石油化工裝置由法蘭接口引發(fā)的泄漏事故時(shí)有發(fā)生，給裝置運(yùn)行造成很大的危害，法蘭密封過程管控措施以及合理的螺栓緊固載荷計(jì)算方法，是提高法蘭安裝質(zhì)量，降低法蘭泄露的發(fā)生率的基礎(chǔ)。

1 引起法蘭泄漏的主要原因 

    引起法蘭泄漏的原因有很多，而在施工階段 引起法蘭泄漏的主要原因有以下幾個(gè)方面：1）法蘭、墊片等密封面的破壞；2） 墊片或者螺栓等材料用錯(cuò)，不能滿足管道運(yùn)行的操作條件；3） 法蘭偏斜引起泄漏；4） 緊固不規(guī)范造成墊片損壞；5） 由于緊固載荷不夠，不能使墊片達(dá)到密封性能；6）由于緊固載荷過大，造成墊片潰爛。

2 防止法蘭泄漏的控制措施 

    綜上所述，由產(chǎn)生法蘭泄漏的原因可知，要確 保法蘭不泄漏，就要通過嚴(yán)格的法蘭過程管控程 序保證法蘭、墊片的安裝質(zhì)量以及選擇合適的緊 固載荷使墊片能夠達(dá)到良好的密封性能。下面將 從法蘭過程管理及緊固載荷計(jì)算兩大方面介紹控 制措施。 

2.1 法蘭過程管理 

2.1.1 人員培訓(xùn)及管理 

    所有參與法蘭管理的人員必須經(jīng)過培訓(xùn)后持 證上崗作業(yè)，嚴(yán)禁無證操作，培訓(xùn)分為理論培訓(xùn)和 實(shí)操培訓(xùn)。理論培訓(xùn)由專業(yè)工程師負(fù)責(zé)向操作人 員授課，講授法蘭管理的理論知識(shí)。實(shí)操培訓(xùn)主要 是要在現(xiàn)場對(duì)專職操作人員進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)際操作 培訓(xùn)，包括整體的質(zhì)量控制流程，設(shè)備使用技巧。

2.1.2 材料管理 

    材料管理包括法蘭、緊固件及墊片的管理， 所有材料要做好到貨驗(yàn)收工作，確保材料本質(zhì)合 格。材料的驗(yàn)收要求如下： 

1）所有材料要有質(zhì)量證明文件，文件內(nèi)容符 合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。 

2）法蘭到貨后，應(yīng)逐件檢查法蘭密封面，密封 面應(yīng)完整，不得有銹蝕和徑向劃痕等缺陷。 

3）法蘭的外緣應(yīng)有規(guī)定的標(biāo)識(shí)，且與質(zhì)量證 明文件相符。 

4）檢查合格后的法蘭，應(yīng)放在室內(nèi)進(jìn)行保管， 并做好防銹蝕處理。 

5）檢修工程中，法蘭打開后，應(yīng)組件檢查法蘭 密封面狀況，清理影響密封的雜質(zhì)； 

6） 緊固件到貨后確保緊固件的螺紋應(yīng)完整， 無劃痕、無毛刺、無銹蝕等缺陷；如果螺紋不完 整，嚴(yán)禁使用。 

7）緊固件檢查合格后，螺紋表面需要涂抹螺 紋保護(hù)劑，且螺紋部位涂抹均勻。 

8）纏繞式墊片到貨驗(yàn)收，不得有松散、翹曲現(xiàn) 象，其表面不得有影響密封性能的缺陷。 

9） 檢維修工程中法蘭拆卸后需要利用的螺栓，應(yīng)采取先集中清洗、后檢查再利用的原則。清 洗時(shí)要檢查螺紋有無損傷，螺母能否順利旋合到 螺柱的任意位置，不合格螺栓禁止采用。

2.1.3 設(shè)備選用 

    根據(jù)螺栓規(guī)格不同，使用不同的擰緊設(shè)備，主 要采用手動(dòng)力矩扳手、電動(dòng)力矩扳手和液壓扳手。力矩≤1000N·m 的螺栓可采用手動(dòng)力矩扳手進(jìn)行 緊固，力矩大于 1000N·m 的螺栓推薦使用電動(dòng)力 矩扳手或者液壓扳手進(jìn)行緊固，可配套沖擊扳手 進(jìn)行初緊，以提高初緊效率。 

2.1.4 法蘭安裝 

1）法蘭安裝前，要對(duì)法蘭密封面及墊片進(jìn)行 檢查確認(rèn)，確保沒有影響密封性能的缺陷，且要清 除法蘭密封面的保護(hù)油脂。

2）連接法蘭的螺栓應(yīng)能自由穿入。 

3）法蘭螺栓安裝方向、外露長度應(yīng)一致。 

4）用手?jǐn)Q緊螺母，確保螺母能在螺柱上轉(zhuǎn)動(dòng) 順暢。

5）法蘭安裝不能偏斜，法蘭密封面的平行度 要滿足規(guī)范要求。

2.1.5 螺栓緊固 

    法蘭連接螺栓應(yīng)對(duì)稱順序擰緊，緊固力矩值需要分級(jí)進(jìn)行增加，直到獲得最終要求的扭矩，具 體的步驟如下： 

步驟 1：用手帶緊螺母，用手動(dòng)扳手初步緊固，同時(shí)要控制好法蘭平行度。 

步驟 2：按 30%最終力矩值上緊螺栓，采用對(duì)稱法緊固，核實(shí)法蘭間距以確保一致性。 

步驟 3：按 60%最終力矩值上緊螺栓，采用對(duì) 稱法緊固，核實(shí)法蘭間距以確保一致性。 

步驟 4：以目標(biāo)力矩值上緊螺栓，采用對(duì)稱法緊固，核實(shí)法蘭間距以確保一致性。 

步驟 5：繼續(xù)以目標(biāo)力矩值緊固螺栓，采用順序緊固，最終核實(shí)法蘭間距以確保一致性。按照上述步驟對(duì)法蘭螺栓緊固完成后，用記 號(hào)筆沿著螺柱/螺母的端面畫上十字交叉線，如有 條件可在法蘭上系掛標(biāo)識(shí)牌，標(biāo)識(shí)牌上標(biāo)注好管線 號(hào)、法蘭編號(hào)、目標(biāo)力矩值、操作人及操作時(shí)間等。 

2.2 螺栓緊固載荷計(jì)算 

    選擇合適的緊固載荷也是法蘭管理的重點(diǎn)， 目前國內(nèi)規(guī)范及文獻(xiàn)資料中沒有一個(gè)統(tǒng)一的、標(biāo) 準(zhǔn)的計(jì)算方法，給出的大多是一個(gè)固定的緊固力 矩值，然而緊固力矩并不應(yīng)該是一個(gè)固定值而是一個(gè)區(qū)間值，一是要保證法蘭連接口達(dá)到密封性 能，二是要保證墊片不被破壞及螺栓不被拉斷或 失效；另外，螺栓緊固力矩也不是很精確的數(shù)值， 從力矩計(jì)算公式：T=KFd 來看，式中：T 為力矩，K 為扭矩系數(shù) （一般取 0.1~0.2），F(xiàn) 為預(yù)緊力，d 為 螺栓公稱直徑，扭矩系數(shù) K 是個(gè)變化值，這和螺 紋結(jié)合面的光滑度、螺母與法蘭端面的光滑度以 及是否采用潤滑都相關(guān)，扭矩系數(shù)的變化對(duì)力矩 值的影響很大，因此，為了減少誤差應(yīng)保證預(yù)緊力 的計(jì)算準(zhǔn)確。

2.2.1 按墊片性能計(jì)算預(yù)緊力

1）操作狀態(tài)下按照墊片最小壓緊力，計(jì)算單 個(gè)螺栓緊固需要的最小載荷 Fo , 公式為：Fo=(F+ Fp)/n，式中：F 為操作狀態(tài)下內(nèi)壓引起的總軸向 力，F(xiàn)p 為操作狀態(tài)下最小墊片壓緊力，n 為螺栓 數(shù)量，F(xiàn) 及 Fp 的計(jì)算方法參照 GB150.3。 

2）預(yù)緊狀態(tài)下按照墊片最小壓緊力，計(jì)算單 個(gè)螺栓緊固需要的最小螺栓載荷 Fg1，公式為：Fg1=Fa/n，式中：Fa 為預(yù)緊狀態(tài)下最小墊片壓緊 力，計(jì)算方法參照 GB150.3。 

3）按照墊片的最大允許應(yīng)力，計(jì)算單個(gè)螺栓 緊固需要最大螺栓載荷 Fg2，公式為：Fg2=(Sg×Ag)/n， 式中：Sg 為墊片最大允許應(yīng)力，Ag 為墊片密封面積。 

2.2.2 按螺栓允許應(yīng)力計(jì)算預(yù)緊力 

    按照螺栓允許應(yīng)力，分別計(jì)算單個(gè)螺栓緊固 需要的最小螺栓載荷 Fb1 和最大螺栓載荷 Fb2；公式為：Fb1 =0.25 ×Rel ×Ab，F(xiàn)b2 =0.7 ×Rel ×Ab；式 中：Rel 為螺栓屈服強(qiáng)度，Ab 為螺栓應(yīng)力截面積。

2.2.3 綜合比較 

    分別確定單個(gè)螺栓緊固需要的最小載荷 Fmin 和最大載荷 Fmax：

Fmin=max(Fo,Fg1,Fb1) 

Fmax=min(Fb2,Fg2) 

2.2.4 計(jì)算螺栓緊固力矩區(qū)間值 Tmin，Tmax 

Tmin=k×Fmin×d 

Tmax=k×Fmax×d 

2.3 質(zhì)量過程控制要點(diǎn) 

2.3.1 安裝前檢查 

    重點(diǎn)檢查管內(nèi)潔，法蘭面、墊片是否有損傷，并對(duì)螺栓與墊片材質(zhì)、規(guī)格進(jìn)行檢查是否與設(shè)計(jì) 圖紙一致。對(duì)于銹蝕的法蘭密封面，可采用手動(dòng)鋼 絲刷或其他手動(dòng)工具除銹，且用清洗劑去除污漬， 檢查其密封面的狀況，嚴(yán)重?fù)p傷的法蘭密封面不 予使用。對(duì)于檢維修裝置，法蘭拆卸后檢查法蘭密 封面情況，如有損壞要進(jìn)行更換。

2.3.2 法蘭螺栓緊固后質(zhì)量檢查 

    法蘭螺栓緊固完成后，項(xiàng)目質(zhì)檢人員按照?qǐng)?bào) 檢記錄對(duì)螺栓力矩、法蘭平行度進(jìn)行抽查，合格后 簽字確認(rèn)。

2.3.3 試壓校驗(yàn) 

    管道試壓是檢驗(yàn)法蘭密封性能的一個(gè)重要手 段，在試壓過程中要著重檢查每對(duì)法蘭的密封性 能，確保法蘭無泄漏；試壓過程的法蘭密封性能檢 驗(yàn)要做到以下幾點(diǎn)：

1）若發(fā)現(xiàn)法蘭有泄漏，嚴(yán)禁帶壓緊固，檢查好 泄漏點(diǎn)，做好標(biāo)記，泄壓后進(jìn)行處理；

2）泄壓后，復(fù)核法蘭平行度和螺栓的緊固力 矩，如若平行度不符，松開張口端對(duì)面的螺栓，重 新進(jìn)行調(diào)整法蘭平行度，并按照螺栓緊固步驟重 新進(jìn)行緊固；如若只是螺栓力矩不滿足要求，可以 直接按照目標(biāo)力矩進(jìn)行緊固； 

3）法蘭調(diào)整后，再重新進(jìn)行試壓檢驗(yàn)，再次試 驗(yàn)以不泄漏為合格，并重新對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行標(biāo)記；若還有泄漏，必須泄壓后打開法蘭，檢查法蘭密封 面及墊片，更換新的墊片，法蘭密封面若是損壞， 進(jìn)行更換或者在線修復(fù)，缺陷消除后，再次試壓檢 驗(yàn)，直到校驗(yàn)合格后，對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行標(biāo)記。 

3 結(jié)束語 

    根據(jù)上述理論和數(shù)據(jù)分析可看出管道法蘭管 理是一個(gè)系統(tǒng)性工程，將涉及法蘭密封效果的相 關(guān)因素綜合考慮，包括法蘭組對(duì)、密封面狀況、密 封墊片質(zhì)量、螺栓正確使用與扭矩值控制、工藝操 作條件變化等。只有通過嚴(yán)格過程管控，加強(qiáng)材料 管理并且嚴(yán)格控制緊固載荷，才能有效的避免法 蘭可能出現(xiàn)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。