摘 要：法兰螺栓结构应用面极广，应用率在可拆卸联接中占比是领先，形成的密封点众多，失效数量也是最多的。描述法兰螺栓结构的密封原理，系统分析了引起法兰螺栓结构失效因素，并提出法兰管理技术措施。

　　关键词：石油化工;法兰联接;失效;法兰管理

　　0 引言

　　法兰螺栓密封结构是石油化工等过程工业中设备与管线、管线与管线、设备与设备以及设备内部零部件之间，常用的、可靠性较高且方便拆卸的联接型式。法兰在高温高压、易燃易爆、腐蚀性、剧毒介质工况下运行，较容易出现垫片寿命降低、预紧力松弛、螺栓失去弹性、交变应力或管道及设备运行状态的影响等问题，降低了法兰螺栓密封的可靠性和安全性，甚至发生法兰螺栓接头泄漏，造成严重的设备事故。

　　法兰螺栓结构应用面极广，应用率在可拆卸联接中占比是领先，因此形成的密封点众多，失效数量也是最多的，所引起的危害较大，因此，有必要对其失效原因进行分析和介绍。

　　1 密封原理

　　法兰螺栓结构由于简单可靠实用方便是一种常见的静密封结构，利用螺栓施加的预紧力使两个法兰片将垫片夹紧，达到密封的目的。由于加工工艺的原因，所有的法兰密封无法做到绝对光滑平整，法兰密封之间始终会存在或多或少、或深或浅的沟槽和不平整，所以两个法兰片之间的垫片需要通过螺栓施加的预紧力将沟槽填满，达到零泄漏。密封比压力就是外添加的、既不会把垫片压溃又恰好能形成密封无泄漏的预紧力。在设备及管道投入运行之后，内部压力会逐步升高，这个压力必将会抵消一部分螺栓的初始预紧力，企图将两个形成完好密封的法兰片撑开，让两个法兰彼此远离。密封比压就是垫片的回弹量恰好能补偿设备或管线内压力将两个法兰撑开的变形量，法兰螺栓接头密封可实现安全无泄漏的初始压力。法兰螺栓结构出现泄漏就是垫片的回弹量无法恰好补偿内压力将法兰撑开的位移量。只有恰好适当的预紧力，既要保证垫片合适的回弹量，有要保证垫片不被压溃，才能保证法兰螺栓结构形成密封接头。法兰螺栓结构需要形成的一个稳定的闭合压力区域，人们需要做的就是控制预紧力在这个合理的区域内，即最大值和最小值之间。

　　1.1 法兰管理

　　根据国家相关标准、设备图纸和压力容器及压力管道类别要求，选择适用于法兰类别和过程条件的正确垫片。若有冲突，以国家规范和图纸为准。对于液压试验和一般法兰构成，应按照螺柱表安装所有螺柱并世家相应的预紧力。同时对于液压试验，应试验计划用于最终组装的垫片类型，每当启用连接件时应更换各垫片。但是有石墨包覆的垫片例外，其石墨涂层可更换，如KAG、Kam/PEG 和 Kam/ORJ 垫片，而非 SW 垫片，并且凸面和平面法兰使用的垫片应可自定中心。

　　1.2 准备

　　清洁所有的密封面及相关的摩擦面，使用适当的刮板或钢丝轮/钢丝刷清洁垫片表面。如果需要，可用其去除锈迹/腐蚀、旧垫片材料等。将表面擦拭、刮擦干净后，允许法兰表面锯齿中有部分残余垫片。同时目测检查法兰，确保法兰没有机器损伤、径向刀痕、划痕、腐蚀产物、点蚀、刮痕等。如有任何损坏需上报，并进行处理。缺陷处理之后发布施工作业详细说明，作业说明概述了法兰和垫片表面的详细测量值或加工情况，车间或厂内加工单位可参照该说明来修复受损表面。

　　2 安装

　　在安装之前必须按照相关程序详细检查，核对法兰对准情况以及法兰片之间的间距。同时涂抹相应的润滑剂保证螺栓良好的润滑并清洁螺纹。润滑螺柱两端以及螺母和轴承表面之间的螺纹，润滑剂必须符合设计要求。在良好状态下，润滑良好且使用过的螺柱和螺母可安装在管道法兰上。如果用手无法轻易卸掉两端上的螺母，则应使用丝锥和/或板牙解决问题或更换螺柱或螺母。可使用钢丝刷从螺纹上去除松动材料，但是该程序不得用于去除磨损或修复新环境下的螺母和螺柱间的摩擦，因为该操作对此目标无效。

　　2.1 硬化垫圈

　　如果螺母下的法兰区域确有磨损、凹槽，或者螺母没有完整内嵌垫圈，则在将要紧固的螺母下安装 ASTM F-436 垫圈。在法兰一侧的螺母下安装垫圈，以便在扭转期间扭矩扳手会向下牵引。确保螺母一侧的整个垫圈面朝下，突起的字母面朝上。将半数螺母板状在法兰一侧并插入垫片，切勿使用防卡塞覆盖垫片，才能安装剩余螺柱。

　　2.2 紧固公差

　　通过手动扳手、空气调节装置(RAD)或气冲来紧固螺柱，使其与部件贴合，将部件支撑在适当位置。使用法兰间隙工具或卡尺测量法兰周围的空隙。最终组装后，直径小于 24"(0.8 m)的RF 和舌槽法兰以及环垫接头(RTJ)法兰应小于平行(翘起)部分的 1/32"(0.104 cm)，如法兰外径上的测量值。

　　(1)紧固模式按照星图，通过手动扳手、RAD 扭矩枪(调压冲击式喷射机)或气冲紧固螺柱。使用所需的多次作业循环使法兰保持平行。

　　(2)切勿超过最终目标螺柱负载。对于需要大于等于 200 ftlb(270 N·m)扭矩值的带螺柱法兰，最后一次作业循环期间应使用校准的扭矩扳手，以达到规定的扭矩值.将液压扭矩设备施加于负载大于 1 000 ft-lb(1350 N·m)的螺柱上。需要注意的是，精确度增加，所以不得使用扭矩增加器。最后一次作业循环如果施加的力至少为最终螺柱负载的 80%，则使用扭矩扳手的最后一次作业循环采取环形模式。如果螺母紧固过度且使用扭矩扳手不动进一步旋转，则稍微旋送螺母，重新紧固

　　至规定的扭矩值。

　　(3)完成 GEN-DS-5209 PPV 以扭转法兰，在适当的步骤后签字：①若不使用 QA/QC 组或 EWO 创建者，则将该数据表发送给 QA/QC 组或工单创建者;②只要 GEN-DS-5209 PPV 所需信息包含在承包商文件中，用于紧固法兰的认可签字的供应商QA/QC 过程和文档，可以由 GEN-DS-5209 PPV 代替。

　　2.2 热扭矩

　　管道法兰上不得使用热扭矩，除非工单另有规定。

　　(1)用于管道的星图扭转程序。以下扭矩模式将计划用于所有管道系统连接件，包括对容器的连接件，使用过的垫片除外。为了初次紧固应使用图 A-1 中的星图。只要法兰均匀收紧，在围绕法兰的旋转模式下从一侧向另一侧操作，法兰周围的实际模式或方向均不算问题。设置最终负载至少为 80%后，可将最终模式设置为循环模式。在这一操作循环中应去除螺母，否则在使用校准的扭矩扳手检查实现的最终负载。

　　(2)记录并报告负载。完全紧固螺母至循环模式下规定的扭矩值。对于紧固至大于等于 200 ft-lb 的法兰，应使用校准的扭矩扳手设置最终所需负载，使用液压扭矩扳手或张紧装置设置需要大于等于 ASME 管道法兰扭矩值 1 000 ft-lb 的螺母。如果在该操作循环中去除螺母，则需继续进行作业循环，直至螺母停止旋转。

　　3 总结

　　石油及化工装置压力容器、压力管道和阀门间采用法兰形式进行联接，这些特种设备的安全稳定运行在很大程度受到法兰联接的影响。只有采用良好的系统化的法兰管理技术，才能保证法兰螺栓密封无泄漏，避免造成安全环保事故。所有的石化技术人员都应该重视法兰管理，根据重要性建立不同的法兰管理数据库和数据结构。对石油化工管道法兰管理中的工程施工管理进行剖析，相关人员虽描述了伊拉克马季努恩项目的法兰管理，但并未涉及法兰焊接组装和联接过程中的详细质量控制。法兰管理就是法兰螺栓接头的过程管理，是指对法兰片制造及保管、焊接组装、紧固件、安装、检查清理、标识和文件管理等过程的总体描述，在法兰螺栓结构的预制、安装施工、调试运行和正式运行阶段范围内，实行完整的过程无死角的管理，不但要严格细致检查材料配件，同时还有效焊接质量，将各类安装作业标准化，解决能引起法兰螺栓结构失效的本质问题，最终达到法兰密封的本质安全。

　　参考文献

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