luda 本文从ASME 及DIN 标准和规范入手，列举了压力容器法兰紧固的不同紧固方式，分析了各种紧固方式的优劣势。期望压力容器的管理者及施工者能正确对待压力容器法兰紧固工程，进一步提高压力容器关键连接紧固质量，提高设备关键连接的使用寿命和安全性。
Keywords：法兰；螺栓；压力容器；关键连接；液压拉伸器；同步紧固
在炼油、石化、化学、核电等电力装置中，压力容器和压力管道大量应用螺栓法兰连接。由于螺栓法兰连接数量庞大且工况复杂，法兰连接系统的泄漏事故也不断增多，法兰连接泄漏造成的直接经济损失每年都达数亿元！
法兰连接系统主要由法兰，垫片和螺栓螺母组成，法兰提供了连接容器或管道两个组成部分，并提供了垫片的安装位 置，而螺栓作为一弹性体将法兰及垫片连接在一起，从而产生并留存在垫片上的预紧力，施加在螺栓上的载荷必须满足垫片密封所需的比压力。施加在螺栓上的载荷过小，密封不严密， 法兰连接系统会造成泄露；而载荷过大，会使垫片乃至螺栓产生塑性变形，失效，法兰连接系统也会泄露。故该系统内任一 组成部分出现问题，都会影响到整个系统的使用。
为了能确保法兰连接系统零泄露，能安全可靠地长周期运行，必须保证整个法兰系统有足够且精确的预紧力。那么如何实现预紧力的加载及如何准确控制加载到螺栓上的预紧力呢？针对不同的工况，不同条件的法兰连接紧固，该选用什么样的工具和紧固步骤来实现零泄露的紧固呢？我国的GB150- 1998、美国ASME Section VIII Div. 1，德国DIN2505 标准、ASME在2010 更新版ASME PCC-1-2010 中都有关描述，在本文中也会做详细阐述。
1螺栓紧固方式
在现代的螺栓紧固方式中，人们已经不再单纯使用大锤来 紧固螺栓，尤其是大尺寸螺栓（M36 以上），越来越多的紧固工具可供选择，如手动扭矩扳手，液压扳手、电动扳手，风动扳手、液压拉伸器等。而在加氢反应器、LDPE 或EO/EG 等压力容器的螺栓紧固中，由于其工作的压力高，为了准确控制螺栓预紧 力，大尺寸螺栓（M36 以上）只允许使用液压拉伸器作为紧固工具。
关键连接是根据以下操作介质/或条件下的法兰连接：
（1）极端易燃：介质及准备工作在常温常压下和空气接 触是易燃的。
（2）强毒性：介质及准备工作，当吸入，吞入，或由皮肤吸 收少量就会导致死亡或极慢性伤害。
（3）曾经有泄漏历史记录
（4）热瞬间温度超过380℃/小时
（5）循环应用（温度或压力）
（6）操作温度从300℃及以上
（7）操作温度从-50 ℃ 及以下
（8）LDPE 装置的高压设备
（9）目前以拉伸器紧固的法兰
（10）在运转温度下结冰的法兰
2液压拉伸器的优点
关键连接、LDPE 等高压设备、螺栓尺寸超过M36 以上的连接，都要求使用液压拉伸器紧固。同时，结合专业致力于螺栓紧固公司如武汉中弘精密机械有限公司多年服务于LDPE、加氢反应器等压力容器的法兰紧固实践经验，及权威的专业工程数据计算，一致认为，使用液压拉伸器作为压力容器的法兰螺栓紧固，是最严谨最安全的紧固工具。
那么，液压拉伸器与其他传统紧固工具相比，都有些什么优点呢？
2.1纯粹轴向作用力，保证螺栓载荷最大程度的精确性
2.1.1液压拉伸器的工作原理
通过超高液压系统拉伸螺栓，拉伸螺母通过油缸直接对螺 栓施加外力，使被施加力的螺栓在其弹性变形区内被拉长，从 而使螺母以零扭矩紧固；液压拉伸器通过液压系统提供高压动 力源，通过液压螺母直接作用于螺栓上，利用材料的弹性形变， 在弹性范围内拉伸螺栓，使螺母以零扭矩紧固；液压拉伸器在 弹性范围内螺栓的加载，伸长量与所受载荷之间的关系可用胡 克定律来精确描述。
胡克定律如下：
式中：∆l——变形量（m）； FN——拉伸力（N）； l——长度（m）； E——材料弹性模量（Pa）； A——截面积（m2）。
对于某一确定直径的螺栓有：
式中：A0 ——螺栓受力面积（m2）；
d1 ——螺栓小径（m）；
Fmax ——螺栓屈服极限内所能承受的最大拉力（N）； σs ——螺栓屈服极限（Pa）。
因此，对于此被拉伸螺栓，可直接计算出最终由液压拉伸器直接作用的载荷为：
FN = p * A
式中：FN ——被拉伸螺栓留存载荷（N）；
P ——最大可施加液压拉伸器压力（Pa）； A ——承压面积（m2）。
2.1.2力矩扳手、液压扳手、电动扳手等紧固方式
使用力矩扳手、液压扳手、电动扳手等方式紧固时，工具直接作用在螺母上，通过产生扭矩来紧固螺栓。
安装扭矩分为三个部分：螺栓与螺母间的扭转摩擦 ，螺母与法兰平面之间的平面摩擦 ，转化紧固轴力的安装扭矩。
在安装时，大部分安装扭矩都在前两个摩擦中损耗，而直接转化为预紧力的，只占紧固扭矩的10%左右。
2.1.3力矩扳手，液压扳手，电动/风动扳手紧固具有些许的误差
使用力矩扳手，液压扳手，电动/风动扳手紧固螺栓时，需要计算紧固螺栓的扭矩值，此时需要将扳手、螺母、螺栓及法兰面之间的磨擦系数考虑在内。根据材料的不同及表面光洁度不同，该摩擦系数的差异会很大，通常会在0.08 到0.35 之间，差距高达400%，这就意味着，同样规格的螺栓，因为计算扭矩时选用磨擦系数的不确定性，将使计算的扭矩值误差高达400%，影响正确选用合适的工具来紧固螺栓，大大增加整个法兰系统的 泄露可能性。
2.2可真正实现同步紧固
在实际的螺栓紧固操作时，工具与螺栓数量之比往往无法做到1:1，例如一个法兰共有16 条螺栓需要紧固时，一般不会配置16 台扳手或液压拉伸器同时紧固螺栓。而当工具数量/螺栓数量无法做到100%同步紧固，需要进行分步分阶段紧固，分步紧固时会出现相临螺栓影响效应，即在完成下一组螺栓紧固后，前一组的螺栓已经松弛，预紧力损失率最高可达95%，所以同步紧固显得尤为重要！
液压拉伸器工作时纯轴向作用力，无需找相邻螺栓做支点，且可以串联使用，能够真正实现100%同步紧固，使紧固一步到位，准确控制留存预紧力。
使用一个液压扳手紧固、使用50%液压拉伸器紧固及使用100%液压拉伸器同步紧固三种不同方式紧固后，各个螺栓留存预紧力分布情况见图1。
图1 螺栓留存载荷雷达图*
由图1 可知，若想使法兰连接系的每条螺栓能达到设计载荷，且平均分布，从而保证垫片的平行密封，系统的零泄露运行，使用同步液压拉伸器是最佳选择！
*以上数据由惠炼一期拉伸器制造厂家北京科路工业装备有限公司提供。
2.3可以检验最终留存载荷
在紧固螺栓的工作完成之后，留存在法兰连接系统中的载荷是看不见摸不着，非常难以测量及量化的一个参数。那么紧固后的每条螺栓是否能达到额定载荷，法兰连接系统能否在气密性测试中一次性通过，能否在日后的生产运营中零泄露运行呢？紧固螺栓之后的螺栓留存载荷检测就变得非常重要。
因为液压拉伸器的工作原理，是利用纯粹轴向拉伸力拉伸螺栓，在弹性范围内对螺栓进行加载，所以利用液压拉伸器对紧固后的螺栓进行反向拆松，可通过液压系统的压力值，计算出螺栓留存载荷，这是其他紧固工具无法做到的。
计算公式：
FN =P*A
式中：FN——单个螺栓留存栽荷（N）； P——液压系统压力值（Pa）； A——所使用液压拉伸器截面积（mm2）。
检测方式：
在完成紧固的螺栓上，按照标准作业流程中的规范中，选定需检测螺栓，安装液压拉伸器系统。
液压泵缓慢升压，同时另一操作者用手拨动拉伸器拨盘。当拉伸器拨盘拨松螺母的时候，停止液压泵升压，并记录
下此刻压力值。
根据上述计算公式，可直接计算出螺栓留存载荷。
2.2重烃洗涤法操作要点
重烃洗涤法脱除重烃效果较好，但相对于吸附法、低温分离法（闪蒸）则在操作技能上有一定要求。为充分发挥重烃洗涤法的优势，我们在操作时需要重点考虑一下几个方面：
（1）确定合适的进气压力
大中型液化工厂为降低功耗，装置设计一般偏向于较高的压力。但是，在脱重烃过程中要注意此时的设定压力/温度应远 离（通常是低于）临界点，避免脱重烃时气液分离困难。一般该时点压力在4-6Mpa 间。
（2）确定合适的温度
一般来说，在洗涤塔和回流罐处的温度越低，越有利于重烃的脱除，而且温度低有利于形成足够的回流液相，方便操作。但如果操作时过于考虑这一点可能会使该处运行状态偏
离设计点过远，从而影响系统运行效率。所以，要综合考虑分离温度和装置效率两者关系，合理确定分离温度。
（3）保持连续稳定的回流液相
在回流罐内保持一定液位的液相，有助于保持回流液相流量的连续稳定，有利于在原料气组分出现较大波动情况下保持 洗涤塔脱重烃工艺的连续稳定。
（4）密切关注重烃脱除监测结果
脱重烃的天然气组分监测十分必要，及时发现重烃含量的变化可以尽早调整工艺参数，保持洗涤塔系统工作稳定。尤其 是苯、新戊烷等一旦脱除不良，极易产生结冰冻堵，严重时会造 成装置被迫中断复温。
3 结语
重烃洗涤法的应用，使天然气脱重烃流程得到简化，装置能耗大大降低；洗涤塔的应用配合合理的操作，可以取得良好的脱重烃效果，能够满足天然气液化的需要。
KHON液压专业致力于解决螺栓紧固系统，专业研发制造液压扭矩扳手，螺栓拉伸器，专用高压液压泵，希望本文的应用经验可以为同行提供借鉴。