祝加軒，李 敏，王 波，張文澤，解志剛

(中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司研究院，新疆 獨(dú)山子 833699)

石油化工裝置管道的泄漏問題一直是困擾煉化企業(yè)的難題，輸送的工藝介質(zhì)一般具有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒等特點(diǎn)。管道一旦泄漏，輕則影響裝置連續(xù)生產(chǎn)，重則造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。尤其是近年來在原油劣質(zhì)化和裝置大型化、高參數(shù)化的背景下，工業(yè)管道的泄漏問題更加突出。當(dāng)前煉化企業(yè)對(duì)管道泄漏問題的管理主要采取的是事故處理方式，沒有對(duì)泄漏原因進(jìn)行深入系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)和分析，制定的泄漏應(yīng)急處理措施和長(zhǎng)期解決方案不夠科學(xué)和系統(tǒng)，未對(duì)管道泄漏實(shí)施完整性管理措施，導(dǎo)致相同原因的泄漏問題不斷重復(fù)發(fā)生，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重事故，不僅影響裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，還對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。

近幾年，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)管道法蘭靜密封接頭的泄漏問題開展了工業(yè)管道法蘭的泄漏與防護(hù)研究工作。研究結(jié)果表明，在裝置管道泄漏管理和防護(hù)方面，目前尚存在如下3個(gè)問題：1)目前國(guó)內(nèi)尚無成套裝置靜密封完整性數(shù)據(jù)信息化管理的技術(shù)依據(jù)；2)密封接頭的適用性與使用壽命問題；3)螺栓法蘭接頭的安裝缺乏相應(yīng)的技術(shù)支持。

針對(duì)上述3個(gè)問題，筆者進(jìn)行了分析研究，總結(jié)了部分典型煉化裝置靜密封點(diǎn)的完整性管理方法，對(duì)密封組件進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，規(guī)范了螺栓法蘭接頭的安裝流程，并在典型的煉化裝置上成功應(yīng)用，取得了較好的效果[1]。

1 煉化裝置靜密封完整性管理方法的建立

通過成套裝置的大量法蘭密封泄漏案例的調(diào)研，進(jìn)一步對(duì)法蘭泄漏規(guī)律進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)引起法蘭泄漏的原因有運(yùn)行環(huán)境惡劣、操作參數(shù)波動(dòng)、密封元件不匹配、密封元件質(zhì)量控制不嚴(yán)、設(shè)計(jì)或安裝不當(dāng)?shù)纫蛩?，即法蘭泄漏涉及到設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行整個(gè)環(huán)節(jié)，只有保證每個(gè)環(huán)節(jié)密封元件達(dá)到規(guī)定要求，才有可能保證密封點(diǎn)不發(fā)生泄漏。因而，法蘭密封結(jié)構(gòu)完整性管理方法的建立，將從密封結(jié)構(gòu)信息化管理、密封組件適用性、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、泄漏控制等多個(gè)方面綜合考慮，形成一套完整的技術(shù)方法[2]。

1.1 法蘭密封結(jié)構(gòu)信息化管理

法蘭靜密封點(diǎn)的信息化管理如圖1所示，主要包括密封點(diǎn)的基本信息、組件信息、點(diǎn)位信息和泄漏歷史信息管理。

圖1 法蘭密封點(diǎn)信息化管理基本框架

在信息化管理工作中，其基本框架流程如下。

1)管道基本信息是基礎(chǔ)，以管道基本信息構(gòu)建密封點(diǎn)信息，其中管道基本信息主要包括：分廠名稱、車間名稱、區(qū)域名稱、單元、管道編號(hào)、圖號(hào)、管道起點(diǎn)、管道止點(diǎn)等信息。

2)密封點(diǎn)基本信息是將某管道下的所屬密封點(diǎn)納入到管理范圍之內(nèi)，主要信息包括密封點(diǎn)編號(hào)、密封點(diǎn)描述等內(nèi)容。其中，密封點(diǎn)編號(hào)需要結(jié)合管道信息進(jìn)行二次編碼，建議裝置內(nèi)靜密封點(diǎn)按類型(閥門、法蘭、開口管線和連接件(管帽、活接、絲堵、絲扣等))進(jìn)行編碼規(guī)則設(shè)計(jì)。

3)密封點(diǎn)組件信息從屬于密封點(diǎn)基本信息，主要是提供每個(gè)密封結(jié)構(gòu)詳細(xì)的法蘭材質(zhì)、墊片類型、螺栓規(guī)格和數(shù)量等信息。

1.2 密封組件適用性評(píng)價(jià)

法蘭密封泄漏失效案例調(diào)研工作表明，密封元件不匹配也是造成泄漏的眾多原因之一。墊片材質(zhì)同法蘭、介質(zhì)不匹配，造成墊片開裂，從而導(dǎo)致泄漏；墊片材料中石墨材質(zhì)不達(dá)標(biāo)，高溫氧化分解導(dǎo)致泄漏；墊片類型誤用導(dǎo)致泄漏；螺栓同介質(zhì)不匹配，發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，造成螺栓力下降導(dǎo)致泄漏。因此，在法蘭密封結(jié)構(gòu)完整性管理方法中需要引入密封組件的適用性評(píng)價(jià)內(nèi)容。

適用性是用來評(píng)估所提出或采用的方法在實(shí)際使用環(huán)境下的適應(yīng)程度，即在正常使用條件下滿足預(yù)定使用要求的能力。密封組件的適用性是指密封組成件中各個(gè)要素及其組成的整體，在服役環(huán)境下能否發(fā)揮密封作用，保證介質(zhì)不外漏。本項(xiàng)目中的研究對(duì)象是螺栓法蘭接頭靜密封，因此，密封組件的適用性評(píng)價(jià)，主要是研究法蘭、墊片和螺栓等3個(gè)要素在具體服役環(huán)境(介質(zhì)、溫度和壓力等)下的適用程度，即適用性評(píng)價(jià)主要包括密封接頭失效模式分析和密封接頭匹配度分析等內(nèi)容，該部分的詳細(xì)內(nèi)容將在密封組件適用性研究中介紹，此處不再贅述。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

成套裝置內(nèi)存在數(shù)量眾多、各式各樣的螺栓法蘭密封結(jié)構(gòu)，不僅有盛裝水、壓縮空氣的低壓密封結(jié)構(gòu)，還有盛裝蒸汽、碳?xì)浠衔?、易燃易爆氣體的高壓密封結(jié)構(gòu)。盡管每個(gè)法蘭密封結(jié)構(gòu)均應(yīng)該按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝，但考慮到潛在失效后果因素，盛裝高壓、危險(xiǎn)介質(zhì)的密封結(jié)構(gòu)需要附加設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)以及其他要求。因此，法密封結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)分析在完整性技術(shù)內(nèi)容中是不可缺少的一部分，通過風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)密封結(jié)構(gòu)的重要度，進(jìn)而根據(jù)重要度情況合理配置檢維修資源，保障法蘭結(jié)構(gòu)的密封性能。

法蘭密封結(jié)構(gòu)的重要度，受到本質(zhì)安全、安裝水平、運(yùn)行環(huán)境等因素的影響，因此，法蘭密封結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)應(yīng)考慮上述因素的影響，從失效可能性和失效后果兩個(gè)方面對(duì)法蘭密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

法蘭密封結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)方法采用半定量風(fēng)險(xiǎn)分析方法，以法蘭密封設(shè)計(jì)、操作參數(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)情況以及法蘭的安全特征和變化狀況，評(píng)估法蘭密封結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)水平。風(fēng)險(xiǎn)值R較高的法蘭密封結(jié)構(gòu)應(yīng)采取降低風(fēng)險(xiǎn)的措施，使風(fēng)險(xiǎn)值降低到可接受的范圍內(nèi)。

承壓設(shè)備法蘭密封結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一般工作流程如圖2所示，主要包括如下關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖2 法蘭密封結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖

1.4 泄漏控制

在法蘭密封結(jié)構(gòu)的完整性管理方法中，從密封結(jié)構(gòu)信息化管理、密封組件適用性到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，這一過程是保障法蘭結(jié)構(gòu)密封性能的基本要求，均是為泄漏控制做支撐的，即泄漏控制措施是保證接頭密封性能的關(guān)鍵一環(huán)。泄漏控制措施邏輯框圖如圖3所示。

圖3 泄漏控制措施邏輯框圖

依據(jù)法蘭密封結(jié)構(gòu)已發(fā)生的泄漏情況來看，緊固力是否合理以及施加方式對(duì)于安裝之后的密封性能至關(guān)重要。對(duì)于通過多次緊固，仍然無法實(shí)現(xiàn)密封的法蘭結(jié)構(gòu)，更換部分密封元件之后再次進(jìn)行緊固，能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。而上述2種方式均失效后，表明傳統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法已無法滿足密封要求，可考慮再設(shè)計(jì)，以泄漏率為指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。因此，法蘭密封結(jié)構(gòu)的泄漏控制措施主要包括緊固、更換密封元件后緊固、再設(shè)計(jì)等3個(gè)方面，其優(yōu)先級(jí)依次降低，詳細(xì)描述如下。

1)緊固。首先，根據(jù)GB 150計(jì)算法蘭密封結(jié)構(gòu)預(yù)緊力及安裝力矩，對(duì)于高溫法蘭密封結(jié)構(gòu)考慮溫度補(bǔ)償因素，并進(jìn)行法蘭密封結(jié)構(gòu)剛度校核；其次，依據(jù)法蘭密封結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)選擇相應(yīng)的安裝方法。

2)更換密封元件后緊固。對(duì)于采用上述緊固步驟無法達(dá)到降漏目標(biāo)的法蘭，停機(jī)更換新墊片或低泄漏墊片后再緊固，法蘭密封結(jié)構(gòu)預(yù)緊力及安裝力矩計(jì)算、校核和安裝方式的選擇同1)緊固。

3)再設(shè)計(jì)。對(duì)于按照上述兩步驟均無法達(dá)到降漏目標(biāo)的法蘭，考慮按照泄漏率指標(biāo)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

2 密封組件壽命預(yù)測(cè)技術(shù)研究

2.1 密封墊片壽命預(yù)測(cè)技術(shù)

密封墊片壽命預(yù)測(cè)技術(shù)研究旨在通過該技術(shù)預(yù)測(cè)某一類型墊片在具體工況下的平均使用時(shí)間，一方面為墊片的備品備件工作提供指導(dǎo)，另一方面可以制定墊片的更換周期，預(yù)防泄漏事故的發(fā)生。

在石化成套裝置內(nèi)，非金屬墊片和半金屬墊片的使用量最大。非金屬墊片主要有聚四氟乙烯墊片、柔性石墨墊片、無石棉橡膠墊片、有機(jī)纖維增強(qiáng)墊片等；半金屬墊片有金屬包覆墊片、石墨填充金屬齒形墊片、石墨填充金屬纏繞墊片等。對(duì)于使用非金屬墊片或半金屬墊片而言，由于密封墊片材料老化、龜裂、變質(zhì)以及在工作應(yīng)力下的蠕變松弛所導(dǎo)致的界面泄漏和滲透泄漏約占總泄漏量的80%～90%，因此壽命預(yù)測(cè)主要針對(duì)非金屬墊片或半金屬墊片，主要的試驗(yàn)方法是加速壽命試驗(yàn)方法。

2.2 螺栓壽命預(yù)測(cè)方法

在用螺栓的潛在失效模式為由交變載荷引起的機(jī)械疲勞塑性斷裂失效和因常時(shí)間高溫下服役形成的蠕變斷裂失效，以及二者的耦合[3]。

1)在用螺栓疲勞壽命計(jì)算：基于GL規(guī)范，采用疲勞分析方法對(duì)在用螺栓進(jìn)行疲勞分析，計(jì)算在用螺栓的疲勞損傷。根據(jù)由實(shí)驗(yàn)得到的不同溫度、預(yù)緊力、載荷比等條件下的S-N疲勞曲線，采用線性累積損傷理論(Palmgren-Miner)并結(jié)合應(yīng)力-壽命準(zhǔn)則，計(jì)算在用螺栓在上述損傷情況下的剩余疲勞壽命。

2)在用螺栓蠕變壽命計(jì)算：根據(jù)由實(shí)驗(yàn)得到的不同溫度、預(yù)緊力作用下螺栓的蠕變拉伸曲線，采用時(shí)間-溫度參數(shù)法，也即Larson-Miller方法，計(jì)算在用螺栓結(jié)構(gòu)的剩余壽命。

3)機(jī)械疲勞和蠕變耦合作用：將螺栓所受的機(jī)械疲勞損傷和蠕變損傷進(jìn)行線性疊加，計(jì)算在交變載荷和高溫工況共同作用下在用螺栓結(jié)構(gòu)的剩余壽命。

4)綜合評(píng)價(jià)方法。

螺栓壽命預(yù)測(cè)方法：a.采用線性累積損傷理論(Palmgren-Miner)并結(jié)合應(yīng)力-壽命準(zhǔn)則，計(jì)算在用螺栓在上述損傷情況下的剩余疲勞壽命；b.根據(jù)由實(shí)驗(yàn)得到的不同溫度、預(yù)緊力作用下螺栓的蠕變拉伸曲線，采用時(shí)間-溫度參數(shù)法，也即Larson-Miller方法，計(jì)算在用螺栓結(jié)構(gòu)的剩余壽命；c.將螺栓所受的機(jī)械疲勞損傷和蠕變損傷進(jìn)行線性疊加，計(jì)算在交變載荷和高溫工況共同作用下在用螺栓結(jié)構(gòu)的剩余壽命。

對(duì)于具有開裂敏感性的螺栓，參照GB 30579標(biāo)準(zhǔn)判斷其開裂敏感程度，在計(jì)算壽命的基礎(chǔ)上除以安全系數(shù)，彌補(bǔ)開裂造成的壽命損失。

3 螺栓法蘭接頭的安裝流程

3.1 螺栓預(yù)緊力確定

螺栓緊固前，應(yīng)首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求、工藝參數(shù)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范等確定螺栓預(yù)緊力。其值應(yīng)大于設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小值，但一般不大于設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大值。在任何情況下，螺栓預(yù)緊力都不能超過螺栓屈服極限強(qiáng)度、法蘭剛度以及密封墊片的最大壓潰力。

國(guó)內(nèi)目前常用的預(yù)緊力計(jì)算方法主要有3種：第1種是基于GB 150的改進(jìn)方法，該方法是以Waters研究成果為基礎(chǔ)，以彈塑性力學(xué)的平板理論為基礎(chǔ)，技術(shù)必須在預(yù)緊時(shí)使螺栓力在壓緊面與墊片之間建立起不低于y值的比壓力[4]；同時(shí)在設(shè)備工作時(shí)，螺栓力應(yīng)能夠抵抗內(nèi)壓的作用，并且在墊片表面維持m倍內(nèi)壓的比壓力；第2種是基于ASME PCC-1的目標(biāo)螺栓應(yīng)力法[5]，以規(guī)定或選定螺栓材料屈服強(qiáng)度的某一百分?jǐn)?shù)為安裝需要達(dá)到的螺栓應(yīng)力，從而計(jì)算出相應(yīng)的安裝螺栓載荷；第3種是目標(biāo)墊片應(yīng)力法，該方法依據(jù)墊片制造企業(yè)提供的產(chǎn)品需要的壓縮墊片應(yīng)力，從而給出不同壓力等級(jí)法蘭、螺栓材料和墊片類型的安裝螺栓載荷或力矩表，與目標(biāo)螺栓載荷法對(duì)應(yīng)[6]。

通過3種方法的分析比較，基于GB 150改進(jìn)的方法有顯著優(yōu)點(diǎn)。它考慮了開工期間冷、熱環(huán)境造成的膨脹差對(duì)預(yù)緊力的補(bǔ)償，以及墊片最大壓潰應(yīng)力對(duì)預(yù)緊力的限制，還將螺栓材料屈服強(qiáng)度的限制也納入其中，因此建議利用該方法計(jì)算預(yù)緊力。

3.2 螺栓緊固方式的選擇

常用的緊固方式通常有液壓扭矩扳手、氣動(dòng)扭矩扳手、鋰電池扭矩扳手及手動(dòng)力矩扳手；高精度螺栓預(yù)緊力緊固方式有液壓拉伸法、帶機(jī)械式拉伸螺母的扭矩拉伸法、無反作用力臂扭矩拉伸法。

根據(jù)管道法蘭泄漏風(fēng)險(xiǎn)的高低確定法蘭緊固方式，法蘭泄漏風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可以分為低、中、高風(fēng)險(xiǎn)3級(jí)：1)高風(fēng)險(xiǎn)法蘭應(yīng)選用高精度的螺栓預(yù)緊力緊固方式進(jìn)行緊固；2)中風(fēng)險(xiǎn)法蘭應(yīng)選用高精度的螺栓預(yù)緊力緊固方式以及液壓扭矩扳手、氣動(dòng)扭矩扳手、鋰電池扭矩扳手進(jìn)行緊固；3)低風(fēng)險(xiǎn)法蘭采用普通預(yù)緊力控制緊固方式，包括扭矩法等。

3.3 螺栓的緊固安裝

螺栓緊固安裝也是決定管道法蘭接頭可靠性的一個(gè)關(guān)鍵因素[7]。在其中，除了緊固螺栓工具外，緊固螺栓的順序、步驟和步驟載荷等對(duì)于墊片應(yīng)力大小及其分布均勻性和法蘭的偏轉(zhuǎn)[8]，在保證法蘭接頭的完整性上也是極其重要的。

目前，工程應(yīng)用中同時(shí)采用幾個(gè)緊固工具同步緊固多個(gè)螺栓的方法可以減少對(duì)墊片的損傷，單一工具逐個(gè)交叉緊固方法相比更簡(jiǎn)單，且緊固效果更好[9]。這種方法通常用于煉油、石化和核電等重要設(shè)備場(chǎng)合。安裝法蘭接頭還需要關(guān)注如下幾點(diǎn)。

1)安裝前檢查、清理。

移去舊墊片，清除殘留在法蘭密封面上的舊墊片材料。檢查法蘭密封面有無裂紋、劃痕(尤其是徑向劃痕)工具錘擊痕跡、腐蝕凹坑等影響密封的缺陷。確認(rèn)法蘭密封面型式與所用的墊片型式相符，其表面粗糙度應(yīng)與墊片類型相適配。除非金屬平墊片外，全面或突面法蘭密封面不應(yīng)設(shè)有輔助密封線。法蘭接頭的密封面之間只允許安裝一個(gè)墊片。確認(rèn)緊固件、墊片符合設(shè)計(jì)要求的規(guī)格和材料檢查緊固件，墊片有無裂痕、切屑、毛刺、銹蝕、毛邊和其他損傷。清除所有存在于密封面、緊固件(包括螺栓、螺母和墊圈)上的銹跡、污垢和外來雜物。選擇合適潤(rùn)滑劑并均勻地涂覆在螺栓、螺母和墊圈的承載表面，不要將潤(rùn)滑劑沾染在法蘭密封面或墊片表面上。

2)法蘭接頭校正。

法蘭中心線平行度、法蘭端面的不平行度、螺栓孔和螺栓的錯(cuò)位、法蘭的最大間隙應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

3)潤(rùn)滑。

潤(rùn)滑是緊固力矩有效性的重要保證。有效性意味著相同的緊固力矩用在潤(rùn)滑很差的緊固件上產(chǎn)生的預(yù)緊載荷將顯著不同。使用規(guī)定的或認(rèn)可的潤(rùn)滑劑，均勻地涂敷在螺栓和螺母的內(nèi)外螺紋，以及螺栓頭、螺母和墊圈的承載表面，并避免潤(rùn)滑劑沾染在墊片和法蘭密封面上。潤(rùn)滑劑應(yīng)適合緊固件材料、使用介質(zhì)和使用溫度。對(duì)于不銹鋼材料的緊固件，應(yīng)采用氯、氟、硫化合物含量低的潤(rùn)滑劑。

4)墊圈。

如前所述，螺栓頭或螺母的承載表面與法蘭表面之間的摩擦占劇了緊固扭矩?fù)p失的50%，因此對(duì)重要的場(chǎng)合推薦安裝鋼墊圈，這樣為螺栓頭或螺母提供光滑和低摩擦的承載表面，提高了力矩扳手的緊固效率，也減輕了對(duì)法蘭和螺母承載表面的損傷[10]。

5)再緊固。

軟質(zhì)材料墊片泄漏的主要原因之一是墊片的蠕變松弛，這一影響在高溫(特別是操作溫度≥100 ℃)下隨時(shí)間推移而逐漸積累，其后果是墊片上的壓縮應(yīng)力下降，增加了泄漏的可能性。因此，一般推薦在初始裝配后24 h，以及在48和72 h后，將螺栓重新緊固到預(yù)定扭矩值(通常在室溫下再緊固)。

4 管道法蘭靜密封完整性管理方法的應(yīng)用效果與分析比較

利用本文中的管理方法對(duì)某煉油廠蒸餾裝置管道法蘭靜密封點(diǎn)進(jìn)行完整性管理實(shí)施，對(duì)纏繞式墊片和螺栓壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)，該管理方法的應(yīng)用效果良好，得到了裝置管理人員的認(rèn)可。

4.1 管道法蘭靜密封點(diǎn)數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用效果

利用管道法蘭靜密封點(diǎn)信息化系統(tǒng)完成某煉油廠蒸餾裝置1 285條工藝管道的信息錄入，利用數(shù)據(jù)庫功能完成工藝管道的信息錄入，通過管道位號(hào)可迅速查詢管道的基本信息、對(duì)應(yīng)密封點(diǎn)位置及類型以及組件信息。管道和密封點(diǎn)及組件信息如圖4所示。

靜密封點(diǎn)數(shù)據(jù)庫模塊還可實(shí)現(xiàn)管道密封點(diǎn)的可視化管理功能。根據(jù)管道單線圖查找管道現(xiàn)場(chǎng)位置，由管道起點(diǎn)(或終點(diǎn))出發(fā)，按照管道走向?qū)ζ溥M(jìn)行圖像采集，直至管道終點(diǎn)(或起點(diǎn))。重點(diǎn)采集密封點(diǎn)處的圖像信息如圖5所示。

a) 管道基本信息

b) 密封點(diǎn)及組件信息

a) 管道單線圖

b) 管道起點(diǎn) c) 管道走向1 d) 管道走向2 e) 管道終點(diǎn)

管道法蘭靜密封點(diǎn)數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用，將龐大的法蘭密封點(diǎn)利用預(yù)先設(shè)定好的編號(hào)規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再利用可視化功能詳細(xì)地展現(xiàn)每個(gè)法蘭密封的工況、參數(shù)等關(guān)鍵信息，通過快速的“模糊搜索”實(shí)現(xiàn)快速查詢，從而提高設(shè)備管理的效率。

4.2 密封組件適用性評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)的應(yīng)用效果

結(jié)合煉化裝置泄漏規(guī)律分析結(jié)果，對(duì)使用的墊片和螺栓進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)和適用性評(píng)價(jià)，為螺栓墊片的更換周期和適用性提供指導(dǎo)依據(jù)。以該裝置的常減壓為例，按照不同區(qū)域給出了高溫螺栓法蘭接頭管道及其靜密封件的類型(見表1)。

表1 不同區(qū)域高溫螺栓法蘭接頭類型

分析表1可以發(fā)現(xiàn)，高溫情況下的墊片會(huì)發(fā)生松弛、石墨氧化缺失等，因此，墊片的力學(xué)性能和密封性能下降，進(jìn)而造成接頭泄漏率超標(biāo)，發(fā)生泄漏失效。

利用墊片加速壽命試驗(yàn)，預(yù)測(cè)墊片在當(dāng)前工況下的使用壽命。試驗(yàn)介質(zhì)：氦氣。墊片類型：0Cr18Ni9+柔性石墨帶，PN2.0 DN40的墊片，墊片帶內(nèi)環(huán)和定位環(huán)。試驗(yàn)條件：1)墊片室溫下的氦氣泄漏試驗(yàn)；2)墊片按照一定的溫度和時(shí)間，在高溫爐中(空氣介質(zhì))開展時(shí)效試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前測(cè)試墊片質(zhì)量和尺寸(詳細(xì)的直徑及厚度尺寸)，試驗(yàn)具體過程本文不再贅述。

通過試驗(yàn)可以確定當(dāng)前墊片在目前的環(huán)境下使用，若嚴(yán)格控制溫度不超標(biāo)、安裝正確，則可以滿足VOCs排放要求。

繼續(xù)分析表1可以發(fā)現(xiàn)，使用的螺栓主要采用等長(zhǎng)雙頭螺柱和Ⅱ型六角螺母，根據(jù)材質(zhì)可以分為2種規(guī)格，其一材質(zhì)為35CrMoA，公稱直徑為M20；另外一種螺栓材質(zhì)為25CrMoVA，公稱直徑為M33。這兩種螺栓采用螺栓拉-拉疲勞實(shí)驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法開展剩余壽命研究。分析結(jié)果表明，該螺栓材料在較高的疲勞載荷作用下，疲勞壽命>2.7×106，具有較好的抗疲勞性能，能夠滿足目前的疲勞工況的使用。

密封組件適用性評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)的應(yīng)用，能夠精確分析法蘭密封點(diǎn)組件的有效性，判斷組件是否會(huì)因高溫、壓力波動(dòng)等工況的波動(dòng)造成失效，提高設(shè)備管理的準(zhǔn)確性，避免不必要的組件更換，達(dá)到降本增效的目的。

4.3 管道法蘭結(jié)構(gòu)防泄漏緊固施工的應(yīng)用效果

以蒸餾裝置某管道檢修過程中開展的管道法蘭結(jié)構(gòu)防泄漏緊固施工為例。根據(jù)圖樣，螺栓標(biāo)準(zhǔn)為M36×650B(JB/T 4707—2000)，螺柱尺寸如圖6所示，主要尺寸數(shù)據(jù)見表2。螺栓數(shù)量為72，螺栓/螺母材料為35CrMoA/30CrMoA，腐蝕裕量為0。

圖6 B型螺柱

表2 螺栓尺寸

法蘭連接如圖7所示，為凹凸面密封型式。

圖7 管箱法蘭尺寸圖

通過輸入法蘭密封結(jié)構(gòu)的基本信息、螺栓參數(shù)、墊片參數(shù)、法蘭參數(shù)、補(bǔ)償溫差等參數(shù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件，根據(jù)GB 150的要求，精確計(jì)算出螺栓最大預(yù)緊力、法蘭最小預(yù)緊載荷、法蘭密封最小螺栓載荷、螺栓預(yù)緊力矩等數(shù)值，螺栓預(yù)緊力矩計(jì)算結(jié)果如圖8所示。在完成緊固后，對(duì)密封部位進(jìn)行VOC檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合要求，均為0 ppb。

圖8 螺栓預(yù)緊力矩

管道法蘭結(jié)構(gòu)防泄漏緊固施工的應(yīng)用，明確了螺栓預(yù)緊力，規(guī)范了現(xiàn)場(chǎng)安裝施工流程，確保了安裝的有效性，避免了裝置開工過程中因安裝施工不規(guī)范導(dǎo)致的泄漏發(fā)生，降低了開停工的成本。

4.4 管道法蘭靜密封完整性管理方法的應(yīng)用比較

利用本文中的管理方法對(duì)某煉油廠蒸餾裝置管道法蘭靜密封點(diǎn)進(jìn)行完整性管理實(shí)施，統(tǒng)計(jì)應(yīng)用前后各一年的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用比較，證明該方法具有良好的效果。

1)法蘭靜密封泄漏率。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表3，通過管道法蘭靜密封完整性管理方法的應(yīng)用使法蘭靜密封泄漏率下降了近一半。

表3 法蘭靜密封泄漏率對(duì)比

2)管理效率。

數(shù)據(jù)化信息管理提高了管理效率，降低了勞動(dòng)成本。以確定不同的5條管道上的20個(gè)法蘭靜密封點(diǎn)的參數(shù)為例，應(yīng)用前需要查詢檔案庫中的設(shè)計(jì)資料、施工資料等，應(yīng)用后只需按照編號(hào)規(guī)則進(jìn)行模糊查詢，統(tǒng)計(jì)用時(shí)如圖9所示，節(jié)約時(shí)間高達(dá)90%。而且利用數(shù)據(jù)庫對(duì)歷史發(fā)生泄漏進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，提高對(duì)密封點(diǎn)發(fā)生預(yù)測(cè)，降低泄漏損失。

圖9 數(shù)據(jù)查詢時(shí)間對(duì)比

3)緊固施工合格率。

在該方法應(yīng)用前，發(fā)現(xiàn)由于傳統(tǒng)緊固施工不考慮法蘭密封點(diǎn)使用時(shí)的溫度影響，導(dǎo)致高溫(>250 ℃)安裝過緊拆卸困難，而低溫工況的又需要二次把緊，以及振動(dòng)法蘭靜密封點(diǎn)螺栓松動(dòng)等問題，造成緊固施工的合格率較低，僅有80%。利用該方法的一年中，由于計(jì)算緊固力矩考慮使用溫度，安裝過程規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，緊固施工合格率提升至95%。

4)法蘭靜密封點(diǎn)組件更換的準(zhǔn)確性。

使用該方法前，法蘭靜密封點(diǎn)組件如墊片和螺栓，均為計(jì)劃性更換。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，更換時(shí)大量的墊片和螺栓均依舊有效、能夠使用。利用本文方法通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估將所有的密封點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，并對(duì)中高風(fēng)險(xiǎn)密封點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再根據(jù)壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行更換周期的確定。精準(zhǔn)定位了需要更換的密封點(diǎn)和更換周期。避免密封點(diǎn)的更換數(shù)量過?；虿蛔?，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)管理和降本增效。

5 結(jié)語

通過對(duì)煉化裝置管道法蘭靜密封完整性管理方法的研究，成功建立了以物流回路為基礎(chǔ)的密封點(diǎn)信息化完整性管理方法，解決了成套裝置工業(yè)管道法蘭靜密封數(shù)量多、管理難度大的問題。提出泄漏機(jī)理分析和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的密封組件壽命評(píng)價(jià)方法，解決了在用管道法蘭靜密封接頭密封件壽命預(yù)測(cè)技術(shù)中，按照傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法無法滿足理論和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相結(jié)合的問題。優(yōu)選了螺栓法蘭接頭緊固力矩計(jì)算方法，規(guī)范化緊固施工過程，解決了緊固施工的問題。對(duì)規(guī)范裝置的泄漏管理、控制靜密封接頭泄漏導(dǎo)致的潛在風(fēng)險(xiǎn)以及提高靜密封管理水平具有重要作用。