管道法兰密封安装注意事项

      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。

      石油化工装置由法兰接口引发的泄漏事故时有发生,给装置运行造成很大的危害,法兰密封过程管控措施以及合理的螺栓紧固载荷计算方法,是提高法兰安装质量,降低法兰泄露的发生率的基础


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 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。

管道法兰密封安装注意事项的图1

文章来源:化工设备与机械

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