2 按螺栓允许应力计算预紧力
按照螺栓允许应力，分别计算单个螺栓紧固需要的最小螺栓载荷 Fb1 和最大螺栓载荷 Fb2；公式为：Fb1 =0.25 ×Rel ×Ab，Fb2 =0.7 ×Rel ×Ab；式中：Rel为螺栓屈服强度，Ab为螺栓应力截面积。
2.2.3 综合比较
分别确定单个螺栓紧固需要的最小载荷 Fmin 和最大载荷 Fmax：
Fmin=max(Fo,Fg1,Fb1)
Fmax=min(Fb2,Fg2)
2.2.4 计算螺栓紧固力矩区间值 Tmin，Tmax
Tmin=k×Fmin×d
Tmax=k×Fmax×d
2.3
质量过程控制要点
2.3.1 安装前检查
重点检查管内洁，法兰面、垫片是否有损伤，并对螺栓与垫片材质、规格进行检查是否与设计 图纸一致。对于锈蚀的法兰密封面，可采用手动钢 丝刷或其他手动工具除锈，且用清洗剂去除污渍， 检查其密封面的状况，严重损伤的法兰密封面不 予使用。对于检维修装置，法兰拆卸后检查法兰密 封面情况，如有损坏要进行更换。
2.3.2 法兰螺栓紧固后质量检查
法兰螺栓紧固完成后，项目质检人员按照报 检记录对螺栓力矩、法兰平行度进行抽查，合格后 签字确认。
2.3.3 试压校验
管道试压是检验法兰密封性能的一个重要手段，在试压过程中要着重检查每对法兰的密封性能，确保法兰无泄漏；试压过程的法兰密封性能检 验要做到以下几点：
1）若发现法兰有泄漏，严禁带压紧固，检查好泄漏点，做好标记，泄压后进行处理；
2）泄压后，复核法兰平行度和螺栓的紧固力 矩，如若平行度不符，松开张口端对面的螺栓，重新进行调整法兰平行度，并按照螺栓紧固步骤重新进行紧固；如若只是螺栓力矩不满足要求，可以直接按照目标力矩进行紧固；
3）法兰调整后，再重新进行试压检验，再次试验以不泄漏为合格，并重新对法兰螺栓进行标记；若还有泄漏，必须泄压后打开法兰，检查法兰密封 面及垫片，更换新的垫片，法兰密封面若是损坏， 进行更换或者在线修复，缺陷消除后，再次试压检 验，直到校验合格后，对法兰螺栓进行标记。
3 结束语
根据上述理论和数据分析可看出管道法兰管理是一个系统性工程，将涉及法兰密封效果的相关因素综合考虑，包括法兰组对、密封面状况、密封垫片质量、螺栓正确使用与扭矩值控制、工艺操作条件变化等。只有通过严格过程管控，加强材料管理并且严格控制紧固载荷，才能有效的避免法 兰可能出现的泄漏风险。
审核编辑 ：李倩
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