液壓扳手校驗(yàn)裝置的研究與應(yīng)用

張寶青

（大慶石化建設(shè)有限公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

隨著企業(yè)對(duì)石化裝置安全性、科學(xué)性要求的不斷提高，用于扭矩法緊固的液壓緊固扳手，其扭緊力矩精度是否準(zhǔn)確，經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，每個(gè)緊固設(shè)備的輸出扭矩是否均勻等問題變得越來越突出。需要通過一種方法測(cè)定并校正扳手的輸出扭矩與標(biāo)準(zhǔn)之間的偏差，減少液壓緊固工具在同步緊固時(shí)扭矩的誤差。為保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備緊固數(shù)據(jù)精度并對(duì)緊固設(shè)備進(jìn)行周期性校準(zhǔn)和管理。使用液壓扳手校驗(yàn)裝置對(duì)緊固設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)、分級(jí)使用等方法，減少現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)扭矩偏差，保證定力矩緊固施工效果，并對(duì)液壓緊固設(shè)備健康狀況管理及歸檔有重要意義。

1 應(yīng)用液壓扳手校驗(yàn)裝置的必要性

螺栓聯(lián)接方式在石油化工系統(tǒng)中應(yīng)用普遍，螺母扭緊后，施加給螺栓一個(gè)軸向預(yù)緊力，這一預(yù)緊力對(duì)螺栓性能及連接效果影響較大。預(yù)緊力過大，螺栓可能產(chǎn)生塑性變形、直至疲勞斷裂，影響螺栓使用壽命，同時(shí)可能誘發(fā)結(jié)果失穩(wěn)；預(yù)緊力過小，工件連接過于松弛，易產(chǎn)生振動(dòng)、位移、密封泄漏，影響連接的可靠性。特別是螺栓組連接，由于采用扭矩法施加預(yù)緊力，液壓緊固扳手由于長時(shí)間使用精度下降造成誤差，導(dǎo)致同步緊固的螺栓組中各個(gè)螺栓的預(yù)緊力有大有小，給裝置安全、長、滿、優(yōu)運(yùn)行帶來隱患。

隨著企業(yè)對(duì)石化裝置安全性、科學(xué)性要求的不斷提高，采用扭矩法緊固的關(guān)鍵部位，每條螺栓的預(yù)緊力是否均勻等問題變得越來越突出，對(duì)緊固設(shè)備進(jìn)行定期校驗(yàn)已經(jīng)成為刻不容緩的問題。

近年來，由于法蘭泄漏導(dǎo)致事故頻發(fā)，石化公司應(yīng)集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)關(guān)于法蘭定力距緊固相關(guān)研究要求，石化公司建設(shè)螺栓預(yù)緊力實(shí)驗(yàn)室，力矩扳手校驗(yàn)裝置就是對(duì)實(shí)驗(yàn)室裝置的補(bǔ)充完整，通過力矩扳手校驗(yàn)的研究，實(shí)現(xiàn)“定扭矩緊固”，走標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化之路。

校驗(yàn)裝置對(duì)緊固設(shè)備多次反復(fù)測(cè)試及數(shù)據(jù)收集整理分析，綜合現(xiàn)場(chǎng)施工情況，判斷緊固設(shè)備的可用情況，同時(shí)對(duì)緊固設(shè)備的性能進(jìn)行校核，不同偏差扭矩扳手進(jìn)行分級(jí)使用，提高現(xiàn)場(chǎng)同步緊固效果，避免發(fā)生緊固失效現(xiàn)象。

2 校驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)制造及校核

目前國內(nèi)外力矩扳手校驗(yàn)測(cè)試裝置，都采用扭矩傳感器及相應(yīng)結(jié)構(gòu)組合實(shí)現(xiàn)，其價(jià)格昂貴且對(duì)力矩扳手的適應(yīng)性不好，對(duì)環(huán)境及周邊設(shè)備支持要求高，很難滿足石化行業(yè)內(nèi)力矩扳手現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)及使用要求。為了保證校驗(yàn)裝置的實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)制造一臺(tái)可移動(dòng)檢測(cè)常用規(guī)格力矩扳手，并對(duì)周邊設(shè)備支持依賴極小的液壓扳手校驗(yàn)裝置，選取國外相對(duì)成熟、性能參數(shù)符合需要的扭矩傳感器，自主設(shè)計(jì)相關(guān)結(jié)構(gòu)，制造出一套適應(yīng)石化行業(yè)的力矩扳手校驗(yàn)裝置。

（1）選取合適參數(shù)的扭矩傳感器。經(jīng)過仔細(xì)篩選，選擇常用扭矩扳手扭矩范圍0～10 000 Nm，最小單位1 Nm，選擇兩組傳感器量程為0～3000 Nm、3000～10 000 Nm 美國諾霸扭矩傳感器（圖1）。該傳感器可將扭矩轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。數(shù)據(jù)采集器及顯示器選擇諾霸配套torque tool tester series3 型采集器（圖2）。

（2）依據(jù)扳手尺寸規(guī)格及現(xiàn)場(chǎng)條件設(shè)計(jì)制作固定配套裝置。依據(jù)扳手尺寸及功能需要，設(shè)計(jì)配套支架，使用4 套軸承支撐扭矩傳感器并在兩側(cè)分別設(shè)置固定端及扭矩扳手連接端。固定端用法蘭蓋及螺栓連接，扭矩扳手連接端中心設(shè)置方孔銷連接傳動(dòng)扭矩。

（3）校驗(yàn)設(shè)備組裝完成后進(jìn)行扭矩校核。制作杠桿砝碼結(jié)構(gòu)模擬力臂，對(duì)扭距測(cè)試裝置進(jìn)行扭矩校核。根據(jù)扭矩公式M=FL，力臂長度確定，砝碼重量確定，可以計(jì)算出施加在校驗(yàn)設(shè)備上的扭矩，再與測(cè)量扭矩進(jìn)行對(duì)比校核，校核后具備測(cè)試條件（圖3）。

圖1 扭矩傳感器

圖2 數(shù)據(jù)采集器及顯示器

圖3 扭矩校核

3 液壓力矩扳手校驗(yàn)程序

根據(jù)《JJG 707—2003 扭矩扳手計(jì)量檢定規(guī)程》，設(shè)計(jì)液壓扭矩扳手檢定程序，每臺(tái)扳手在使用量程內(nèi)均勻選取3 點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)。

（1）根據(jù)預(yù)設(shè)扭矩值，根據(jù)液壓扳手性能表查找泵站設(shè)置數(shù)值。

（2）在扳手泵站設(shè)置數(shù)值。

（3）連接液壓扳手及教研裝置。

（4）啟動(dòng)泵站。

（5）在數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄，重復(fù)3 次。

（6）重新設(shè)置其他扭矩預(yù)設(shè)值，重復(fù)上述操作。

4 數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)

4.1 數(shù)據(jù)的收集整理

數(shù)據(jù)整理分為手動(dòng)記錄和設(shè)備記錄兩部分。手動(dòng)實(shí)驗(yàn)記錄設(shè)計(jì)有專門的記錄表格，螺栓扭緊順序圖示，力矩緊固確認(rèn)單，每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束現(xiàn)場(chǎng)操作人員必須簽字確認(rèn)。

校驗(yàn)設(shè)備可以自動(dòng)記錄扳手緊固的最大扭矩值，并可輸出成EXCEL 表格數(shù)據(jù)流模式，方便對(duì)比分析。

4.2 歸納數(shù)據(jù)的趨勢(shì)及規(guī)律

對(duì)每組3 個(gè)測(cè)量值求平均值，對(duì)比平均值與輸出扭矩標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏差，根據(jù)液壓扭矩扳手出廠參數(shù)偏差在正負(fù)3%以內(nèi)扳手合格。測(cè)量扭矩超出偏差值，調(diào)整液壓扳手出廠性能表參數(shù)，使其在正常使用時(shí)輸出扭矩準(zhǔn)確。見表1。

4.3 存在的問題及改進(jìn)措施

液壓扳手校驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)直觀、記錄方便，同時(shí)具有可移動(dòng)性，部件緊湊且數(shù)量少、故障率低，特別適合現(xiàn)場(chǎng)操作需要，相比國內(nèi)外同類設(shè)備造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)合理、操作簡單，具有一定優(yōu)勢(shì)。

存在問題：該設(shè)備只能對(duì)靜扭矩緊固設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)沖擊載荷扭矩扳手，如沖擊型風(fēng)動(dòng)扳手等不能測(cè)量，需要配備相應(yīng)的模擬螺栓緩沖器才能測(cè)量，需要后續(xù)加大設(shè)備投資補(bǔ)充完成。

5 結(jié)語

液壓扳手定期校驗(yàn)可以保證定力距緊固的可靠性，提高設(shè)備長、穩(wěn)、優(yōu)運(yùn)行能力，提升設(shè)備運(yùn)行中的抗波動(dòng)能力。在減少設(shè)備泄漏事故，減少環(huán)境污染，保護(hù)自然資源及生態(tài)環(huán)境，改善健康水平，降低化工區(qū)火災(zāi)事故率，保障國家和社會(huì)安全，提高緊固行業(yè)內(nèi)人才培養(yǎng)深度，提高設(shè)備科學(xué)管理水平等方面起到巨大作用。

表1 液壓扳手校驗(yàn)參數(shù)

液壓緊固扳手校驗(yàn)裝置，對(duì)扳手校驗(yàn)效果良好，解決了力矩扳手輸出扭矩不準(zhǔn)確等問題，在化工裝置大檢修定力矩緊固過程中效果明顯，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著。