螺栓法蘭接頭的失效和失效分析

中德密封

螺栓法蘭接頭當在其設計條件下運行時，期望達到它的最大工作壽命。不論在期望壽命之前還是之后，一當法蘭接頭泄露超過環(huán)境法定或工廠現(xiàn)場規(guī)定的泄露容限時，就認為該接頭失效了。法蘭接頭的失效將危及設備或管線的正常運行，以致引起整個裝置失敗和被迫停工。有報導有的工廠總揮發(fā)物逸出中，來自法蘭的占了28%。一個簡單的螺栓法蘭接頭各組成部件可能引起的失效模式，其最終的表現(xiàn)形式——密封介質(zhì)沿墊片表面的泄露或和內(nèi)部的滲漏，這兩者泄漏量可以是少量或微量的，但當墊片因吹出發(fā)生崩裂時，將引起大量的泄露。

研究表明大多數(shù)法蘭接頭引起泄露失效原因不是墊片而是其他的因素，這些因素包括不適當?shù)陌惭b（26%）、法蘭損壞（25%）、螺栓缺失（15%）和法蘭未對中（12%），與墊片直接有關(guān)的原因僅小部分（26%）。早期的失效表現(xiàn)在墊片的拒不損壞，多半是由于欠少或過分或（和）不均勻的預緊、法蘭密封表面損壞（刮痕、瓢曲、腐蝕等）以及法蘭的安裝誤差（不平行、不同軸等）。通過觀察圍繞墊片周邊的損壞和差異狀況，尤其是軟質(zhì)墊片，可以了解墊片的失效原因，如墊片厚度不當，或選用不合適，或過分壓縮，或預緊力不夠，或儲存不當，或墊片退化，或墊片重復使用等。


根據(jù)發(fā)生泄露的時段，螺栓法蘭接頭有以下幾種失效原因。

1、壓力試驗是發(fā)生泄露
承壓容器和設備在制造竣工或停工后重新啟用前，需要進行強度（液壓或氣壓）試驗，這是在高于操作壓力下進行額壓力試驗。因為試驗不進行或溫度循環(huán)載荷，所以此試驗中法蘭接頭若發(fā)生了泄露，表明安裝或螺栓載荷存在較大問題，包括：

（1）安裝不當，墊片載荷不均勻；
（1）安裝法蘭誤差過大；
（1）螺栓-螺母材料級別不正確，螺紋銹蝕、螺栓屈服或過量變形，采用強度級別較低的不銹鋼螺栓，如ASME SA-193 B8 C1.(304)，相當國內(nèi)的06Cr19Ni10(0Cr18Ni9)；
（1）某些螺栓或螺母支承面磨損；
（1）墊片未放在密封面中央位置；
（1）法蘭密封面損傷、法蘭環(huán)翹曲或變形。

2、開始加壓時發(fā)生泄露
（1）安裝不當，墊片壓縮力不夠，或墊片與法蘭之間摩擦力不足而產(chǎn)生滑移，或因過度壓縮使墊片壓潰或碎裂；
（1）緊固件失效，包括螺栓拉斷、化學腐蝕、應力腐蝕開裂，疲勞和松弛，螺母松動等；
（1）法蘭未對中；
（1）法蘭密封面損壞，形成泄露通道；
（1）墊片選用不當，墊片承壓能力不足，包括墊片厚度太大，超出使用壓力范圍；
（1）管道支架或約束不當引起墊片損壞；
（1）使用舊墊片。

3、升溫或初始運行時發(fā)生滲漏
（1）升溫時墊片初始蠕變過大，引起螺栓載荷喪失或?qū)�墊片擠出；
（1）不同零件熱膨脹差造成螺栓載荷喪失；
（1）安裝不當，墊片載荷不均勻或過度壓縮；
（1）纏繞墊片發(fā)生向內(nèi)屈曲或外環(huán)拱起；
（1）某些螺栓或螺母支承面磨損；
（1）管道支架或約束不當引起過大彎矩；
（1）墊片未放在密封面中央位置；
（1）墊片選用不當，超出其使用壓力和溫度范圍。

4、多次熱循環(huán)或壓力波動發(fā)生泄露
（1）溫度和壓力波動引起螺栓載荷喪失；
（1）氣候的突然變化，如大雨等。

5、運行較長時發(fā)生的泄露
（1）墊片化學劣化（分解、氧化、腐蝕等）
（1）墊片物理劣化（粘結(jié)劑遭遇蒸汽、有機溶劑、熱油膨潤）；
（1）墊片和螺栓長期蠕變引起螺栓載荷失效；
（1）墊片不適應操作溫度（橡膠遇熱硬化）；
（1）法蘭不同的徑向運動引起墊片剪斷或墊片和法蘭錯動；
（1）管道支架或約束不當引起過大彎矩；
（1）系統(tǒng)工況、流體含量、熱/壓力波動、振動、外部環(huán)境（如保溫層脫落、產(chǎn)生外部加熱/冷卻的其他原因）等的變動；
（1）突發(fā)的壓力驟變、溫度波動、熱沖擊或振動；
（1）螺栓預緊不當，使墊片沒有達到理想的壓縮；
（1）法蘭未對中。

6、停車時發(fā)生泄露
（1）墊片長期蠕變和不同零件冷卻的收縮差引起螺栓載荷喪失；
（1）墊片不適合操作溫度；
（1）墊片劣化；
（1）法蘭不同的徑向運動導致墊片損壞。

以上原因中，螺栓載荷或墊片應力不足是法蘭接頭失效的主要原因，據(jù)統(tǒng)計100件墊片失效中因載荷不足占了65%，而導致載荷不足的原因中，安裝不良占了36%。

lin005

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