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


在石油化工生產中，墊片密封性能的優劣，直接關系到裝置的長周期安全運轉。隨著生產運轉周期要求的越來越長、工藝操作條件的越來越苛刻，墊片密封失效導致的泄漏問題也暴露的越來越明顯。在裝置中有時為了解決墊片失效泄漏問題，有時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在密封面間的泄漏。由墊片本身的毛細管作用而發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，當介質通過密封面的阻力大于密封2側的壓差時，即達到密封。但受到外界條件影響時，密封受到破壞，從而使墊片密封失效產生泄漏。墊片密封失效的原因主要有5個方面。


介質的操作參數問題


操作參數即介質的壓力、溫度及介質的理化性質。石油化工生產中的大多數介質操作條件都是中、低壓，往往單純的壓力和介質因素對墊片泄漏的影響并不是很大，只有在操作壓力、操作溫度和介質理化特性聯合作用時，才會導致墊片密封失效問題。


介質在高溫下粘度小，滲透性強，易促成滲漏。常溫下粘度大的蠟油、重油等，在高溫時有很強的滲透性，對墊片的腐蝕作用也加劇。同時在高溫時，法蘭、 螺栓和墊片可能發生蠕變和應力松弛，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，甚至被燒毀，回彈量將下降，這樣勢必影響密封。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。若溫度反復變化時，密封失效的可能性更大。


螺栓預緊力不當


螺栓預緊力與墊片的密封能力有很大的關系。預緊力過小，墊片沒有壓緊會造成泄漏，過大的螺栓預緊力，會使墊片失去彈性而發生塑性變形，甚至會將墊片壓壞或擠出，導致密封失效。螺栓預緊力的大小在于墊片系數與預緊比壓值的選擇及其準確性，實際安裝中，控制螺栓預緊力的大小很難，螺栓擰緊順序不當，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，如果不及時對法蘭螺栓進行預緊，也會導致間隙過大而產生泄漏，一旦泄漏，高溫熱介質噴出，會造成墊片表面損壞，導致墊片失效。


墊片在使用一段時間后還應再緊1次螺栓，這對高溫和有溫度冷熱循環變化的使用場合尤為重要。


墊片材料不匹配


墊片材料是影響墊片性能的主要因素，墊片材料應當致密，不易浸漬介質。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。同時可耐受溫度、壓力波動和介質腐蝕，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生過大的翹曲變形，往往是導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，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。


墊片的硬度應低于法蘭硬度，在允許范圍內，二者之間相差越大，實現密封就越容易。


密封面沒有達到相應要求


法蘭密封面的形狀和粗糙度應與墊片相配合，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械刻痕、毛刺和其他機械損傷。


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，因此在設計、安裝時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，有機械損傷和腐蝕損壞以及殘留的舊墊片，也會導致墊片密封失效。


預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的跑、冒、滴、漏，嚴重者可能造成裝置停工，甚至造成重大的火災、爆炸、中毒等安全事故。要防止墊片失效，必須注意3個方面的問題。


（1）合理選用墊片


合理選用墊片，必要時將墊片升級使用對于輸送易燃、易爆、劇毒及強腐蝕介質的設備、容器、管線上，不允許使用石棉橡膠墊片，應根據操作條件來提高墊片的耐溫、耐壓等級，即選用更高溫度壓力等級的墊片；對于有應力松弛，壓力、溫度波動的介質，即使中低壓場合，也應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，應在完全退火的狀態下使用，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


安裝時墊片和法蘭表面要保持潔凈；應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，法蘭面的凸臺是否對準；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定的要求；安裝時將墊片放人正確的位置，螺栓須對稱逐漸擰緊，如需一定的螺栓應力，則應使用力矩扳手，以獲得正確的螺栓預緊力。


（3）墊片應合理儲存


非金屬墊片必須儲存于干燥涼爽的地方，不要直接暴露于陽光下或有臭氧的地方，應該平放而不能掛在鉤上，儲存期超過2a須檢查是否已經變質；儲存墊片的箱盒必須標明墊片的材料、形式、尺寸、及溫度、壓力等級等技術數據，以免用錯。


墊片的選用原則


由于墊片的實際工作條件比較復雜，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，必須按實際工作條件來選用。


（1）操作參數。選用墊片時，必須對墊片的密封性能、介質的壓力、溫度物化性質以及法蘭密封面的形式、結構的繁簡、裝卸的難易、經濟性等諸因素進行全面分析。其中介質特性、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。


（2）墊片的類型。一般情況下，應根據被密封介質的操作溫度、操作壓力來確定。對高溫高壓介質多采用金屬墊片；對常壓、低壓、中溫介質，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；對于溫度、壓力波動頻繁的場合，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，宜采用薄墊片。 壓力較高時，墊片太薄回彈性太小，會因不能達到必要的復原量易產生泄漏，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。 通常寬度應大于5mm。 對金屬墊片，為了不產生過大的螺栓力，取較小的寬度是一個重要遵循的準則。


（5）墊片的材料。由于墊片在工作時，與操作介質接觸，直接受介質、 壓力、 溫度等因素的影響，因此選用墊片時，墊片的材料應滿足要求：良好的彈性和復原性；適當的柔軟性；不污雜介質，不腐蝕密封面，耐介質腐蝕；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）選用墊片時應盡量簡化規格，減少品種，墊片規格和材料品種越少越便于管理，所以選用墊片時，除應考慮滿足使用要求外，應盡量減少規格，切忌不必要的多樣化。

結束語


石油化工介質種類繁多，墊片密封失效是一個比較復雜的問題。墊片密封失效不僅會造成巨大的經濟損失，而且會污染環境，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、螺栓質量，認真執行標準和規范，才能保證生產裝置安全穩定的長周期運行。

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