特约撰稿人：凯特克集团有限公司市场总监王剑波

·凯特克螺栓预紧力控制技术推广·

这个厂的法兰泄漏是如何被“根治”的？

特约撰稿人：凯特克集团有限公司市场总监王剑波

化工厂炼油厂的设备及管线法兰在长期的运行中受温度和压力等因素的影响容易发生泄漏现象。扬子石化芳烃厂150万吨/年连续重整装置投产半年左右，在一次下雨过程中，反应器顶封头法兰发生泄漏，经拆去保温层并将螺栓热紧后泄漏得到控制。但是，反应器顶封头法兰附近油气味仍然很重，说明泄漏虽然得到控制，但是没有根除。经过凯特克贸易（上海）有限公司维修后，问题得到根本解决。

凯特克工作人员在维修现场

导致法兰泄漏的原因有很多，如：密封面的形式和精度、密封垫性能、螺栓预紧力、设备的操作条件等，其中密封垫占一部分，法兰密封面精度占一部分（因其结构的特殊性需要对泄漏的法兰进行拆卸检查）。

法兰泄漏的“症结”在哪里

扬子芳烃厂150万吨/年连续重整装置自2014年末投产，运行半年左右的时间后，反应器顶封头法兰发生泄漏现象，经过拆去保温层并将螺栓热紧后泄漏得到控制。但是，反应器顶封头法兰附近油气味仍然很重，说明泄漏虽然得到控制，但是依然存在。为了应急，日常运行中只好在反应器附近配备两台消防车，随时待命，以防万一。但这毕竟是权宜之计，必须尽快找出泄漏的根本症结，以除后患。

反应器头盖设备情况如下：

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密封垫片的情况

此封头法兰中密封垫片选用“双金属自密封波齿石墨复合垫”，该垫片是某密封件厂的专利产品，其优势是在高压工况下具有自紧密封效果，但由于此法兰工况内部压力仅0.3MPa，故此种垫片用在0.3MPa的工况体现不出明显效果；由于法兰处于500℃左右的高温，材料蠕变松弛对法兰连接面的密封性能影响显著，当垫片整个圆周上的压紧力小于密封垫在此工作压力下保证正常密封所需的最小压紧力时即产生泄漏；此外，据重整车间介绍，提供的螺栓拧紧扭矩为700~800N.m，后来热紧时加载到1000~1100N.m，因而可判断泄漏的原因一部分也源于螺栓拧紧扭矩所产生的螺栓力太小，不足以维持设备长周期的可靠运行（现场仅运行4000多小时就产生了泄漏）。

螺栓预紧的影响

易燃易爆介质法兰的密封对螺栓预紧力的均匀性和精确性要求极高。如果整个法兰面上的螺栓预紧力不均匀，就会引起法兰偏载，进而导致密封垫片上的初始预紧应力不均匀，垫片周向预紧应力最小处就成为了密封的最薄弱环节，而垫片上应力最大的地方有可能超过垫片的压溃强度导致密封垫的损坏，都有可能成为法兰连接运行过程中潜在的泄漏点。同样，如果螺栓预紧力控制不准确，就会引起螺栓预紧力不足或超载，螺栓预紧力不足加上蠕变松弛的影响会导致在较短时间内垫片工作密封比压小于最低压紧力而造成泄漏，若螺栓预紧力过大则垫片被压溃而没有了回弹性，且螺栓力过大会加快螺栓的蠕变松弛，综合作用下最终仍然保证不了法兰连接在设备检修周期内不会产生泄漏。

对症下药，有的放矢

密封垫片的选用

大直径柔性石墨缠绕垫片由于缠绕工艺的影响质量很不稳定，一般缠绕较松使其回弹性较差，因此不建议选用；普通的波齿石墨复合垫片制造工艺简单、质量相对稳定，但一般也用在高压下，需要很大的螺栓力才能发挥出其回弹效应，用在此处也不合适。凯特克经过多方调研，推荐使用美国福来西垫片技术公司特别开发的密封垫——Change 垫片替换以前使用的密封垫。Change 垫片是专为热循环频繁工况量身打造，相比石墨缠绕垫和波齿复合垫都有更好的回弹性和耐用性。

结合了缠绕垫片和齿形垫片的双重优势：

极高的回弹性

高温蠕变极小

防压溃特性，无需内环

卓越的密封性能，尤其在热循环工况

适用于绝大部分法兰

几乎可用所有的工业金属材料制成

重型钢带形成独特的固体垫片

独特外形缠绕起来像一个齿形

缠绕就像一个缠绕垫片，贴面像齿形

紧固方法的选用：

使用传统紧固方式进行紧固时，如呆扳手、液压扳手等工具，由于力臂的存在，作用力会对螺栓形成侧向偏载，使螺栓螺母之间的摩擦力增大且无法预知，损失的扭矩也无法确定，加之螺纹啮合部分及螺栓螺母与被连接件之间的表面摩擦会增大扭矩的损失，因此虽然施加的扭矩都一致，但却无法保证精确的螺栓载荷。当温度、压力发生变化时，一圈螺栓的预紧力将发生不一致的变化，当螺栓预紧力不能满足垫片密封所需要的最小预紧力时即会产生泄漏。

本次安装的紧固方法采用凯特克四同步的“拉伸达载荷”预紧力控制技术进行同步紧固。

HYTOR C “拉伸达载荷”技术是通过精确的计算和运用专用工具保证每一条螺栓连接的完整性，并通过多部工具同时对法兰螺栓进行紧固,保证整个连接面的平行闭合。当确认保证不泄漏的螺栓预紧力的数值后，使用HYTOR C的扭矩拉伸机结合无反作用力臂、无偏载的紧固方式来确保达到该数值。

拉伸达载荷

使用“拉伸达载荷”技术的特点

紧固操作过程不需要手扶机具,更加安全、简便；

不需要反作用力臂，不需要支点，更加可靠，精度更高；

不需要热紧，升温后不会发生泄漏，更加科学，不需要重复施工；

同步紧固，法兰平行闭合，紧固步骤更少，提升紧固质量和效率；

螺栓载荷精度不需要校验，直接设定保证载荷精度高于10%；

无偏载系统，防泄漏、不咬牙。

法兰回装时，使用正确的密封垫，紧固螺栓时，消除偏载对螺栓的影响，则紧固过程中的摩擦力能够得到很好的控制，螺栓没有受到偏载，减小了未知的摩擦力，扭矩就能精确的转换为螺栓的预紧力，而采用HY T OR C独有的“拉伸达载荷”技术，在紧固过程无偏载，紧固精度高且均匀，结合Flexitallic密封垫，就能实现真正意义上 “零泄漏”。

妙手回春，获得肯定

此次安装是凯特克团队在扬子石化的第一次安装，无论是安装速度，还是以后的运行效果，都取得了预期目标。

为此，扬子石油化工有限公司芳烃厂特地给予凯特克公司书面肯定：

“2015年8月，凯特克技术工程师对我厂重整装置反应器顶封头法兰进行了工况调研，并提出了零泄漏坚固优化方案（DISC垫圈+Flexitallic密封垫），经过扬子石化机动部、我厂技术人员与凯特克技术人员技术交流，决定重整装置反应器顶封头法兰采用HY T OR C公司DISC拉伸垫圈配合Flexitallic密封垫（高温固力特T hermiculitr+Change垫片）方案，并于2015年10月在重整装置反应器顶封头法兰位置安装使用凯特克M42 DISC垫圈72颗。安装期间凯特克人员采用其软件科学计算预紧扭矩值、四同步扭矩拉伸机进行紧固，此位置在开车期间，一次性成功，兑现无需热紧消除泄漏的承诺。装置于2015年10月底开始运行到目前为止没有发生任何泄漏。”