潘從錦，張興明，侯丹丹，木合塔爾·買買提

中國(guó)石油克拉瑪依石化分公司，新疆 克拉瑪依 834003

某石化公司0.8Mt/a丙烷脫瀝青裝置采用了先進(jìn)的導(dǎo)熱油爐加熱方式為裝置提供熱源。工藝介質(zhì)和被加熱的導(dǎo)熱油熱載體換熱，獲取熱量后進(jìn)行生產(chǎn)。瀝青閃蒸罐進(jìn)料加熱器E107/AB是U型管換熱器。由于溫度和壓力的波動(dòng)，E107/AB管箱法蘭頻繁出現(xiàn)滲漏，經(jīng)多次緊固不能解決泄漏問(wèn)題。不僅容易造成人員燙傷，還可能引起火災(zāi)等事故，嚴(yán)重影響裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

一、換熱器工況及管箱法蘭泄漏分析

瀝青閃蒸罐進(jìn)料加熱器實(shí)際操作中溫變情況出現(xiàn)較多。其換熱器的相關(guān)參數(shù)明細(xì)見(jiàn)表1。

表1 換熱器相關(guān)參數(shù)

管箱法蘭通過(guò)螺栓的預(yù)緊力，使墊片和法蘭密封面之間產(chǎn)生足夠的壓力，墊片表面產(chǎn)生的變形足以填補(bǔ)法蘭密封面的微觀不平，達(dá)到密封的目的。校核法蘭的強(qiáng)度，測(cè)量平直度、粗糙度等均符合要求。校核波齒復(fù)合墊的強(qiáng)度和回彈性也符合要求。螺栓螺母的材質(zhì)、強(qiáng)度、剛度、回彈性符合要求。但現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)法蘭泄漏處的部分螺母有松動(dòng)跡象，說(shuō)明預(yù)緊力不均勻。

螺栓在螺孔中，其溫度變化會(huì)滯后于法蘭。在加熱的時(shí)候螺栓不會(huì)像法蘭面一樣膨脹的那么快，法蘭面將在短期內(nèi)發(fā)生載荷增大，這有可能導(dǎo)致螺栓屈服。在冷卻階段螺栓冷卻滯后于法蘭，會(huì)引起短期內(nèi)載荷丟失。螺栓的預(yù)緊力在實(shí)際工況中隨著溫度壓力變化而處于動(dòng)態(tài)變化的，適度均勻的預(yù)緊力，是防止泄漏發(fā)生的關(guān)鍵。為此，裝置在2009年停工檢修時(shí)使用了扭力拉伸控制技術(shù)。

二、扭力拉伸控制技術(shù)的工作原理

扭力拉伸控制技術(shù)的核心部件是帶螺紋的螺母墊圈（圖1）和液壓驅(qū)動(dòng)套筒，通過(guò)螺母墊圈和液壓驅(qū)動(dòng)套筒來(lái)實(shí)現(xiàn)扭矩和拉伸預(yù)緊力的轉(zhuǎn)換。六角螺母墊圈頂部為環(huán)形平面，底部的六角面上機(jī)械加工有徑向發(fā)散溝槽，下方的六角螺母體內(nèi)是螺紋圈。轉(zhuǎn)動(dòng)螺母墊圈直到墊圈底部和法蘭表面貼合，將螺母擰到螺母墊圈上，液壓驅(qū)動(dòng)頭將套筒扣在螺栓螺母和墊圈上，套筒握住墊圈下方六角體使其不轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓螺母，螺栓不轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)螺母時(shí)，螺栓就能直接被拉伸。同時(shí)墊圈內(nèi)部的螺紋牙隨之沿軸向上移，從而扭矩能轉(zhuǎn)換為拉伸力。緊固完成后，就如同雙并螺母，具有一定的防止松動(dòng)效果。扭力拉伸技術(shù)工作原理如圖2。液壓扭力扳手是由工作頭、液壓泵以及高壓油管組成。通過(guò)高壓油管，液壓泵將動(dòng)力傳輸?shù)焦ぷ黝^，驅(qū)動(dòng)工作頭旋轉(zhuǎn)螺母的擰緊或松開(kāi)。液壓泵可以由電力或壓縮空氣驅(qū)動(dòng)。液壓扳手的工作頭主要由三部分組成，框架（殼體）、油缸和傳動(dòng)部件，液壓扭力扳手工作原理示意見(jiàn)圖3。和扭矩液壓扳手做對(duì)比，液壓扳手上的反作用力臂被一個(gè)驅(qū)動(dòng)套筒所替代了，螺栓不存在任何扭轉(zhuǎn)，軸向拉伸沒(méi)有彎曲力。

圖1 螺母墊圈

圖2 液壓套筒扳手工作示意

圖2 液壓扭力扳手工作示意

三、緊固流程

（1）通過(guò)工況調(diào)研了解每個(gè)應(yīng)用的參數(shù)。

（2）清洗前檢查法蘭、螺栓螺母及密封墊狀況，測(cè)量法蘭尺寸，檢查密封墊壓痕，檢查法蘭外觀。檢查螺栓螺母精度及螺紋咬合情況。

（3）清洗后，檢查法蘭及密封墊接觸外觀；用激光平行儀檢查密封墊接觸平整度，法蘭上取8個(gè)點(diǎn)，任何兩個(gè)高度差不超過(guò)0.25mm。檢查密封墊接觸粗糙度。如不合格應(yīng)更新或修復(fù)。

（4）計(jì)算螺栓預(yù)緊力。

（5）制定詳細(xì)的緊固流程。

對(duì)所有螺母進(jìn)行順序編號(hào)標(biāo)注。第一遍分三步進(jìn)行螺栓預(yù)緊，第一步按30%目標(biāo)扭矩依照序號(hào)進(jìn)行“十”字對(duì)角全部螺母緊固。第二步按70%目標(biāo)扭矩緊固。第三步按100%目標(biāo)扭矩緊固。第二遍按照100%目標(biāo)扭矩進(jìn)行對(duì)角錯(cuò)位方式緊固，第三遍進(jìn)行順時(shí)針?lè)较?00%目標(biāo)扭矩緊固。

單部工具緊固耗時(shí)較長(zhǎng)，還可以用同步緊固技術(shù)對(duì)同一法蘭上的多個(gè)螺栓同時(shí)進(jìn)行緊固。可以選擇四部機(jī)具同步緊固，也可以選擇50%或100%機(jī)具覆蓋緊固，100%工具覆蓋可以消除人為誤差，螺栓緊固更加精確、安全。同步緊固保證法蘭平行閉合，確保密封墊均勻受力，同時(shí)減少工具移動(dòng)的次數(shù)，節(jié)省檢修時(shí)間。

（6）螺栓預(yù)緊力檢查。測(cè)量螺栓伸長(zhǎng)量并確認(rèn)螺栓載荷，不合格時(shí)應(yīng)重復(fù)緊固，直至合格。結(jié)合規(guī)范對(duì)法蘭對(duì)中進(jìn)行檢查，檢查緊固后的法蘭間隙是否均勻，檢查緊固后法蘭的平行度。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)扭力拉伸技術(shù)緊固，螺栓載荷精度可達(dá)4%～10%。2009年裝置換熱器E107/AB使用扭力拉伸技術(shù)緊固，管箱法蘭在3年的運(yùn)行周期內(nèi)沒(méi)有發(fā)生泄漏現(xiàn)象?；诔晒?jīng)驗(yàn)，2012年停工大檢修期間，裝置又在E104/AB，E105/AB，E106/AB換熱器上應(yīng)該了該項(xiàng)技術(shù)，目前運(yùn)行情況良好。