墊片密封失效分析及墊片的選用

中德密封

墊片密封失效分析及墊片的選用


趙春梅


在石油化工生產(chǎn)中，墊片密封性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)周期要求的越來越長(zhǎng)、工藝操作條件的越來越苛刻，墊片密封失效導(dǎo)致的泄漏問題也暴露的越來越明顯。在裝置中有時(shí)為了解決墊片失效泄漏問題，有時(shí)不得不將法蘭連接處焊死。文中闡述了提高墊片密封性能的措施，合理的解決墊片密封失效問題。


墊片密封失效的原因分析


墊片密封失效主要表現(xiàn)在密封面間的泄漏。由墊片本身的毛細(xì)管作用而發(fā)生滲漏的可能性很小。墊片靠外力壓緊后，墊片靠本身的回彈性填滿密封面上微小的凸凹不平的間隙，當(dāng)介質(zhì)通過密封面的阻力大于密封2側(cè)的壓差時(shí)，即達(dá)到密封。但受到外界條件影響時(shí)，密封受到破壞，從而使墊片密封失效產(chǎn)生泄漏。墊片密封失效的原因主要有5個(gè)方面。


介質(zhì)的操作參數(shù)問題


操作參數(shù)即介質(zhì)的壓力、溫度及介質(zhì)的理化性質(zhì)。石油化工生產(chǎn)中的大多數(shù)介質(zhì)操作條件都是中、低壓，往往單純的壓力和介質(zhì)因素對(duì)墊片泄漏的影響并不是很大，只有在操作壓力、操作溫度和介質(zhì)理化特性聯(lián)合作用時(shí)，才會(huì)導(dǎo)致墊片密封失效問題。


介質(zhì)在高溫下粘度小，滲透性強(qiáng)，易促成滲漏。常溫下粘度大的蠟油、重油等，在高溫時(shí)有很強(qiáng)的滲透性，對(duì)墊片的腐蝕作用也加劇。同時(shí)在高溫時(shí)，法蘭、 螺栓和墊片可能發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛，致使密封松懈，密封比壓下降。一些非金屬墊片在高溫下加速老化或變質(zhì)，甚至被燒毀，回彈量將下降，這樣勢(shì)必影響密封。又由于密封組合件各部位的溫度不同，熱膨脹不均勻，增加了墊片密封失效的可能。若溫度反復(fù)變化時(shí)，密封失效的可能性更大。


螺栓預(yù)緊力不當(dāng)


螺栓預(yù)緊力與墊片的密封能力有很大的關(guān)系。預(yù)緊力過小，墊片沒有壓緊會(huì)造成泄漏，過大的螺栓預(yù)緊力，會(huì)使墊片失去彈性而發(fā)生塑性變形，甚至?xí)�將墊片壓壞或擠出，導(dǎo)致密封失效。螺栓預(yù)緊力的大小在于墊片系數(shù)與預(yù)緊比壓值的選擇及其準(zhǔn)確性，實(shí)際安裝中，控制螺栓預(yù)緊力的大小很難，螺栓擰緊順序不當(dāng)，也可造成墊片彎曲變形或纏繞墊片解體。


另外，在裝置開工升溫過程中，由于螺栓熱膨脹，如果不及時(shí)對(duì)法蘭螺栓進(jìn)行預(yù)緊，也會(huì)導(dǎo)致間隙過大而產(chǎn)生泄漏，一旦泄漏，高溫?zé)峤橘|(zhì)噴出，會(huì)造成墊片表面損壞，導(dǎo)致墊片失效。


墊片在使用一段時(shí)間后還應(yīng)再緊1次螺栓，這對(duì)高溫和有溫度冷熱循環(huán)變化的使用場(chǎng)合尤為重要。


墊片材料不匹配


墊片材料是影響墊片性能的主要因素，墊片材料應(yīng)當(dāng)致密，不易浸漬介質(zhì)。適宜的墊片變形和回彈力是形成密封的必要條件，墊片變形包括彈性變形和塑性變形。同時(shí)可耐受溫度、壓力波動(dòng)和介質(zhì)腐蝕，如果墊片材料具有良好的彈性和柔軟性，就能很好地與密封面吻合，不因低溫而硬化，也不因高溫而軟化或塑流，自然密封效果好。


法蘭剛度、 法蘭與墊片的硬度差問題


法蘭因剛度不足而產(chǎn)生過大的翹曲變形，往往是導(dǎo)致墊片密封失效的原因之一。剛度大的法蘭變形小，并可使螺栓預(yù)緊力均勻地傳遞給墊片，提高墊片密封性能。但法蘭剛度與很多因素有關(guān)，其中增加法蘭厚度，減小螺栓中心圓徑，都能提高法蘭抗彎剛度及抗變形能力。


墊片的硬度應(yīng)低于法蘭硬度，在允許范圍內(nèi)，二者之間相差越大，實(shí)現(xiàn)密封就越容易。


密封面沒有達(dá)到相應(yīng)要求


法蘭密封面的形狀和粗糙度應(yīng)與墊片相配合，一般與金屬墊圈接觸的密封面，要求尺寸精度很高，粗糙度在Ra6.3～3.2，而軟質(zhì)墊片的密封面精度可低些，粗糙度Ra25～12.5即可。但密封面必須避免徑向機(jī)械刻痕、毛刺和其他機(jī)械損傷。


密封面的平直度和密封面與法蘭軸線的垂直度是保證墊片均勻壓緊的前提，因此在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)必須考慮管線熱膨脹造成的推力或偏心力的影響。


密封面不潔凈，有機(jī)械損傷和腐蝕損壞以及殘留的舊墊片，也會(huì)導(dǎo)致墊片密封失效。


預(yù)防墊片密封失效的措施


由于墊片密封失效問題輕則引起靜密封點(diǎn)的跑、冒、滴、漏，嚴(yán)重者可能造成裝置停工，甚至造成重大的火災(zāi)、爆炸、中毒等安全事故。要防止墊片失效，必須注意3個(gè)方面的問題。


（1）合理選用墊片


合理選用墊片，必要時(shí)將墊片升級(jí)使用對(duì)于輸送易燃、易爆、劇毒及強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的設(shè)備、容器、管線上，不允許使用石棉橡膠墊片，應(yīng)根據(jù)操作條件來提高墊片的耐溫、耐壓等級(jí)，即選用更高溫度壓力等級(jí)的墊片；對(duì)于有應(yīng)力松弛，壓力、溫度波動(dòng)的介質(zhì)，即使中低壓場(chǎng)合，也應(yīng)選用具有良好的回彈性的耐高溫高壓的纏繞式墊片。使用金屬墊片時(shí)，應(yīng)在完全退火的狀態(tài)下使用，盡可能選用較軟的金屬材料，金屬墊片的硬度宜比法蘭硬度低HB30～40。


（2）正確的安裝墊片


安裝時(shí)墊片和法蘭表面要保持潔凈；應(yīng)檢查墊片表面是否有徑向的劃痕，法蘭表面粗糙度是否合適，法蘭面的凸臺(tái)是否對(duì)準(zhǔn)；密封平面的平行度是否滿足使用墊片型式的要求；檢查墊片的形式、材料、尺寸和螺栓是否符合規(guī)定的要求；安裝時(shí)將墊片放人正確的位置，螺栓須對(duì)稱逐漸擰緊，如需一定的螺栓應(yīng)力，則應(yīng)使用力矩扳手，以獲得正確的螺栓預(yù)緊力。


（3）墊片應(yīng)合理儲(chǔ)存


非金屬墊片必須儲(chǔ)存于干燥涼爽的地方，不要直接暴露于陽(yáng)光下或有臭氧的地方，應(yīng)該平放而不能掛在鉤上，儲(chǔ)存期超過2a須檢查是否已經(jīng)變質(zhì)；儲(chǔ)存墊片的箱盒必須標(biāo)明墊片的材料、形式、尺寸、及溫度、壓力等級(jí)等技術(shù)數(shù)據(jù)，以免用錯(cuò)。


墊片的選用原則


由于墊片的實(shí)際工作條件比較復(fù)雜，要恰如其分地選擇好墊片并不太容易，在通常情況下，能基本滿足使用要求即可。因此，必須按實(shí)際工作條件來選用。


（1）操作參數(shù)。選用墊片時(shí)，必須對(duì)墊片的密封性能、介質(zhì)的壓力、溫度物化性質(zhì)以及法蘭密封面的形式、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、裝卸的難易、經(jīng)濟(jì)性等諸因素進(jìn)行全面分析。其中介質(zhì)特性、操作溫度和操作壓力是造成密封失效的主要因素，是選用墊片的主要依據(jù)。


（2）墊片的類型。一般情況下，應(yīng)根據(jù)被密封介質(zhì)的操作溫度、操作壓力來確定。對(duì)高溫高壓介質(zhì)多采用金屬墊片；對(duì)常壓、低壓、中溫介質(zhì)，多采用非金屬墊片；介于2者之間的，多采用半金屬組合墊片；對(duì)于溫度、壓力波動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，宜采用回彈性好的纏繞式墊片。


（3）墊片的厚度。如果密封面加工良好，壓力不太高時(shí)，宜采用薄墊片。 壓力較高時(shí)，墊片太薄回彈性太小，會(huì)因不能達(dá)到必要的復(fù)原量易產(chǎn)生泄漏，一般情況下墊片的厚度在3mm左右為宜。


（4）墊片的寬度。墊片越窄越易夾緊，但寬度下限有限制。 通常寬度應(yīng)大于5mm。 對(duì)金屬墊片，為了不產(chǎn)生過大的螺栓力，取較小的寬度是一個(gè)重要遵循的準(zhǔn)則。


（5）墊片的材料。由于墊片在工作時(shí)，與操作介質(zhì)接觸，直接受介質(zhì)、 壓力、 溫度等因素的影響，因此選用墊片時(shí)，墊片的材料應(yīng)滿足要求：良好的彈性和復(fù)原性；適當(dāng)?shù)娜彳浶�；不污雜介質(zhì)，不腐蝕密封面，耐介質(zhì)腐蝕；良好的物理性能，不因低溫而硬化脆變，不因高溫而軟化塑流；良好的加工性能。


（6）選用墊片時(shí)應(yīng)盡量簡(jiǎn)化規(guī)格，減少品種，墊片規(guī)格和材料品種越少越便于管理，所以選用墊片時(shí)，除應(yīng)考慮滿足使用要求外，應(yīng)盡量減少規(guī)格，切忌不必要的多樣化。

結(jié)束語(yǔ)


石油化工介質(zhì)種類繁多，墊片密封失效是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。墊片密封失效不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)污染環(huán)境，甚至釀成重大事故。 只有合理選材、正確安裝、安全操作，提高法蘭、墊片、螺栓質(zhì)量，認(rèn)真執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，才能保證生產(chǎn)裝置安全穩(wěn)定的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

動(dòng)力火車

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