装置开停车，法兰到底需要不需要“热紧”或“冷紧”？

王鲁君 2025-12-05

化工装置开车中法兰螺栓 “热紧”“冷紧” 操作存争议，王鲁君在研究中指出，高温下螺栓应力松弛短期内可忽略，且法兰与螺栓膨胀差异使紧固力自动增大，人为热紧有害；低温下冷紧理论必要但实际影响可通过保冷规避，规范未明确要求时无需执行。

在化工装置开车过程中，由于温度变化可能存在泄漏风险，若干企业都执行法兰冷紧、热紧的经验操作。华北石油第二油田建设公司王鲁君，2003年在石油化工建设期刊上写了一篇问题文章《对管道或设备法兰螺栓“热紧”和“冷紧”的探讨》，供大家参考、交流。

对管道或设备法兰螺栓“热紧”和“冷紧”的探讨

王鲁君

华北油田第二油田建设公司

多年来，一些标准规范中要求施工单位在生产装置试运中，在高温或低温管道和设备的升、降温过程中要对法兰螺栓进行“热紧”或“冷紧”,但也有部分标准规范无此要求。此项要求是否确有必要，笔者在多年的实践中，对此有了一定的认识。

1 热紧和冷紧的依据

在一些施工规范如《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501-1997 等中，对法兰螺栓“热紧”和“冷紧”做出了具体规定。其理由大致如下：

1)螺栓在高温下产生应力松弛使紧固力减小。

2)随着温度的变化，螺栓会热胀冷缩，对法兰的紧固力产生影响。

2 温度对法兰密封性能的影响

2.1 高温对法兰密封性能的影响

1)应力松弛。在高温下操作时，螺栓的内应力会慢慢变小，常温下紧固时产生的弹性变形，会因为蠕变使其伸长的一部分变成塑性变形，螺栓内的弹性变形量减小，从而使其对法兰的紧固力减小，即产生应力松驰。

应力松弛能否真正使螺栓的紧固力减小到危险的程度，则取决于螺栓材质所具有的蠕变强度和蠕变速度。设计人员在选用螺栓时，均选用符合设计温度的螺栓。螺栓在设计温度下蠕变强度是足够的，其蠕变速度一般在10-6%(1/h) 左右，其蠕变速度之小在几个月甚至几年内都难有变化，在投产试运期间则更是微不足道了。

2)螺栓热胀。随着温度的升高，管道或设备法兰、垫片和紧固螺栓都要相应膨胀，径向膨胀对法兰的密封性能无影响，轴向膨胀则是主要影响因素，可分两种情况：

一是法兰和螺栓为同类材质。法兰与介质直接接触，而螺栓杆要通过法兰和螺母的传导和法兰的热辐射吸收热量，存在部分热量损失。另外，螺栓单位体积的表面积比法兰大，散热较快，所以，法兰的温度显然要高于螺栓，法兰的轴向膨胀量也显然大于螺栓。同时，垫片受热后，厚度也有增加。结果是受热后，法兰和垫片的轴向膨胀总量大于螺栓的膨胀量，使螺栓对法兰的紧固力随温度的升高而增大，自动产生了“热紧”现象。

二是法兰和螺栓为不同材质。这时要根据两种材质的线胀系数和温度来确定。但各类钢材的线膨胀系数差别很小，且螺栓的温度较法兰要低，因此，不足以对法兰的紧固力产生不利影响。

2.2 低温对法兰密封性能的影响

材料在低温下会产生“冷脆”现象，但与法兰的密封性能无关。螺栓和法兰在低温下收缩会对法兰的密封性能产生一定影响，这种影响与高温时正相反，螺栓对法兰的紧固力随温度的降低而减弱。

3 对“热紧”和“冷紧”的正确认识

由上述分析可知，在高温条件下，只要设计人员正确选用了适当材质的螺栓，螺栓的应力松弛现象短期内(包括在试运期间内)可以忽略；如果螺栓材料的蠕变强度不够，那么在升温期间就可发生明显蠕变，即使“热紧”也没有用。因为“热紧”后，螺栓还会以同样的速度继续蠕变。

在升温过程中，螺栓的紧固力不会随温度升高而减弱。因此，在试运过程中人为地“热紧”是不必要的，而且是有害的。因为它破坏了原来法兰受力的均衡状态，而且会因紧固力增加而使垫片的弹性变差，反倒容易引起管道或设备泄漏。

在温度降低的过程中，由于螺栓对法兰的紧固力随温度的降低而减弱，“冷紧”的必要性从理论上说是存在的、但在实际施工中，法兰往往在试压合格后、试运前就完成了保冷工作。这样一方面可以防止管道及设备从外界吸收热量；另一方面，如果法兰暂不保冷，在降温过程中，法兰和螺栓会吸收空气中的水分而在表面结冰，保冷材料会使螺栓与法兰的温差很小，从而使螺栓收缩对法兰紧固力的影响小到可以忽略。

4 结束语

综上所述，在一般情况下，管道或设备法兰在试运过程中的“热紧”和“冷紧”是不必要的，也是有害的。

实践证明，大多数施工单位在试运中，通过周密的巡检，发现泄漏部位及时处理的做法，简单、实用，足以保证试运工作顺利进行。

因此，只要设计人员在施工图纸中没有明确要求“热紧”和“冷紧”,试运中就不必考虑。当然，为防患于未然，施工单位必须做好下列工作：

1)在施工前认真审图，检查管道或设备的法兰螺栓是否与介质温度相适应。

2)严格材料管理制度，防止错用。

(3)对设计变更、工程联系单和现场签证等严格审查，防止出错。

5 参考文献

[1] 吴敦松.炼油厂设备检修手册[M]. 北京：石油工业出版社。

文章内容来源化工工程师，流程工业整理编辑，责任编辑：胡静，审核人：李峥