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帶壓堵漏夾具的規(guī)范化設計和選擇 作者:admin 發(fā)布日期:2011-5-13 點擊次數(shù): 47 1 概述 近幾年來，普遍采用高壓槍注膠方法進行不停車帶壓堵漏。多年來，海內(nèi)很多工廠創(chuàng)造了多種不停車堵漏的方法，消除了很多泄漏，保證了正常生產(chǎn)。其一， 是制定的施工方案不準確，對現(xiàn)場情況不認識，操縱程序不合理；其二，是堵漏夾具設計不規(guī)范，使用的材質(zhì)和加工夾具的工藝不能滿足要求；其三，是選用的密封材料不適合，以致每次堵漏都不能達到理想的效果。占有關資料統(tǒng)計表明，因泄漏而造成的事故約占安全事故的35％ ～40％ 。但在某些實際工作中，該法并不能夠完全將泄漏介質(zhì)堵住，其原因就是施工人員沒有理解以上所說的施工內(nèi)容。 泄漏往往也是造成各種設備、人身事故的主要因素。因此，為確保生產(chǎn)裝置的安全、不亂運行，應采取帶壓堵漏技術(shù)這種提高前輩的設備維修技術(shù)。該項技術(shù)的主要內(nèi)容包括制定安全可靠的密封施工方案；設計合理的堵漏夾具；選擇合適的密封材料。 通過多年的實踐，我們以為造成堵漏不成功的主要原因是堵漏夾具設計、制造工藝不合理。本文將要討論的題目就是堵漏夾具的合理設計和制造(以管法蘭靜密封泄漏為例)。 在現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)中，即使是采用最提高前輩的技術(shù)裝備起來的生產(chǎn)流程，實行最現(xiàn)代的高水平治理方法，因為受流體介質(zhì)的侵蝕、沖洗和溫度、壓力、振動、焊接缺陷、密封材料的損壞等因素的影響，設備、管道、閥門等連接部位和器壁都不可避免地會泛起跑、冒、滴、漏等題目，影響企業(yè)的生產(chǎn)，造成環(huán)境污染、能源鋪張，并危及設備和人身安全。在溫度及壓力不高的情況下，傳統(tǒng)的做法[如壓鉛、打卡子或進行補焊(非防爆區(qū)域)等。有時可以奏效，但在高溫、高壓、不可動火的情況下就得泊車處理，既費時又費工，還會給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。在帶壓堵漏技術(shù)中，夾具設計與制造的好壞據(jù)有很重要的地位。因而，如何減少和消除泄漏一直是人們極為關注的題目。尤其在石化企業(yè)高溫高壓、易燃易爆的設備狀況下，如處理不及時，其后果不堪設想。 2 夾具材質(zhì)的選擇 在制作夾具前，必須根據(jù)各種材料的基本性能，從使用、加工、經(jīng)濟等各方面全面考慮和合理選擇。通常制作夾具所選用的材質(zhì)為碳鋼(Q235一A或2O鋼)，此材質(zhì)易加工，焊接性能好。但對強酸強堿、高溫設備的泄漏，則盡可能選用與設備材質(zhì)相同或者能滿足使用條件的材質(zhì)。為了防止泄漏介質(zhì)對夾具材質(zhì)產(chǎn)生腐蝕，常用的材料有0Crl8Nil0Ti鋼；為了防止金屬在高溫和應力同時作用下產(chǎn)生蠕變，常用的材料為：大于300℃用35或45鋼，大于450℃ 用3Cr13或35CrMo鋼。 3 夾具的外形設計 根據(jù)法蘭的外形設計夾具的形狀，可分為圓形卡環(huán)和方形卡環(huán)，有多塊和兩塊連接式(以圓環(huán)形、兩塊連接為例)。外形尺寸參照被堵漏的法蘭外徑，設計兩塊半圓形瓦塊，配裝吊耳及緊固件。帶壓堵漏夾具密封表面與泄漏表面貼合間隙有嚴格要求，故法蘭尺寸即密封基準尺寸應測繪準確?，F(xiàn)場測繪需兩人，一人測繪，一人校核。貼合間隙主要與壓力有關，溫度只作參考。若間隙過大或表面不平時，可采用預嵌軟金屬或預壓盤根彌補。 管道帶壓堵漏夾具的設計和應用 作者：管道修補器,管道連接器 發(fā)表時間：2012-2-1 15:59:55 管道由于流體介質(zhì)的腐蝕、沖刷和溫度、壓力、振動、焊接缺陷、密封材料的損壞等因素的影響，在設備、管道上不可避免地會出現(xiàn)跑、冒、滴、漏等問題。據(jù)調(diào)查，煉油化工裝置中80 ％以上的泄漏都出現(xiàn)在管道上。一旦出現(xiàn)泄漏，就應及時處理，否則泄漏的程度發(fā)展很快。 目前處理管道的泄漏采用的方法是注劑式帶壓密封技術(shù)。其基本原理是：在泄漏部位裝上合適的夾具，夾具與泄漏部位外表面形成新的密封空腔。以高于泄漏介質(zhì)的壓力將密封劑注人密封空腔內(nèi)，密封劑迅速固化，從而建立新的密封結(jié)構(gòu)，達到堵漏的目的。 高質(zhì)量的堵漏工作，除了正確執(zhí)行操作工藝方法外，更主要的是由密封夾具來保證。密封夾具是注劑式帶壓密封技術(shù)的重要組成部分，是加裝在泄漏缺陷的外部與泄漏部位的部分外表面共同組成新的密封空腔的金屬構(gòu)件，是用于包容密封劑，承受泄漏介質(zhì)壓力和注射密封劑壓力的受壓元件。2 密封夾具的設計 密封夾具的設計要依據(jù)泄漏的條件和環(huán)境，介質(zhì)的溫度和壓力，合理地選材和確定其結(jié)構(gòu)。 密封夾具材質(zhì)的確定 密封夾具的材質(zhì)，應根據(jù)泄漏工況來選定。綜合考慮泄漏介質(zhì)、溫度、壓力以及各種材料的基本性能等因素。 在無特殊要求的情況下，一般選用普通碳素鋼。由于其強度與塑性有著較好的配合，在相應溫度下，其機械性能足以滿足夾具材質(zhì)的要求。此材質(zhì)適應范圍廣，且價格低廉，又便于切削加工，有良好的焊接性能。對強酸強堿等具有腐蝕性的介質(zhì)，因夾具本體與介質(zhì)的接觸僅在密封劑注人前的一瞬間，采用Q235 鋼制作的夾具同樣具有良好的機械性能。因此，選取普通碳素鋼中較為常見的Q235 鋼作為夾具制作的材料，能夠滿足大多數(shù)介質(zhì)泄漏夾具制作的要求。 對于高溫泄漏介質(zhì)，密封夾具的材質(zhì)應盡可能選用與設備材質(zhì)相同或耐高溫性能好的材質(zhì)，如不銹鋼，以避免金屬在高溫和應力同時作用下產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。 密封夾具結(jié)構(gòu)的設計 密封夾具設計過程中應考慮夾具的強度由夾具本體的強度，耳板焊縫的強度、耳板夾緊螺栓的強度三方面的因素決定。因此夾具的強度計算應包括這三部分的內(nèi)容圖。 為保證夾具堵漏的有效性及長壽命，夾具除應具有足夠的強度外，還需有一定的剛度，以保證堵漏時夾具在高溫高壓下不產(chǎn)生過大的變形。因此，夾具的設計厚度取強度計算厚度的2 ? 4 倍。③ 溫度的影響 高溫作用導致熱膨脹，引起夾具幾何尺寸發(fā)生變化。因此，用于高溫條件下的夾具，其尺寸的確定應考慮到加工余量的問題。 對于高壓介質(zhì)的泄漏，必須增強夾具的封閉性能?？稍趭A具的卡環(huán)與法蘭外邊緣的接觸處開設密封槽，用兩道密封槽。 密封夾具的設計應滿足以下要求 1、密封夾具應具有一定的強度和剛度。 2、夾具與泄漏部位之間必須有一個密閉的密封空腔，以保證其封閉性能。 3、夾具應該是分體的（兩塊以上），以便于安裝。 4、夾具上應帶有內(nèi)螺紋的注劑孔，孔的位置和數(shù)量以能將密封注劑注滿整個密封腔為宜。 5、夾具和泄漏部位的間隙以不外溢密封劑為原則，一般控制在。．5mm 以下。 管道的泄漏一般發(fā)生在管道上的連接部位、焊接部位及流體的轉(zhuǎn)向部位。因此，管道上容易發(fā)生泄漏的典型部位包括法蘭、直管、彎頭、三通。 法蘭的泄漏及處理 法蘭的泄漏一般是由于密封墊片失效引起墊片與法蘭面之間密合不嚴而發(fā)生泄漏。 法蘭夾具一般設計成卡環(huán)式夾具?？紤]到法蘭連接螺栓的問題，必須避免介質(zhì)從法蘭的螺栓孔中滲出。因此，夾具上注劑孔的設計是否合理，會直接影響堵漏的成敗。注劑孔的數(shù)量應和被堵漏法蘭的螺栓孔數(shù)量相同，每個注劑孔的分布應在兩螺栓孔之間。 常采用如下兩種結(jié)構(gòu)型式的法蘭夾具： 凸形法蘭夾具 當泄漏法蘭的連接間隙大于5mm ，泄漏介質(zhì)壓較大時，應使用凸形法 力大于2.5MPa ，并且泄漏量較大時，應使用凸形法蘭夾具。這種法蘭夾具中間有一定位凸臺，其寬度 可根據(jù)法蘭間隙而定。該夾具的加工尺寸較為精確，安裝在泄漏法蘭上后，整體封閉性能好，堵漏作業(yè)的成功率高。其基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 凹形法蘭夾具 當泄漏法蘭的連接間隙小于2mm 以下，可以采用凹形法蘭夾具法進行作業(yè)，以適應這類小間隙法蘭泄漏的特殊情況。凹形法蘭夾具中間有一凹槽，形成一個密封腔，用于填充密封注劑。其基本結(jié)構(gòu)如圖2 所示。 直管的泄漏及處理 直管段的泄漏常發(fā)生在兩管對接的環(huán)向焊縫上，主要是由焊接缺陷所引起。如氣孔、夾渣、裂紋、未焊透等。非焊接部位在流體介質(zhì)的腐蝕、沖刷、振動及金屬內(nèi)部缺陷等因素影響下，容易在管道的薄弱環(huán)節(jié)處發(fā)生腐蝕穿孔，導致泄漏。常采用如下三種結(jié)構(gòu)型式的直管夾具： 壓板式直管夾具 當泄漏介質(zhì)壓力比較小，溫度低于200℃ ，泄漏量不太大，作業(yè)人員可以接觸到泄漏缺陷時，可以利用密封劑塑性好的性能，采用夾緊法來消除泄漏。 小直徑直管卡具 當泄漏管道的公稱直徑小于DN50 ，泄漏介質(zhì)的壓力較高，泄漏量較大，泄漏介質(zhì)的滲透性較強時，可以采用小直徑直管卡具進行堵漏作業(yè)。 直管焊制夾具 當泄漏管道公稱直徑大于DN50 時，可采用直管焊制夾具。這種夾具的結(jié)構(gòu)與凹形法蘭夾具的結(jié)構(gòu)相似，僅尺寸有差別。 彎頭的泄漏及處理 彎頭是流體介質(zhì)改變方向的必經(jīng)之路。在沖壓成型、冷彎或熱彎成型彎頭時，在管壁內(nèi)中性層以上的金屬，即曲率半徑最大一側(cè)的金屬受到拉應力的作用，而使該處的金屬管壁有所減薄。彎頭在使用過程中，由于受到流體介質(zhì)的沖刷和腐蝕，彎頭曲率半徑的最大一側(cè)，即管壁的轉(zhuǎn)彎處承受較大的沖刷力，也是經(jīng)常發(fā)生泄漏的部位。 三通的泄漏及處理 三通是流體介質(zhì)分流及改變方向的部位。對于一般的流體輸送管道的三通多采用焊接的形式做成，這樣在接頭焊縫上由于存在安裝應力、振動、流體沖刷、腐蝕以及焊縫自身缺陷的影響，三通也是泄漏發(fā)生的部位。 三通夾具一般設計成盒式夾具。一般采用圖7 所示結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)可用于等徑三通和異徑三通，適用范圍廣。 注劑式帶壓堵漏技術(shù)是在特定條件下實施的一項應急修補技術(shù)，所處理的各種泄漏部位及接觸到 的泄漏介質(zhì)是千差萬別的，而夾具設計的優(yōu)劣直接關系到堵漏作業(yè)能否成功以及使用壽命的長短。盡管我們已針對不同部位的泄漏情況設計出各種不同的夾具結(jié)構(gòu)，但實際應用中還可能會遇到更加復雜的情況。而有些泄漏點，雖然當時止住了泄漏，但兩三天后又出現(xiàn)了二次泄漏。因此，我們還需要在現(xiàn)場實踐過程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗，對夾具的結(jié)構(gòu)逐步進行優(yōu)化設計。 三、 制作法蘭夾具，帶壓堵漏 　　在干線天然氣管道發(fā)生法蘭泄漏時，雖然可以采用第二種方法處置，但隨著國家對安全、環(huán)境保護的高度重視以及經(jīng)濟的快速發(fā)展，為避免干線停輸、大量天然氣放空造成很大的經(jīng)濟損失，對環(huán)境造成污染，帶壓堵漏技術(shù)越來越廣泛地被采用，以下重點介紹法蘭堵漏夾具（如圖1）技術(shù)的應用。 　　 　　圖1：法蘭堵漏夾具圖 　　1、 法蘭堵漏夾具原理 　　法蘭堵漏夾具是帶狀的兩個半圓金屬圓環(huán)通過尾端兩條螺栓固定在發(fā)生泄漏的法蘭上，帶狀的半圓金屬圓環(huán)內(nèi)側(cè)邊緣各有一道密封條，在法蘭圓周中間形成一個環(huán)形的密閉空間，通過夾具上安裝的注脂咀注入密封脂，由注脂槍（泵）擠壓密封脂至密閉空間形成完全密封，從而實現(xiàn)帶壓封堵泄漏法蘭，消除天然氣泄漏。密封條與法蘭接觸面可容忍的最大裕量為0.8mm左右。如圖2所示。 　　 　　圖2：法蘭堵漏夾具示意圖 　　2、 夾具的選型 　　對于標準法蘭（包括壓力等級和尺寸），法蘭夾具生產(chǎn)商一般有標準的法蘭堵漏夾具。如非標法蘭，堵漏夾具要根據(jù)壓力等級和實際測量尺寸數(shù)據(jù)進行制作。 　　3、 密封圈和潤滑濟的選型 　　安裝前，需潤滑全部曝露在夾具內(nèi)側(cè)的密封條，下表中列出了推薦使用的潤滑劑以及各種不同材質(zhì)密封圈（條）的最大溫度極限，如表1所示。 　　注：溫度極限只對密封條材質(zhì)適用，與壓力等級無關。 　　表1：密封圈、潤滑劑選擇對照表 　　4、 密封脂的選用 　　在天然氣管道中，一般采用SP-Seal3164系列密封脂注入夾具中，達到密封的效果。在購買夾具時，應根據(jù)管道的壓力、溫度等數(shù)據(jù)選擇配套的密封脂和注脂槍。 　　5、 現(xiàn)場安裝 　?。?） 將法蘭夾具裝配到法蘭上：使夾具正好在兩個法蘭面縫隙中間并匹配。 　　（2） 在夾具尾端安裝上螺桿和螺母，用手擰緊。 　?。?） 根據(jù)扭矩圖表的指示，所有螺栓和螺母都應嚴格按照扭矩圖表中的數(shù)值擰緊。在擰緊螺栓的過程中，盡量做到兩側(cè)的縫隙一致，這樣可以獲得最佳的緊固效果。（扭矩圖表見表2） 　　　說明：當Cf摩擦系數(shù)等于0.08的時候，我們認為螺栓和螺母處于干凈、活動自如、無瑕疵且使用高牌號石墨螺紋潤滑油潤滑過的狀態(tài)；當Cf摩擦系數(shù)等于0.15的時候，我們認為螺栓和螺母處于干凈、活動自如、無瑕疵且使用普通設備潤滑油潤滑過的狀態(tài)；上述扭矩值是最低的安全值。 　　（4） 安裝完成后，需根據(jù)扭矩表對應的數(shù)值檢查兩個半圓夾具環(huán)尾端連接螺栓是否已完全擰緊。兩個半圓夾具環(huán)尾端的縫隙應在1/8－3/16英寸之間（3－5mm）為宜。 　?。?） 注脂：每一套法蘭堵漏夾具環(huán)上都至少有一個或多個注脂咀（閥）。當將注脂咀卸下前，要關閉注脂閥。當注脂咀卸下后，如果需要，在安裝過程中打開注脂閥后，可使管線中輸送的介質(zhì)從排氣孔排出，起到排氣的作用。關閉注脂閥并重新將注脂咀裝上。注脂前，請確定注脂閥處于打開狀態(tài)。將注脂槍與注脂咀接好，通過注脂咀慢慢向法蘭堵漏夾具環(huán)內(nèi)注脂，直到密封脂已充滿整個夾具為止。注脂應先從離泄漏點最遠處注脂咀注入，逐漸靠近泄漏點，直至泄漏停止。 　　6、 注意事項 　　（1） 安裝區(qū)域的法蘭表面應首先清理干凈，做到無涂層和毛茬。 　?。?） 如果泄漏量較大，作業(yè)前應在夾具上安裝旋塞閥，并使旋塞閥處于開啟狀態(tài)，操作人員應站在上風口，并持續(xù)檢測可燃氣體濃度，必要時現(xiàn)場使用防爆鼓風機，確保作業(yè)現(xiàn)場的安全。 　?。?） 如需要密封的表面縫隙不均或腐蝕嚴重。這樣的情況就需選用很粗糙的密封脂。此類密封脂無法通過標準的注脂咀注入，但可通過注脂閥直接注入。 　　7、 法蘭夾具堵漏技術(shù)的優(yōu)點 　　（1） 堵漏過程中可帶壓不影響設備、裝置及管線的正常運行。 　　（2） 堵漏過程中不需動火，保證安全。 　?。?） 堵漏過程中不需對泄漏部位作任何處理，消除泄漏快速簡便。 　?。?） 新的密封結(jié)構(gòu)易拆卸，不破壞原來密封面。 　?。?） 減少天然氣放空而造成的環(huán)境污染，快速安全隱患。 　?。?） 操作簡便迅速、時間短、費用低、經(jīng)濟效益高。 　　8、 法蘭夾具堵漏技術(shù)的缺點 　　由于密封脂本身的原因和/或出于某一特定應用，法蘭泄漏有可能重新出現(xiàn)。所以法蘭夾具堵漏適合不能停輸狀況下的一種緊急處置方案。管道需要停運檢修、停輸放空時，建議按照第二種方案進行處置，徹底消除安全隱患。 　　結(jié)束語：本文介紹了三種法蘭泄漏常用的處置方案，為快速、安全、環(huán)保、經(jīng)濟的處理法蘭泄漏事件提供參考。建議天然氣管道運營單位根據(jù)所屬干線管道法蘭壓力等級、尺寸等數(shù)據(jù)，提前定做相應的法蘭堵漏夾具，以備應急使用。