摘要：我公司承制的某煤化工有限公司年产40万吨醋酸及配套工程项目中的激冷罐是国内第一台设计和制造完全国产化的气化关键设备。激冷灌设备是压力容器高端产品的代表，能否加工制造激冷灌是一个装备制造企业综合能力的体现。我公司针对该设备试压时紧固件的紧固与卸载提出合理、确实可行的操作工艺、质量控制措施及施工方案等。经过反复试验，有效的避免了设备紧固件在紧固时出现损坏密封垫、螺栓、螺母的危险，同时大大提高密封性能，为今后同类设备紧固件的紧固与卸载提供了经验。

关键词：设备法兰；紧固件；紧固；卸载

符号说明:

δ——垫片厚度，mm；m——垫片系数，由GB中表9－2查得；

y——垫片比压力，由GB中表9－2查得；D内——垫片内径，mm；

D外——垫片外径，mm；N——垫片接触宽度，由GB中表9－1确定；

bo——垫片基本密封宽度，mm；b——垫片有效密封宽度，mm；

DG——垫片压紧力作用中心圆直径，mm；FG——窄面法兰垫片压紧力，包括Fa，FP，Wa，KN；

Fa——预紧状态下，需要的最小垫片压紧力，KN；FP——操作状态下，需要的最小垫片压紧力，KN；

F——流体压力引起的总轴向力，N；Pc——液压试验压力，MPa；

Wa——预紧状态下，需要的最小螺栓载荷，KN；Wp——操作状态下，需要的最小螺栓载荷，KN；

——单个螺栓需要的最小螺栓载荷，KN。

0引言

大型设备法兰的紧固件在紧固时，时常出现密封垫、螺栓、螺母被损坏的现象，同时密封性能得不到有效的保障。我公司承制的某煤化工有限公司年产40万吨醋酸及配套工程项目中的激冷罐就是一台典型的设备。针对以上情况我公司采用液压扭矩扳手（型号：8IBT）和扭矩扳手专用泵（型号：KLW）进行设备法兰紧固件的紧固与卸载。经过反复试验，有效的避免了设备法兰紧固件在紧固时出现损坏密封垫、螺杆、螺母的危险，同时大大提高密封垫片的密封性能。主要设计参数如表1所示。

表1激冷灌的技术特性

项目

参数

压力容器类别/级别

第Ⅲ类/A2（SAD）

设计压力（MPa）

5.1/FV

工作压力（MPa）

3.96

设计温度（℃）

工作温度（℃）

（激冷灌）/（中心筒体）

工作介质

合成气见注1、灰水（含飞灰颗粒）

介质特性

中度危害/易爆

主体材料

14Cr1MoR+Cr17Ni12Mo2、14Cr1Mo锻件

容积（m3）

.2

耐压试验压力（MPa）

8.47(液压-卧式)

设备内直径（mm）

壳体壁厚（mm）

60+6、95+6、80+6

焊后热处理

需要

设备净重（Kg）

～

注1：合成气成分为H2O、H2、CO、CO2、H2S等。

1紧固件的性能要求

1.1紧固件的规格及化学成分

该设备主螺栓采用HG/T.2-标准的双头螺栓，螺栓规格M56×4-BS-II×，材质采用25Cr2MoVA，其结构形式见图2；螺母采用HG/T.3-标准，螺母规格M56×4-HI，材质采用30CrMoA，其结构形式见图3；

（1）成品化学成分分析

螺栓用棒材的化学成分（熔炼分析）应符合表2要求：

表2螺栓化学成分（熔炼分析）表

元素

熔炼分析（%）

元素

熔炼分析（%）

碳C

0.22～0.29

铬Cr

1.50～1.80

硅Si

0.17～0.37

钼Mo

0.25～0.35

锰Mn

0.40～0.70

钒V

0.15～0.30

磷P

≤0.

镍Ni

≤0.30

硫S

≤0.

铜Cu

≤0.25注

螺母用棒材的化学成分（熔炼分析）应符合表3要求：

表3螺母化学成分（熔炼分析）表

元素

熔炼分析（%）

元素

熔炼分析（%）

碳C

0.26～0.33

铬Cr

0.80～1.10

硅Si

0.17～0.37

钼Mo

0.15～0.25

锰Mn

0.40～0.70

镍Ni

≤0.30

磷P

≤0.

铜Cu

≤0.25注

硫S

≤0.

注：热压力加工用钢的铜含量不大于0.20%。

（2）化学成分允许偏差

钢材（或坯）的化学成分允许偏差按GB/T的规定执行。

1.2热处理后的力学性能值

低合金钢螺栓、螺母、球面垫圈用毛坯经热处理后进行力学性能试验，具体要求参见：GB.2第7.1.3条。其力学性能应符合表4的要求：

1.3其它要求

（1）螺栓、螺母螺纹的基本尺寸按GB/T规定；螺栓公差按GB/T规定的6g，螺母公差按GB/T规定的6H；螺栓、螺母螺纹牙底为圆形，其它尺寸公差按GB/T.1中的A级；

（2）锻轧钢棒应按GB《锻轧钢棒超声波探伤方法》进行超声波检测，且符合B级要求；

（3）螺栓精加工后需按JB/T.4进行磁粉检查，检查结果达JB/T.4Ⅰ级要求；

（4）螺栓、螺母表面须经磷化处理；

（5）螺母螺纹表面不允许有裂纹、碰伤和毛刺，螺母与球面垫圈的接触面、垫圈的球面不得有槽痕、划伤等缺陷。

2设备法兰的性能要求

2.1设备法兰的结构形式及化学成分

该设备法兰采用JB-95（）标准设计，其法兰内表面与密封面均采用堆焊而成，其材质为14Cr1MoⅣ+A/A（堆焊），其结构形式见图4；

设备法兰锻件应进行的检查试验的项目、方法、取样位置以及检查试验结果需符合JB的相应规定，锻件用锻坯应进行化学成份成品分析试验（1次/炉），验方法按GB/T或GB/T进行试验。化学成份分析结果、碳当量和X、J系数的计算结果应复合表5的要求：

表5设备法兰锻件的化学成分分析表

元素

熔炼分析（%）

元素

熔炼分析（%）

碳C

0.15～0.17

镍Ni

≤0.25

硅Si

0.50～0.80

铜Cu

≤0.20

锰Mn

0.30～0.80

锡Sn

满足X、J系数的要求。

磷P

≤0.

锑Sb

硫S

≤0.

砷As

铬Cr

1.15～1.50

钼Mo

0.45～0.65

X＝（10P+5Sb+4Sn+As）×10-2≤15PPm；J＝（Si%+Mn%）×（P%+Sn%）×≤

碳当量的计算方法为：CE=C%+Mn%/6+(Ni%+Cu%)/15+(Cr%+Mo%+V%)/5

2.2模拟焊后热处理状态的力学性能试验

在锻件本体制取试件（试件需经±10℃恒温12小时后，随炉冷却），按相关标准、规定制取常温

拉伸试样、冲击试样和高温拉伸试样并进行试验，试验结果应满足表6的规定。

3设备法兰的紧固件紧固和卸载

3.1螺栓表面的清理与试装

紧固件特别是高压设备的紧固件在装配前应清洗检查；目视检查螺母、球面垫的承压面是否有损坏；螺母、螺栓的螺纹是否清洁。高压紧固件的清洗除用无腐蚀清洗剂清洗外，对螺纹部分用压缩空气反复吹除细小铁屑，或用铣刀、刮刀、油石清除细小铁屑，还可用面粉团粘去细小铁屑。

高压螺纹全部要求二级以上精度，螺栓与螺母之间的间隙相对较小，稍有不慎会造成螺栓与螺母“咬死”或拉伤螺纹面的现象。经清洗检查确认无误后螺栓螺母均涂少量润滑油，用手试装螺母于螺栓时，用手旋转应能顺利装入，而且较小螺纹还不能用力过大，无论螺母多大都不能用扳手试装，只要手旋螺纹感觉不顺畅时立即退出检查查找原因，是否有损坏、铁屑、毛刺等有碍旋入的缺陷或送检验用螺纹环、塞规检查是否合格，不能强行用扳手拧入，否则有“咬死”无法进退的危险。

3.2紧固件的上紧程序

（1）上紧装置的布置顺序

设备法兰紧固件的紧固采用2个或4个上紧装置同时上紧，在同一上紧力下须分次对螺栓上紧。上紧装置在螺栓上的布置顺序，即为在同一上紧力下螺栓上紧的顺序。上一次上紧与下一次上紧的位置应错开一定位置，以达到上紧均匀的目的。

（2）螺栓上紧力的分级

螺栓的上紧应分级进行，上紧力逐级递增，以确保密封效果。以计算得出的上紧力的计算值，作为实际需上紧的最终上紧力。通常分4～5级进行上紧。最终一级重复前一级的上紧力，均取最终上紧力，以确保密封效果。全部上紧后，如发现有微量的泄漏，允许将最终上紧力提高5%～10%，但应校核螺栓应力，以满足强度要求。如表7所示：

3.3紧固件的卸载程序

（1）上紧装置的布置顺序

设备法兰紧固件的卸载采用2个或4个上紧装置卸载螺栓，同时每个螺栓卸载的次数与上紧时的次数应相同。卸载装置的布置顺序应与螺栓上紧时相同，即卸载装置的布置应相互呈90°错开，上次与下一次卸载螺栓的布置也应错开一定位置，以避免卸载时螺栓之间受力相差太大。

（2）螺栓卸载时卸载力的分级

螺栓卸载时卸载力的分级，通常比上紧时少一至二级。为了便于卸载，第一级的卸载力须比上紧时最终一级上紧力高出5%，其他各级应均匀递减。

3.4设备法兰螺栓最小上紧力计算

4结语

经过反复的实践，提出了合理的紧固力与卸载力，从而有效的避免了激冷灌设备法兰紧固件在紧固与卸载时，出现密封垫、螺栓、螺母的损坏和密封性能失效现象的发生，同时该设备在试压时也未发现密封垫有任何的泄漏现象。通过实践得出在大型设备法兰紧固件的紧固与卸载时应注意以下问题：

（1）螺栓、螺母、垫圈在选型时应严格按照相关标准和规定进行选择，其硬度值也应是螺栓最大，

螺母次之，垫圈相比较而言最软,上紧装置的上紧力应小于螺栓、螺母的抗拉强度（屈服强度）；

（2）设备紧固件在紧固前应对螺栓最小上紧力计算，再进行分级，这样可以有效的避免螺栓、螺母、

试压垫片的损坏；

（3）上紧装置在螺栓上的布置顺序，即为在同一上紧力下螺栓上紧的顺序；上一次上紧与下一次上紧

的位置应错开一定位置，以达到上紧均匀的目的；卸载时上紧装置在螺栓上的布置顺序应与螺栓上紧时相同，即上紧装置的布置应相互呈90°错开，上次与下一次卸载螺栓的布置也应错开一定位置，以达到卸载时螺栓受力相差不大；

（4）全部上紧后，如发现有微量的泄漏，允许将最终上紧力提高5%～10%，但应校核螺栓应力，以满足强度要求；

（5）螺栓卸载时卸载力的分级，通常比上紧时少一至二级；为了便于卸载，第一级的上紧力须比上紧时最终一级上紧力高出5%，其他各级应均匀递减；

（6）在使用上紧装置进行螺栓卸载操作时，应注意上一级与下一级卸载力的衔接，以避免某一组螺栓拉力卸除过快，造成法兰与垫片受力不均。

参考文献：

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[7]GB/T—，普通螺纹公差[S].

[8]GB/T.1—，紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母[S].

[9]GB-，锻轧钢棒超声波探伤方法[S].

[10JB-,压力容器用碳素钢和低合金钢锻件[S].

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