CN101648336A

CN101648336A - 螺栓紧固系统

Info

Publication number: CN101648336A
Application number: CN200910169948A
Authority: CN
Inventors: 谭洪; 顾绍波; 陈兴志
Original assignee: HTS (BEIJING) ENGINEERING AND EQUIPMENT CORP Ltd
Current assignee: HTS (BEIJING) ENGINEERING AND EQUIPMENT CORP Ltd
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2010-02-17

Abstract

本发明提供一种螺栓紧固系统，属于石油、石化装置的螺栓法兰的安全控制领域。该螺栓紧固系统包括：数据参数采集模块、螺栓紧固载荷的计算分析模块、螺栓紧固执行模块、数据在线检测和可靠性分析模块。螺栓紧固载荷的计算分析模块根据利用所述数据库中的数据参数，计算和分析紧固螺栓时所需的载荷数据，并将计算出的载荷数据发动至螺栓紧固执行模块；螺栓紧固执行模块根据计算出的载荷数据自动选定所用紧固方式，从而指导紧固执行操作。本发明的螺栓紧固系统操作方便、可靠，并且对螺栓紧固操作控制精确，并且能实时反映螺栓的受力状况，只要超出安全警戒，就进行报警，从根本控制法兰的安全。

Description

螺栓紧固系统

技术领域

本发明涉及石油、石化装置的螺栓法兰的安全控制领域，尤其是涉及一种石油、石化装置中的螺栓紧固系统。

背景技术

每年全球石油、石化事故频出，造成的损失不可估量。权威部门对事故进行分析得出：80％都是由于这些装置发生泄露导致。如何控制设备泄露，我们进行认真调研：石化行业所有过程控制的设备都是由法兰连接，法兰连接的可靠性主要由螺栓紧固的可靠性决定，而国内石化行业螺栓的紧固主要靠人工敲击的方式进行，没有进行紧固力量大小的科学计算和紧固工艺的科学分析，力量的大小和均匀性都受到很大的限制，而且现场无法监测，所有设备都处于安全性能不可控状态，这些必然埋下一定的安全隐患。

发明内容

为了减少或杜绝石化行业重大事故，必然要对该行业过程控制装置设备连接法兰的螺栓进行科学的紧固和控制。克服原来只有在事故发生后才清楚故障的原因所在的现状。该方案不仅实施方便，而且能预防隐性事故的发生。

本发明提供一种螺栓紧固系统，包括：数据参数采集模块、螺栓紧固载荷的计算分析模块、螺栓紧固执行模块、数据在线检测和可靠性分析模块；所述数据采集模块用于采集数据参数并建立相应的数据参数数据库；螺栓紧固载荷的计算分析模块根据利用所述数据库中的数据参数，计算和分析紧固螺栓时所需的载荷数据，并将计算出的载荷数据发动至螺栓紧固执行模块；螺栓紧固执行模块根据计算出的载荷数据自动选定所用紧固方式，从而指导紧固执行操作；数据在线检测和可靠性分析模块用于在紧固操作完毕之后利用压力传输器监测螺栓载荷的压力变化，并根据所述压力变化对所述紧固的可靠性进行分析，当所测螺栓载荷小于最小密封要求所需载荷大小时，该模块内的报警装置能够自动报警。

优选地是，所述紧固方式为扳手紧固方式或液压拉伸器紧固方式。

本发明的优点在于：

1.本发明的螺栓紧固系统操作方便、可靠，并且对螺栓紧固操作控制精确。

2.本发明的螺栓紧固系统能实时反映螺栓的受力状况，只要超出安全警戒，就进行报警，从根本控制法兰的安全。

附图说明

图1为本发明的螺栓紧固系统组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的螺栓紧固系统和方法进行详细描述。

本发明的紧固系统主要包含四个组成模块：数据参数采集模块、螺栓紧固载荷的计算分析模块、螺栓紧固执行模块、数据在线检测和可靠性分析模块。

一、数据参数采集模块

数据采集模块主要用于数据参数的采集并建立相应的数据参数数据库，所要采集的数据参数包括：(1)用户名称、场地位置、设备名称、设备编号、法兰名称、法兰编号、螺栓编号；(2)法兰的具体形式，例如：标准、等级、尺寸；(3)密封的具体形式，例如：垫片密封、密封材料型号、密封比压、密封尺寸；(4)管道等级和尺寸；(5)螺栓的材料等级、尺寸；(6)所述法兰的运行状况(有无泄漏等)。

所采集的数据参数主要用于法兰、螺栓的定位管理、计算螺栓的紧固参数(拉伸力或紧固力矩)，同时还可结合以上所有数据对法兰进行风险评估等。

数据采集模块将采集到的数据参数进行自动整理并建立相应的数据库。

二、螺栓紧固载荷的计算分析模块

螺栓紧固载荷的计算分析模块主要是根据数据库中记录的数据对紧固螺栓时的各种载荷数据进行计算和分析。该模块主要进行垫片压紧力的计算和螺栓载荷的计算。

1、密封压紧力的计算，密封压紧力是密封达到密封效果本身需要的最小预紧力，是通过密封的参数来计算得到的，下面将以垫片密封形式进行详细说明。

(1)、预紧状态下所需的最小垫片压紧力：Fg＝3.14·Dg·B·Y·K₁

Fg：预紧状态下需要的最小垫片压紧力，KN，

Dg：垫片压紧力中心圆直径，，mm，

B：垫片宽度，mm，

Y：密封垫片比压力，其是垫片的一个特性参数，在密封垫片的材料已经确定的情况下，可以通过密封垫片手册查出该参数的具体值，MP，

K₁：经验系数，为1.05-1.20，优选1.12；

(2)、操作状态下所需的最小垫片压紧力：Fc＝6.28·Dg·B·M·Pc·K₂

Fc：预紧状态下需要的最小垫片压紧力，KN

Dg：垫片压紧力中心圆直径，mm，

B：垫片宽度，mm，

M：垫片系数，其是垫片的一个特性参数，在密封垫片的材料已经确定的情况下，可以通过密封垫片手册查出该参数的具体值。

Pc：计算法兰的设计压力，该参数是在进行设计时给定的，MP，

K₂：经验系数，其是通过理论和工矿经验确定的一系数，一般为1.05-1.20，优选1.12；

2、螺栓载荷计算

(1)、预紧状态下需要的最小螺栓载荷：Wg＝Fg，

(2)、操作状态下需要的最小螺栓载荷：Wc＝F+Fc，其中

F＝0.785·Dg²·Pc

F：流体压力引起的总轴向力，KN。

(3)、螺栓的拉伸载荷为：Wl＝max(Wg，Wc)·U1

U：载荷转移因子，为1.5-1.45，优选为1.30；

(4)、螺栓紧固力矩：T＝U2·Wl·D/12，

T：为螺栓紧固力拒，N·m，

U2：扭矩转移因子，其是通过理论和工矿经验确定的一系数，一般为1.5-1.45，优选为1.30，

D：螺栓直径，mm。

(5)施工时液压泵站调整的压力

PB＝W1·S，

S为紧固时所用拉伸器的横截面积mm²

PA＝PB·(1+U3)

U3是紧固转移系数，一般为0.1-0.5。

PA：第一组螺栓紧固力量所对应的压力，BAR，

PB：螺栓最终紧固的力量所对应的压力，BAR，

在计算完毕上述参数后，该模块会自动生成紧固参数表。

三、螺栓紧固执行模块

该模块将根据上述计算结果指导对螺栓的紧固，其总的原则为：采取对称紧固，分力量分阶段进行，最终达到螺栓受力均匀。

根据工矿要求和用户的具体要求选择使用拉伸器紧固或液压扳手紧固。

(1)选定扳手方式：根据紧固力矩T的1.5-2.5倍的原则，选定液压扳手和匹配的液压动力站。所述扳手一般可用中空液压扳手或四方驱动扳手，这两种扳手结构紧凑，操作方便，输出力量大。紧固按步骤进行，第一步以30％的力矩进行均匀紧固，第二步以50％的力矩进行均匀紧固，第三步以70％的力矩进行均匀紧固，第四步以100％的力矩进行均匀紧固；要保证均匀最好采用对称的方式紧固。

(2)选定液压拉伸器方式：根据紧固拉伸力Wl选配拉伸器和相匹配的液压泵站。所述拉伸器为液压拉伸器，其工作压力高，输出力量大，结构紧凑，操作方便。拉伸器的数量一般按螺栓数量的100％、50％等原则选配。

1)100％紧固工艺(拉伸器的数量等于法兰螺栓的数量)

A、已有按螺栓紧固载荷的计算分析模块所确定的紧固参数PB，

B、将拉伸器安装在法兰螺栓上，按PB的力量进行紧固(为了到达均匀，请按加压、保压、紧固、卸压连续三遍进行)。

2)50％紧固工艺(拉伸器的数量等于法兰螺栓的一半的数量)

A、现场对法兰螺栓进行编号，编号按1和2交替间隔的方式进行，编号1的为一组，编号2的为另一组，

B、已有按螺栓紧固载荷的计算分析模块所确定的紧固参数PA和PB，

C、将拉伸器安装在编号为1的一组螺栓上，按PA压力进行紧固(为了到达均匀，请按加压、保压、紧固、卸压连续三遍进行)，

D、将拉伸器安装在编号为2的一组螺栓上，按PB压力进行紧固(为了到达均匀，请按加压、保压、紧固、卸压连续三遍进行)，

E、将拉伸器安装在编号为1的一组螺栓上，按PB压力进行紧固。

四、数据在线检测和可靠性分析模块

该模块了主要是利用压力传输器监测螺栓载荷的压力变化，并根据所述变化对其紧固的可靠性进行分析。该模块的工作原理具体为：在螺栓处安装压力传输器，该压力传输器能对温度进行自动感应，并根据温度进行自动修正。根据螺栓载荷的变化，压力传输器将电信号传到计算机数据分析处理系统，该接受处理系统能对接受的电信号转换成对应的螺栓载荷显示，当螺栓载荷小于最小密封要求时，系统会进行分析并通过报警装置自动报警。

Claims

1.一种螺栓紧固系统，其特征在于，所述螺栓紧固系统包括：数据参数采集模块、螺栓紧固载荷的计算分析模块、螺栓紧固执行模块、数据在线检测和可靠性分析模块；所述数据参数采集模块用于采集数据参数并建立相应的数据参数数据库；螺栓紧固载荷的计算分析模块利用所述数据库中的数据参数，计算和分析紧固螺栓时所需的载荷数据，并将计算出的载荷数据发动至螺栓紧固执行模块；螺栓紧固执行模块根据计算出的载荷数据自动选定所用紧固方式，从而指导紧固执行操作；数据在线检测和可靠性分析模块用于在紧固操作完毕之后利用压力传输器监测螺栓载荷的压力变化，并根据所述压力变化对所述紧固的可靠性进行分析，当所测螺栓载荷小于最小密封要求所需载荷大小时，该模块内的报警装置能够自动报警。

2、如权利要求1所述的螺栓紧固系统，其特征在于，所采集的数据参数包括：(1)用户名称、场地位置、设备名称、设备编号、法兰名称、法兰编号、螺栓编号；(2)法兰的标准、等级、尺寸；(3)垫片密封的形式、垫片材料型号、垫片的密封比压、垫片尺寸；(4)管道等级和尺寸；(5)螺栓的材料等级、尺寸；(6)所述法兰的运行状况。

3、如权利要求2所述的螺栓紧固系统，其特征在于，所述螺栓紧固载荷的计算分析模块计算的载荷数据包括：

(1)、预紧状态下所需的最小垫片压紧力：Fg＝3.14·Dg·B·Y·K₁，

其中，Fg：预紧状态下需要的最小垫片压紧力，KN，

Dg：垫片压紧力中心圆直径，MM，

B：垫片宽度，MM，

Y：密封垫片比压力，MP，

K₁：经验系数，为1.05-1.20；

(2)、操作状态下所需的最小垫片压紧力：Fc＝6.28·Dg·B·M·Pc·K₂，

Fc：预紧状态下需要的最小垫片压紧力，KN，

Dg：垫片压紧力中心圆直径，mm，

B：垫片宽度，mm，

M：垫片系数；

Pc：计算法兰的设计压力，该压力是在进行设计时给定的；MP

K₂：经验系数，为1.05-1.20；

(3)、预紧状态下需要的最小螺栓载荷：Wg＝Fg

(4)、操作状态下需要的最小螺栓载荷：Wc＝F+Fc，其中，

F＝0.785·Dg²·Pc

F：流体压力引起的总轴向力，KN；

(5)、螺栓的拉伸载荷为：W1＝max(Wg，Wc)·U1，

U1：载荷转移因子，为1.5-1.45；

(6)、螺栓紧固力矩：T＝U2·W1·D/12，

T为螺栓紧固力拒，N·m，

U2：扭矩转移因子，为1.5-1.45，

D：螺栓直径；

(7)、施工时液压泵站调整的压力

PB＝W1·S，BRA，

S为紧固时所用拉伸器的横截面积mm²

PA＝PB·(1+U₃)

U₃是紧固转移系数，为0.1-0.5，

PA：第一组螺栓紧固力量所对应的压力，BAR，

PB：螺栓最终紧固的力量所对应的压力，BAR。

4、如权利要求1或3所述的螺栓紧固系统，其特征在于，所述紧固方式为扳手紧固方式或液压拉伸器紧固方式。

5、如权利要求3所述的螺栓紧固系统，其特征在于，所述K₁和K₂为1.12；所述U1和U2为1.30。

6、如权利要求4所述的螺栓紧固系统，其特征在于，所述扳手为中空液压扳手或四方驱动扳手。