搜索
中国石化广州分公司机动部2014年5月保障高温临氢法兰密封性能的施工技术研究保障高温临氢法兰密封性能的施工技术研究评定材料目录一、工作报告二、技术及应用报告机械动力部保障高温临氢法兰密封性能的施工技术研究工作报告评定材料之一机械动力部《保障高温临氢法兰密封性能的施工技术研究》是广州分公司独家研究开发的项目。该项目主要是对高温临氢法兰的检修安装施工技术做了三方面的突破。一是总结出了高温临氢法兰安装指导(试行版);二是将气动扭矩紧固枪用在高温临氢法兰安装紧固螺栓中;三是将昀新发明产品----双金属波齿垫用在高温临氢法兰软垫片的密封中。项目于2013年9月立项，经过项目小组的共同努力和辛勤工作，该技术于2013年12月研制完成。一期工程在广州分公司炼油二部大重整装置2014年1月份大修中所有需要检修施工的46个高温临氢法兰中使用。经过气密和开车检验,说明使用该技术施工完成后的高温临氢法兰在不需要热紧的情况下实现了零泄漏，保证了工艺开车的顺利进行。根据一期项目取得成功的经验，2014年3月该项目在炼油四部6.5万制氢装置的停工消缺检修中开展第二期,在该装置所有需要检修的310个高温临氢法兰的施工中应用; 2014年5月又在炼油四部S‐‐ZORB装置的停工消缺检修中开展了第三期,对该装置所有检修的31个高温临氢法兰的施工中使用。第二和第三期使用结果也都说明了该技术能够保证施工安装后的高温临氢法兰在不需要热紧的情况下实现零泄漏.工作报告S--ZORB装置属于建成投产后服役了近2年,没经过大修,属于新装置;大重整装置是建成投产后服役了四年,第一次大修,属于次新装置;6.5万制氢装置是个老装置,已经服役三十多年。在这三个装置使用该技术的成功说明了该技术在新、次新和老装置中都可使用;广州分工司随后计划在今后的所有装置的高温临氢法兰检修安装复位时都采用该技术工作报告一、项目提出的背景随着中石化各个分公司加工原油劣质化程度越来越高和国家对环保的要求越来越严。这样就促使了各分公司新上多套制氢及加氢装置,以净化成品油中的杂质,控制硫的含量，减少大气污染。这些新上的装置的介质多是高温高压临氢且易燃易爆。如果装置里面高温高压临氢的设备及管线法兰泄漏, 高温高压易燃易爆介质就会泄漏到大气中自燃,就会引起火灾等安全事故及环保污染问题。我厂从2005年千万吨炼油改造开始新上了加氢裂化、加氢处理、航煤加氢、柴油加氢、柴油加氢改质、焦化汽油加氢、S—ZORB、大重整、蒸馏及6.5万制氢、3.5万制氢等多套加氢及制氢装置。新装置投产气密过程中就发现有很多高温临氢法兰因为安装施工质量问题而泄露影响了装置的投产进度;装置投产运行后又出现了多次法兰泄漏着火事故。如下图一和图二是我厂焦化汽油加氢装置换热器E8301A管箱封头大法兰的一次泄漏着火的图片该换热器在检修后投用不久就出现了泄漏着火。着火的主要原因是施工单位安装管束的过程中垫片出现上下移位,造成密封垫局部损坏，影响了密封效果;另外的原因是管线配管时存在应力，法兰未做到自由状态把紧，导致封头大法兰存在大的张口。以上因两因素导致管箱大法兰波齿垫局部损坏,损坏部位石墨被泄漏的工艺气吹落，工艺气泄漏加大着火。从以上着火的原因可以看出,导致法兰泄漏着火的原因很多,但其主要原因都是施工质量有问题而引起的。导致施工质量问题的原因是施工技术和施工管理存在问题而形成的。究其深层次的原因是因为现在国际国内没有高温临氢法兰安装的施工技术及管理的标准及规程,所以在施工过程中采用的是落后的老的法兰安装施工技术及管理的经验,所以这样的经验是保障不了高温临氢法兰高的密封性能的要求。因此广州分公司于2013年9月立项成立科研小组专门研究保障高温临氢法兰密封性能的法兰安装施工技术。二、项目进展情况序号时间段工作内容工作结果负责单位12013年9月1立项.成立科研小组.讨论项目可行性.2和法兰螺栓制造供货厂家江门市港锋高压管件制造有限公司技术人员进行螺栓技术交流.3和密封垫片制造供货厂家广州市东山南方密封件有限公司技术人员进行双金属波齿垫片方面技术交流.4和气动扭矩扳手供货单位凯特克贸易有限公司(HYTORC)技术人员进行气动扭矩扳手方面技术交流5.搜集有关法兰连接安装方面的规定及实际的安装施工经验.6搜集有关法兰设计方面的规定1.技术储备完成;2.工业化开发条件准备完成广州分公司22013年11月1完成高温临氢法兰安装指导(试行版)的编制工作.2申报购买三台气动扭矩紧固枪APACHE(阿帕奇),型号分别是2台A3‐AP型,1台A5‐AP型3.对于双金属波齿垫片的研发使用性能进行调研.确认其能够用于高温临氢法兰的软密封面上,而且其性能优于其它各种垫片.1高温临氢法兰安装指导(试行版)保证高温临氢法兰安装技术要求的可行性及先进性实用性.从理论上保障高温临氢法兰密封性能2保证施工工具的先进性3.保障了密封垫片的先进性,为提高高温临氢法兰密封性能提供了本质上的保证.广州分公司32013年12月1 对各装置和施工单位技术人员及施工班长施工人员进行理论培训.主要学习高温临氢法兰安装指导(试行版)的内容及要求.如下图(三)2.对施工班长施工人员进行实操培训及考试.主要学习气动扭矩紧固枪APACHE(阿帕奇)的使用方法及双金属波齿垫的检查安装方法.如下图(四)技术人员施工人员掌握了理论及实操技术广州分公司42014年1月讨论并实施一期项目,在广州分公司炼油二部大重整装置2014年1月份大修中的所有需要检修施工的46个高温临氢法兰中使用完成一期项目广州分公司52014年3月讨论并实施二期项目,炼油四部6.5万制氢装置的停工消缺检修中在该装置所有需要检修的310个高温临氢法兰的施工中应用完成二期项目广州分公司62014年5月讨论并实施三期项目,2014年5月在炼油四部S‐‐ZORB装置的停工消缺检修中,对该装置所有检修的31个高温临氢法兰的施工中使用,完成三期项目广州分公司72014年5月后准备分工司所有装置进行推广按照前三期的经验推广.广州分公司下图(三)是广州分公司对各装置和施工单位技术人员及施工班长施工人员进行理论培训下图(四)是广州分公司对各装置和施工单位技术人员及施工班长进行实操培训法兰连接结构密封垫法兰法兰连接中的三个主要组成部份紧固件(螺栓, 螺母及垫片)在这个系统中有3个部件每个部分都必须正确才能保证密封任何一部分都不能补偿其他部分的致命缺陷影响法兰密封的因素螺栓预紧力法兰和螺栓的机械性能密封面的形式和精度垫片性能设备的操作条件对100对失效的法兰进行调查，统计其造成泄漏的原因，其中81%的泄漏是由于不正确的螺栓载荷力造成的。据英国UKOOA统计：法兰泄漏异常原因分析（一）法兰维修、紧固1.法兰面清洁度不够2.螺栓直径与法兰孔径相差太大3.密封面的粗糙度4.无法确定准确的紧固力（二）螺栓1.材质的选择不注意区分高温、常温2.法兰平面度不佳3.旧螺栓不更换（三）密封垫1.垫片的质量2.垫片的类型及压力等级选择3.垫片安装的固定方式（四）设备的操作条件1.温度异常2.压力异常（五）技术能力、机具1.紧固机具本身的精度2.法兰紧固规范及专业技术能力3.法兰预紧力检测手段温度变化如果螺栓和连接面以相同的速率，在同一时间膨胀或收缩，这里将不会有螺栓预紧力丢失的趋势。实际上，在很大程度上，因为螺栓被隔离在孔里，它们的温度变化就会滞后于法兰。在加热的时候螺栓不会像连接面一样膨胀的那么快连接面将在短期内发生载荷增大，这有可能导致螺栓屈服在冷却阶段螺栓冷却滞后于法兰，会引起短期内载荷丢失膨胀或收缩Bolt temperature 270°CFluid temperature 380°C Bolt stress 236 MPaAt 80°C bolt temperaturedeformation starts at the RTJ recess due to highseating stress Still reasonable bolt & RTJ seating stressesTime螺栓载荷昀低载荷(泄漏)昀大载荷(螺栓超载或法兰、密封面损坏)±5%温度压力变化影响昀低载荷昀优载荷昀高载荷±30%扭矩精度昀小密封比压/昀小螺栓预紧力0 kNF[kN]昀大的密封垫承载力或法兰、螺栓承载力理想状态的螺栓预紧力所需的螺栓载荷传统的螺栓紧固方法密封面压溃泄漏1.法兰的设计2. 各部件的质量3. 螺栓预紧力4. 留存的密封比压+/‐30%0 kNF[kN]安装完成实际达到的螺栓预紧力+/‐30%F minF maxTemperaturePressureTemp.Flanges Bolts 工业界通常达到的预紧力为安全范围的中段法兰螺栓设备运行后的螺栓预紧力昀大的密封垫承载力或法兰、螺栓承载力所需的螺栓载荷密封面压溃泄漏传统的螺栓紧固方法昀小密封比压/昀小螺栓预紧力0 kNF[kN]设备运行后的螺栓预紧力+/‐30%F minF maxTemperaturePressureTemp.Flanges Bolts 温度及压力波动昀大的密封垫承载力或法兰、螺栓承载力所需的螺栓载荷密封面压溃泄漏法兰螺栓传统的螺栓紧固方法昀小密封比压/昀小螺栓预紧力0 kNF[kN]理想状态的螺栓预紧力+/‐5%昀大的密封垫承载力或法兰、螺栓承载力所需的螺栓载荷密封面压溃泄漏控制预紧力的螺栓紧固方法精确的预紧力控制紧固方法保证安装完成后获得的螺栓预紧力达到理想状态的螺栓预紧力。昀小密封比压/昀小螺栓预紧力0 kNF[kN]+/‐5%TemperaturePressure安全余量Temp.保证无泄漏温度及压力波动昀大的密封垫承载力或法兰、螺栓承载力所需的螺栓载荷密封面压溃泄漏法兰螺栓控制预紧力的螺栓紧固方法1.法兰的设计2. 各部件的质量3. 螺栓预紧力4. 留存的密封比压昀小密封比压/昀小螺栓预紧力•要想防止法兰泄漏•1. 使用符合设计标准的法兰（尺寸、材料、光洁度）•2. 使用符合设计标准的螺栓（尺寸、材料）•3. 使用符合设计标准的密封垫（尺寸、材料、型式、压力等级）•4. 使用高精度的施工工具—快速、安全、可靠性•5. 确保能获得目标载荷的紧固方法—平行闭合、精确均刀的螺栓预紧力拉伸器应用:规格:•8.8级M42X3螺栓•有效长度= 300MM•50% 屈服限8.8级螺栓•计算的螺栓载荷=400KN•计算的螺栓伸长量= 0.5mm，螺母转动360度螺栓获得的伸长量为3mm伸长量损失0.3mm(减小了相当于4张普通纸张厚度) 造成载荷损失了60%拉伸器拉伸后，螺母转动是靠手动转动的60300螺纹变形在螺栓载荷作用下，螺母嵌入HYTORC拉伸达载荷技术自反作用力轴向拉伸载荷垫圈机械式双层拉伸螺母载荷精度+/‐10%载荷精度+/‐5%广州石化加氢反应器入口应用案例：广州石化焦炭塔自动底盖机温度：400 ℃介质压力：0.18MPa三、项目使用情况该项目分别于2014年1月在广州分公司炼油二部大重整装置大修中所有需要检修施工的46个高温临氢法兰中使用；于2014年3月炼油四部6.5万制氢装置的停工消缺检修中在该装置所有需要检修的310个高温临氢法兰的施工中应用；于2014年5月在炼油四部S‐‐ZORB装置的停工消缺检修中,对该装置所有检修的31个高温临氢法兰的施工中使用。在以上三个装置的高温临氢法兰的施工中应用后都取得预期的效果，经过气密和开车检验, 装置高温临氢法兰在不需要热紧的情况下实现了零泄漏，保证了工艺开车的顺四、技术特点1.该技术中的高温临氢法兰安装指导(试行版)给出了法兰标准化的施工程序及施工技术标准。对于每一步的施工标准都进行了量化,可操作性大大增强。对于在役装置法兰的检修安装施工标准国内还欠缺.所以该技术在国内属第一个吃螃蟹的.2.对于M72MM的螺栓采用气动扭矩紧固枪进行紧螺栓,可以得到准确的螺栓扭矩;由于该工具是压缩空气做动力,其紧固螺栓的速度快,还大大提高了施工进度;同时由于该工具重量较轻,所以减轻了施工工人的作业强度.3.对