静密封失效及新型静密封件

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1、静密封失效及新型静密封件静密封的应用十分广泛。有关资料显示,石油化工装置的管道费用约占装置投资的10%~30%,一个大型石化企业,静密封点通常在几十万个乃至上百万个,仅一套4Mt/a原油加工和一套70kt/a聚丙烯生产装置的静密封点就有59.45*104个。在石油化工装置压力容器和工艺管道抢修次数中,静密封点泄漏占48%。由于泄漏的大都属于高温、高压、易燃、易爆介质,对现场抢修和操作人员的生命安全威胁极大。在抢修过程中采取调整和更换垫片处理的占49.2%,调整紧固螺栓处理的占40.3%,更换法兰和螺栓的占10.5%。1静密封失效

2、因素静密封主要有垫密封、胶密封和接触密封三种形式,依其工作压力又可以分为低压、中压、高压和超高压密封。以垫密封为例,分析认为静密封失效主要有八个方面的因素:垫片的性能、螺栓的预紧力、法兰的刚度及其密封面、管道的支承、管道法兰的安装、工艺操作、环境因素、在线检验。1.1垫片性能垫片借助于螺栓的预紧载荷通过法兰实施压紧,使其产生弹性塑性变形,填充一对法兰密封面之间的几何间隙,切断或阻止流体泄漏。垫片性能的选择对实现密封的效果影响很大。垫片的比压力y和垫片系数m是反映垫片性能的两个重要参数,其数值与垫片的种类和材质有关。y值、m值越大

3、,则表明垫片达到密封时需要的螺栓载荷越大。垫片的选用应依据对其密封性能诸因素的全面评价,如y,m及管系的操作压力、操作温度、工作介质、法兰密封面的形式等。垫片的类型,对于高温、高压条件,多采用金属垫片;常压、中、低压、中温条件,多采用非金属垫片;对于介于两者之间的条件,多采用半金属垫片;对于温度、压力波动频繁的条件,则宜选用回弹性好的自紧式垫片。垫片的材料,应满足良好的弹性复原性,适当的柔软性、不污染密封介质,不腐蚀密封表面,且耐工作介质的腐蚀,材质不因低温而硬化脆断,也不因高温而软化塑流,应具有应力松驰较小的现象。垫片的厚度,

4、在低、中压的条件下,宜选用薄垫片,但在工作压力较高的情况下,则宜选用厚垫片。垫片的宽度,从承受螺栓压紧力分析,垫片宽度越窄越易夹紧,但其宽度的下限通常为大于5mm,对金属垫片,为了不产生过大的螺栓应力,取小宽度是一个重要原则。非金属垫片一般情况下不得重复使用,石棉橡胶垫片的使用寿命按1.5~2a控制。1.2螺栓的预紧力足够的螺栓预紧力,满足垫片y的要求是实现可靠密封的一个重要因素。螺栓预紧力的控制:在管道法兰、垫片、螺栓、螺母装配过程中,螺栓的压紧力不可能全部转化为垫片的应力,尽管在螺栓的紧固过程中注意到按对角线成对进行紧固,并

5、做到对称、均匀、逐渐紧固,达到松紧适度,但事实上在操作过程中不可能保持一致,真正做到这一点非常困难,有诸因素影响螺栓预紧力。如拧紧的工具和方法,操作人员及控制的精确度,螺栓与垫片的蠕变松驰、温度变化等导致螺栓力相对分散.以上这些影响因素的分析主要围绕法兰、螺栓、垫片是一个整体系统来分析的。事实上影响泄漏的因素还很多。例如介质的易腐蚀,渗透性就对垫片的材料选择,法兰刚度的选择以及螺栓紧固能力的设计带有诸多要求。总之静密封的使用应该做到:(1)正确使用垫片。(2)选用合适的法兰连接形式。(3)正确紧固件和适当的预紧力,碳钢螺栓的强度

6、大于同型号不锈钢螺栓。垫片性能的好坏,如回弹性能、耐高温性能等,都直接影响到静密封系统的密封性能,提高垫片的综合性能才能有效提高密封系统的密封可靠性。合适的螺栓预紧力是实现可靠密封的重要因素。螺栓预紧力较小,无法实现有效的密封,预紧力过大则可能导致垫片压溃使垫片丧失回弹性能。在螺栓力的作用下,刚度较差的法兰会产生较大变形,引起密封面的较大偏转,进而导致泄漏。法兰密封面的形式和表面粗糙度的选择也很重要,如基本型垫片适用于与榫槽型密封面的法兰相配。带内加强环的垫片适用于与凹凸型密封面的法兰相配;带内、外加强环的垫片适用于与凸面型密封

7、面的法兰相配;带外加强环的垫片也可用于与凸面型密封面的法兰相配。管道的支承主要是满足承重、限位和防振。管道在工艺运行过程中,发生位移、弯曲及脱离支架造成静密封失效的情况时有发生。法兰连接的同轴度、平行度也是影响静密封效果的重要因素,其同轴度、平行度越差,造成静密封失效的可能性就越大。操作条件,如压力、温度和介质性质,是影响静密封紧密性的重要因素。环境腐蚀包括水腐蚀、大气腐蚀和土壤腐蚀,对于紧固件而言主要是工业大气腐蚀。污染物的变化、湿度与温度的变化,均决定着工业大气的腐蚀强度,对大多数金属材料来说,二氧化硫、硫化氢和氯将加速腐蚀

8、过程。设备检验的重点主要是:重要生产装置或设备的进、出口法兰连接处。处于生产流程要害部位的管段及工作条件荷载较大、介质温度较高且易燃、易爆、有毒、承受交变载荷的管段,压缩机、泵的进出口部位。补偿器、三通、弯头(弯管)、大小头及支管的连接处。(管道支、吊架及其损坏