液压扳手校验装置的研究与应用

张宝青

（大庆石化建设有限公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

随着企业对石化装置安全性、科学性要求的不断提高，用于扭矩法紧固的液压紧固扳手，其扭紧力矩精度是否准确，经过一段时间的使用后，每个紧固设备的输出扭矩是否均匀等问题变得越来越突出。需要通过一种方法测定并校正扳手的输出扭矩与标准之间的偏差，减少液压紧固工具在同步紧固时扭矩的误差。为保证现场设备紧固数据精度并对紧固设备进行周期性校准和管理。使用液压扳手校验装置对紧固设备进行校验、分级使用等方法，减少现场使用时扭矩偏差，保证定力矩紧固施工效果，并对液压紧固设备健康状况管理及归档有重要意义。

1 应用液压扳手校验装置的必要性

螺栓联接方式在石油化工系统中应用普遍，螺母扭紧后，施加给螺栓一个轴向预紧力，这一预紧力对螺栓性能及连接效果影响较大。预紧力过大，螺栓可能产生塑性变形、直至疲劳断裂，影响螺栓使用寿命，同时可能诱发结果失稳；预紧力过小，工件连接过于松弛，易产生振动、位移、密封泄漏，影响连接的可靠性。特别是螺栓组连接，由于采用扭矩法施加预紧力，液压紧固扳手由于长时间使用精度下降造成误差，导致同步紧固的螺栓组中各个螺栓的预紧力有大有小，给装置安全、长、满、优运行带来隐患。

随着企业对石化装置安全性、科学性要求的不断提高，采用扭矩法紧固的关键部位，每条螺栓的预紧力是否均匀等问题变得越来越突出，对紧固设备进行定期校验已经成为刻不容缓的问题。

近年来，由于法兰泄漏导致事故频发，石化公司应集团公司领导关于法兰定力距紧固相关研究要求，石化公司建设螺栓预紧力实验室，力矩扳手校验装置就是对实验室装置的补充完整，通过力矩扳手校验的研究，实现“定扭矩紧固”，走标准化、规范化之路。

校验装置对紧固设备多次反复测试及数据收集整理分析，综合现场施工情况，判断紧固设备的可用情况，同时对紧固设备的性能进行校核，不同偏差扭矩扳手进行分级使用，提高现场同步紧固效果，避免发生紧固失效现象。

2 校验装置的设计制造及校核

目前国内外力矩扳手校验测试装置，都采用扭矩传感器及相应结构组合实现，其价格昂贵且对力矩扳手的适应性不好，对环境及周边设备支持要求高，很难满足石化行业内力矩扳手现场校验及使用要求。为了保证校验装置的实用性及经济性，设计制造一台可移动检测常用规格力矩扳手，并对周边设备支持依赖极小的液压扳手校验装置，选取国外相对成熟、性能参数符合需要的扭矩传感器，自主设计相关结构，制造出一套适应石化行业的力矩扳手校验装置。

（1）选取合适参数的扭矩传感器。经过仔细筛选，选择常用扭矩扳手扭矩范围0～10 000 Nm，最小单位1 Nm，选择两组传感器量程为0～3000 Nm、3000～10 000 Nm 美国诺霸扭矩传感器（图1）。该传感器可将扭矩转化为电信号输出。数据采集器及显示器选择诺霸配套torque tool tester series3 型采集器（图2）。

（2）依据扳手尺寸规格及现场条件设计制作固定配套装置。依据扳手尺寸及功能需要，设计配套支架，使用4 套轴承支撑扭矩传感器并在两侧分别设置固定端及扭矩扳手连接端。固定端用法兰盖及螺栓连接，扭矩扳手连接端中心设置方孔销连接传动扭矩。

（3）校验设备组装完成后进行扭矩校核。制作杠杆砝码结构模拟力臂，对扭距测试装置进行扭矩校核。根据扭矩公式M=FL，力臂长度确定，砝码重量确定，可以计算出施加在校验设备上的扭矩，再与测量扭矩进行对比校核，校核后具备测试条件（图3）。

图1 扭矩传感器

图2 数据采集器及显示器

图3 扭矩校核

3 液压力矩扳手校验程序

根据《JJG 707—2003 扭矩扳手计量检定规程》，设计液压扭矩扳手检定程序，每台扳手在使用量程内均匀选取3 点进行校验。

（1）根据预设扭矩值，根据液压扳手性能表查找泵站设置数值。

（2）在扳手泵站设置数值。

（3）连接液压扳手及教研装置。

（4）启动泵站。

（5）在数据采集器进行数据采集记录，重复3 次。

（6）重新设置其他扭矩预设值，重复上述操作。

4 数据分析与评价

4.1 数据的收集整理

数据整理分为手动记录和设备记录两部分。手动实验记录设计有专门的记录表格，螺栓扭紧顺序图示，力矩紧固确认单，每次实验结束现场操作人员必须签字确认。

校验设备可以自动记录扳手紧固的最大扭矩值，并可输出成EXCEL 表格数据流模式，方便对比分析。

4.2 归纳数据的趋势及规律

对每组3 个测量值求平均值，对比平均值与输出扭矩标准值之间的偏差，根据液压扭矩扳手出厂参数偏差在正负3%以内扳手合格。测量扭矩超出偏差值，调整液压扳手出厂性能表参数，使其在正常使用时输出扭矩准确。见表1。

4.3 存在的问题及改进措施

液压扳手校验装置数据直观、记录方便，同时具有可移动性，部件紧凑且数量少、故障率低，特别适合现场操作需要，相比国内外同类设备造价低廉，结构合理、操作简单，具有一定优势。

存在问题：该设备只能对静扭矩紧固设备进行校验，对冲击载荷扭矩扳手，如冲击型风动扳手等不能测量，需要配备相应的模拟螺栓缓冲器才能测量，需要后续加大设备投资补充完成。

5 结语

液压扳手定期校验可以保证定力距紧固的可靠性，提高设备长、稳、优运行能力，提升设备运行中的抗波动能力。在减少设备泄漏事故，减少环境污染，保护自然资源及生态环境，改善健康水平，降低化工区火灾事故率，保障国家和社会安全，提高紧固行业内人才培养深度，提高设备科学管理水平等方面起到巨大作用。

表1 液压扳手校验参数

液压紧固扳手校验装置，对扳手校验效果良好，解决了力矩扳手输出扭矩不准确等问题，在化工装置大检修定力矩紧固过程中效果明显，经济及社会效益显著。