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          不銹鋼法蘭的密封與泄露

          更新時間:2022-05-17 10:46:25 瀏覽次數:40

          1.法蘭的密封與泄漏 

            法蘭的密封原理。 

            法蘭連接,確切地說應該是螺栓、法蘭、墊片連接,其密封是靠三者的協同作用來實現的。其中墊片是實現密封的核心部件。 

            1.1密封機理 

            通過螺栓的預緊力,是墊片和法蘭密封面之間產生足夠的壓力,使墊片表面產生的變形足以填補法蘭密封面的微觀不平度,達到密封的目的。為達到上述目的所作用到墊片上的最小單位壓緊力,稱為比壓力Y。當管系達到操作壓力時,在內壓的軸向作用力的作用下,兩片法蘭呈現分開的趨勢,螺栓將產生彈性或塑性變形,作用在墊片上的壓緊力將減少。當作用在墊片有效截面上的壓緊力減小到某一臨界值時,仍能保持密封。這時墊片上的剩余壓緊力即為墊片的有效緊固力,當有效緊固力小到某一臨界值以下時,就會發生泄漏,甚至能使墊片錯位。因此,墊片的有效緊固力必須大于管系的操作壓力,墊片的有效緊固力與管系的工作壓力的比值稱為墊片系數m。兩片法蘭密封面之間的距離,在操作狀態要比初始狀態大,這時候墊片與法蘭密封面的緊密性是靠墊片的回彈力來保證的??梢赃@么說,在初始密封階段,墊片的表面塑性變形填補法蘭密封面的微觀不平度起決定作用的;而在操作狀態下法蘭的密封,墊片內部的彈性回復起主導作用。


             2.受內壓管道法蘭熱瞬態密封分析 

            高溫會降低墊片的回彈能力和實際密封性能,就法蘭螺栓結構來看,溫度引起的變形式影響密封的主要因素之一。 

            2.1瞬態溫度場 

            升溫過程中,法蘭環從內到外存在一定的溫度差,因熱量是從法蘭內壁向外壁傳遞的,法蘭中靠近外壁部分的溫度變化比內壁滯后一段時間。螺栓與法蘭之間僅靠接觸面傳熱,螺栓的溫度應比法蘭有較大的滯后。 

            2.2溫度引起的法蘭變形 

            升溫初期,法蘭接管受熱升溫比法蘭環快得多,兩者熱脹量相差較大,接管的進一步膨脹受到法蘭環的約束,從而使法蘭產生較大的偏角。 

            當法蘭溫度達到穩定時,法蘭與接管的溫度差最小,轉角也趨于減少,但法蘭和螺栓的軸向和徑向的線脹量卻增加了。 

            2.3升溫引起的變形和壓力變化對法蘭連接系統密封性能的影響 

            系統升壓使墊片的有效緊固力比預緊力小,而系統升溫時,螺栓溫度升溫滯后,法蘭升溫較快而產生的熱脹使墊片進一步壓縮,墊片應力又增加,因此,系統升溫升壓的過程中,墊片的應力變化量取決于升壓和升溫的共同作用。法蘭轉角的變化,一方面抑制了因法蘭和螺栓的膨脹差引起的墊片應力的進一步升高;另一方面由于法蘭的轉動變形,導致墊片外測被進一步壓縮,使之產生塑性變形而降低了墊片的回彈能力,并對墊片的密封產生不利影響。 

            瞬間升溫過大也會導致不良后果,這是因為墊片會在短時間內被過分壓縮,失去較大的回彈能力,同時使法蘭產生較大的變形而降到了密封能力。此外,法蘭內也會產生較大的不利于密封的瞬態熱應力,所以必須控制升溫的速度;瞬間降溫幅度多大同樣也會使法蘭在瞬間發生較大變形,并產生較大的瞬態熱應力而造成泄漏,控制降溫幅度也是必要的。


             3.分析泄漏的方法 

            法蘭的泄漏是絕對的,不漏是相對的。要求法蘭密封達到絕對不漏是不可能的。我們應該做到的是按生產過程的重要性、危險性以及安全和經濟的要求來確定相應的零泄漏標準。一般工業的零泄漏的界限是:1.6×10-3cm3/s的體積泄漏率。 

            管道連接法蘭泄漏的主要原因通常有以下幾個方面: 

           ?。?)由于密封墊片壓緊力不足,安裝密封墊出現偏裝,螺栓松緊不一,兩法蘭中心線偏移,導致管道壓力提升后發生泄漏。

              (2)管道工藝設計不合理,減震措施不到位或外界因素造成管道震動,致使螺栓松動,造成泄漏。 

           ?。?)管道變形或因沉降原因,法蘭部位受力不均等造成泄漏。 

           ?。?)管道熱脹冷縮等原因造成連接螺栓的伸長及變形,在季節交替時出現泄漏。 

           ?。?)密封墊片長期使用,產生塑性變形、回彈力下降以及墊片材料老化等造成泄漏。 

           ?。?)由于墊片和法蘭質量問題造成泄漏。 

            分析法蘭的泄漏的原因一般有兩種途徑:第一種是墊片本身的滲透作用;第二種是墊片與法蘭密封面間間隙的泄漏。由于新型密封材料的不斷出現,第一種泄漏已不存在問題。日常發生的絕大多數泄漏都是第二種泄漏。下面就第二種泄漏來作一下分析。 

            在某一特定操作條件下,法蘭連接所能達到的泄漏率低于某一規定的指標泄漏率;或在規定的泄漏條件下,法蘭連接能夠承受特定的操作條件,滿足這個指標泄漏率或特定操作條件的法蘭連接即為不泄漏或緊密的,反之,則會泄漏,或者說是不緊密的。 

            對法蘭的緊密性分析可以從兩方面著手。一是泄漏率的預測:已知螺栓的預緊荷載和操作壓力,分析法蘭連接結構是否滿足規定的指標泄漏率的要求;二是泄漏率的控制:在給定的工況條件下,使法蘭連接達到某一指標泄漏率時所需的螺栓預緊力是多大。 

            4.改善密封元件對泄漏的影響 

            4.1法蘭 

            法蘭在工作中受力狀況很復雜,螺栓、墊片、內壓都直接對法蘭產生作用力,這些力可能會導致法蘭的不規則變形。這些作用力從強度方面來講是沒有問題的,但這些變形可能會導致法蘭泄漏。因此,在法蘭設計時不僅滿足其強度要求,還要滿足法蘭不泄漏所要求的最小變形,即法蘭應按剛度理論進行設計。 

             4.2螺栓 

            眾所周知,擰緊螺栓能提高密封效果,減少泄漏率,但因受法蘭和螺栓自身的強度和剛度限制,這種方法達到一定程度后無效。 

            安裝順序不當也會產生泄漏,正確的螺栓禁固順序(十字交叉等距對稱)對保證法蘭連接點的密封和縮短上緊操作時間是極為重要的。 

            4.3墊片 

            提高密封效果,減少泄漏的最有效地手段還是更新核心元件——墊片,現有墊片的材質和結構各種各樣,只要結合實際情況正確選用,基本上都能滿足要求。當然,隨著科學技術的發展,作為墊片的新材料不斷涌現,結構更為完善的墊片不斷出現,對密封機理的研究不斷深入,密封技術也定會不斷提高。


            5.管道專業應注意的泄漏問題 

            5.1法蘭等級的確定應充分考慮對法蘭密封的影響 

            確定法蘭等級除考慮滿足操作條件下的強度條件外,還要考慮自設計溫度下的剛度要求,否則法蘭在力和力矩的作用下變形過大,易發生泄漏,此時應提高法蘭等級。 

            5.2盡量減少作用于法蘭上的力和力矩 

            使法蘭分開的作用力必然減小墊片和法蘭間的殘余壓緊力,當這個力過大,墊片的殘余壓緊力小于墊片的有效壓緊力時,必然會發生泄漏。 

            力矩使墊片的受力不均,墊片某一部分的有效壓緊力比無力矩時的大,而另外某一部分的有效壓緊力比無力矩作用時小,當最小部分的殘余壓緊力小于墊片的有效壓緊力時,泄漏便在此處發生。 

            5.3冷緊在一定的情況下也能減少泄漏 

            冷緊就是在管道安裝施工時,通過外作用力使得管系中的某個局部產生塑性變形,而在操作工況下,管系受熱膨脹,則產生反方向的內應力,從而達到降低管系的受力和力矩。冷緊減小泄漏實際上就是減小熱態時法蘭所受的力和力矩來實現的。 



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