定力距紧固在乙烯装置中的应用

杨莹莹

摘要：乙烯装置大检修采用无力臂拉伸紧固系统对装置内部分易泄漏的密封面进行预紧，达到了理想的效果。

关键词：乙烯装置 裂解 急冷 冷箱 换热器 螺栓紧固

前言： 天津石化烯烃部乙烯装置采用的是美国Lummus公司顺序深冷分离的专利技术，原设计年产14万吨聚合级乙烯，于1995年11月投产。2001年，装置进行了扩能改造，将装置规模扩大到20万吨/年乙烯。

1.开车后及运行过程中密封面泄漏问题

1.1法兰密封面失效的原因分析

设备法兰密封面发生泄漏将造成物料损失，影响生产的经济性，同时造成

严重的安全隐患。乙烯装置易泄漏的法兰密封面主要集中在裂解工段和分离冷区的换热器的封头、管箱、接管及塔、罐的人孔处。引起乙烯装置设备法兰泄漏的原因分为四大类，如表一所示：

序号	分类	原因
1	装置操作条件 （工艺原因）	温度变化
		压力波动
		原料切换、相变
2	法兰原因	法兰变形
		法兰上螺母支撑面凹陷不平
		法兰面与螺栓轴线不垂直
3	密封原因	不合格的密封垫
		密封面腐蚀
3	密封原因	密封面因高压介质泄漏吹坏
		密封比压不足
4	紧固件原因	螺栓超拉导致塑性变形
		螺牙变形
		螺牙咬死
		螺母变形
		螺栓螺母锈蚀
		载荷不均匀、不精确

表一：法兰密封面失效原因分析表

1.2传统法兰密封面紧固方法

英国海上操作者协会曾对100个失效法兰密封进行分析，表明81%的泄漏是由于不正确的螺栓预紧力造成的。依据工业通用标准，螺栓的预紧力精度为10%最为合理。过去的几十年，人们不断探索和改进紧固件把紧的方法，如传统人力锤敲击，游锤撞击紧固，人力加长扳杠紧固，液压扳手紧固，螺栓拉伸器紧固等。传统人力锤敲击、游锤撞击紧固、人力加长扳杠等传统工具操作时，预紧力的大小完全由人的感觉和经验判断，没有精度可言。德国巴斯夫认证机构对普通液压扳手和普通液压螺栓拉伸器做了预紧力精度实验，结果显示普通液压扳手有约3%的扭矩精度，但紧固螺栓的载荷精度误差仍为15%，普通液压螺栓拉伸器有1%的拉伸力精度，但预紧力精度误差为51%。

2．先进预紧力控制技术提高精度

2010年乙烯装置首次采用了拉伸达载荷螺栓预紧力控制技术，先后对泄漏

频率最高的两台换热器——乙烯产品输出汽化器EA423和干燥器再生气加热器EA214进行螺栓紧固试验。2012年和2016年大检修也陆续为几个泄漏率较高的部位进行螺栓紧固，均取得了良好的预紧效果。

2.1建立法兰螺栓数据库

乙烯装置开车引物料后，法兰密封面泄漏问题主要集中在温度、压力变化

较大的区域，裂解工段TLE、急冷区和分离工段冷区。结合实际需求，本着经济的原则，车间梳理出紧固法兰螺栓数据库，最终确定了共计589个法兰，7664个螺栓。

2.2法兰螺栓力矩值计算

根据紧固法兰螺栓数据库，厂家进行力矩计算，精确计算螺栓在设备运行中法兰稳定工作所必需的最小螺栓载荷，确定法兰稳定运行所需的螺栓预紧力安全区间、紧固所需的螺栓力矩，经双方确认，设定施工目标力矩值。

2.3确认位置，复核数据、挂牌

设备交出检修，根据法兰螺栓数据库和法兰螺栓力矩计算表到现场进行复核，确定最终版本的数据库资料，制作现场标识牌，并在对应的位置进行挂牌。

2.4施工前的全面检查

2.4.1法兰密封面检查

法兰及密封面是装置形成密封的重要硬件，需进行以下四个方面的目视化检查：

（1）法兰与螺母接触面无毛刺

（2）法兰与螺母接触面无明显凹坑

（3）法兰密封面无明显划痕和贯通伤，径向划痕不得超过垫片宽度的25%。

（4）密封面光洁度合格。

对检查中发现的密封面问题由车间进行密封面修复直合格。

2.4.2螺栓螺母的清洗和检查

螺栓连接不仅要承受温度载荷、介质压力和螺栓载荷,还要承受由设备和管道系统作用引起的附加载荷以及其他随机载荷，所以需要对螺栓的损伤程度进行以下四方面的检查：

（1）螺栓螺母必须清洗干净。

（2）螺栓螺母彻底除锈、除杂质。

（3）螺栓无严重的螺牙损伤。

（4）手动检查螺母顺畅旋合螺栓。

2.5法兰螺栓紧固作业

2.5.1作业前工具的准备

法兰回装时确保垫片均为全新未用，确认密封垫保持到位。施工前准备好专用工具，按照现场挂牌的内容对螺栓进行编号。其中，工具由厂家进行提供。

2.5.2现场紧固作业

紧固的过程中，遵循同步紧固、顺序紧固、分步紧固的基本原则。规格小于M22的螺栓，使用手动力矩扳手进行紧固；其余均采用多同步的紧固方式对法兰进行紧固，保证法兰平行闭合。法兰螺栓数量在32颗以下的使用两同步紧固，因此需配备3名施工人员。法兰螺栓数量在32颗以上（包括32颗）的必须使用四同步紧固，须配备5名紧固施工人员。

3.定力矩紧固后的效果

3.1.1开车后的效果

2020年大检修对静密封点实施定力距紧固作业后，装置进行置换、气密阶段，对进行定力矩紧固后的589个法兰部位进行追踪检查，未发现泄漏点。引物料后的保运阶段，仅存在六处法兰泄漏。车间设备立即联系厂家进行现场服务，对泄露部位重新进行数据核实，再次进行螺栓紧固作业，直至漏点消除。定力距紧固后，大幅度降低了开车时期的泄漏率，减少了返工消漏次数，达到了减少物料损失，降低维修费用，节能减排的目的。

3.1.2长周期运行的效果

EA423自2009年开车以来，多次出现泄漏，运行时间的最短只有1个月。2010年首次对EA423管箱法兰应用定力距紧固技术进行试验。随后，车间对EA423效果进行跟踪，此换热器实现了2010年全年无泄漏，维持至2012年大修周期实现了零泄漏。在此次装置运行周期内，车间将不断对2020年大检修期间进行定力矩紧固后的589个法兰部位进行追踪检查并记录效果。