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帶壓堵漏夾具的規(guī)范化設(shè)計(jì)和選擇 作者:admin 發(fā)布日期:2011-5-13 點(diǎn)擊次數(shù): 47 1 概述 近幾年來(lái)，普遍采用高壓槍注膠方法進(jìn)行不停車帶壓堵漏。多年來(lái)，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(zhǔn)確，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況不認(rèn)識(shí)，操縱程序不合理；其二，是堵漏夾具設(shè)計(jì)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(dá)到理想的效果。占有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)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(shí)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(méi)有理解以上所說(shuō)的施工內(nèi)容。 泄漏往往也是造成各種設(shè)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(yùn)行，應(yīng)采取帶壓堵漏技術(shù)這種提高前輩的設(shè)備維修技術(shù)。該項(xiàng)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(shè)計(jì)合理的堵漏夾具；選擇合適的密封材料。 通過(guò)多年的實(shí)踐，我們以為造成堵漏不成功的主要原因是堵漏夾具設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)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(lái)的生產(chǎn)流程，實(shí)行最現(xiàn)代的高水平治理方法，因?yàn)槭芰黧w介質(zhì)的侵蝕、沖洗和溫度、壓力、振動(dòng)、焊接缺陷、密封材料的損壞等因素的影響，設(shè)備、管道、閥門等連接部位和器壁都不可避免地會(huì)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(shè)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(jìn)行補(bǔ)焊(非防爆區(qū)域)等。有時(shí)可以奏效，但在高溫、高壓、不可動(dòng)火的情況下就得泊車處理，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)工，還會(huì)給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在帶壓堵漏技術(shù)中，夾具設(shè)計(jì)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(guān)注的題目。尤其在石化企業(yè)高溫高壓、易燃易爆的設(shè)備狀況下，如處理不及時(shí)，其后果不堪設(shè)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(jì)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(duì)強(qiáng)酸強(qiáng)堿、高溫設(shè)備的泄漏，則盡可能選用與設(shè)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(duì)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(yīng)力同時(shí)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(shè)計(jì) 根據(jù)法蘭的外形設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(yán)格要求，故法蘭尺寸即密封基準(zhǔn)尺寸應(yīng)測(cè)繪準(zhǔn)確。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪需兩人，一人測(cè)繪，一人校核。貼合間隙主要與壓力有關(guān)，溫度只作參考。若間隙過(guò)大或表面不平時(shí)，可采用預(yù)嵌軟金屬或預(yù)壓盤根彌補(bǔ)。 管道帶壓堵漏夾具的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 作者：管道修補(bǔ)器,管道連接器 發(fā)表時(shí)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(dòng)、焊接缺陷、密封材料的損壞等因素的影響，在設(shè)備、管道上不可避免地會(huì)出現(xiàn)跑、冒、滴、漏等問(wèn)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(yīng)及時(shí)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(dá)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(lái)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(shè)計(jì) 密封夾具的設(shè)計(jì)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(yīng)根據(jù)泄漏工況來(lái)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(wú)特殊要求的情況下，一般選用普通碳素鋼。由于其強(qiáng)度與塑性有著較好的配合，在相應(yīng)溫度下，其機(jī)械性能足以滿足夾具材質(zhì)的要求。此材質(zhì)適應(yīng)范圍廣，且價(jià)格低廉，又便于切削加工，有良好的焊接性能。對(duì)強(qiáng)酸強(qiáng)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(jī)械性能。因此，選取普通碳素鋼中較為常見(jiàn)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(duì)于高溫泄漏介質(zhì)，密封夾具的材質(zhì)應(yīng)盡可能選用與設(shè)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(yīng)力同時(shí)作用下產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象。 密封夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 密封夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮夾具的強(qiáng)度由夾具本體的強(qiáng)度，耳板焊縫的強(qiáng)度、耳板夾緊螺栓的強(qiáng)度三方面的因素決定。因此夾具的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)包括這三部分的內(nèi)容圖。 為保證夾具堵漏的有效性及長(zhǎng)壽命，夾具除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度外，還需有一定的剛度，以保證堵漏時(shí)夾具在高溫高壓下不產(chǎn)生過(guò)大的變形。因此，夾具的設(shè)計(jì)厚度取強(qiáng)度計(jì)算厚度的2 ? 4 倍。③ 溫度的影響 高溫作用導(dǎo)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(yīng)考慮到加工余量的問(wèn)題。 對(duì)于高壓介質(zhì)的泄漏，必須增強(qiáng)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(kāi)設(shè)密封槽，用兩道密封槽。 密封夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求 1、密封夾具應(yīng)具有一定的強(qiáng)度和剛度。 2、夾具與泄漏部位之間必須有一個(gè)密閉的密封空腔，以保證其封閉性能。 3、夾具應(yīng)該是分體的（兩塊以上），以便于安裝。 4、夾具上應(yīng)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(gè)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(yán)而發(fā)生泄漏。 法蘭夾具一般設(shè)計(jì)成卡環(huán)式夾具。考慮到法蘭連接螺栓的問(wèn)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(shè)計(jì)是否合理，會(huì)直接影響堵漏的成敗。注劑孔的數(shù)量應(yīng)和被堵漏法蘭的螺栓孔數(shù)量相同，每個(gè)注劑孔的分布應(yīng)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(dāng)泄漏法蘭的連接間隙大于5mm ，泄漏介質(zhì)壓較大時(shí)，應(yīng)使用凸形法 力大于2.5MPa ，并且泄漏量較大時(shí)，應(yīng)使用凸形法蘭夾具。這種法蘭夾具中間有一定位凸臺(tái)，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(dāng)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(jìn)行作業(yè)，以適應(yīng)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(gè)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(duì)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(dòng)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(dǎo)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(dāng)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(shí)，可以利用密封劑塑性好的性能，采用夾緊法來(lái)消除泄漏。 小直徑直管卡具 當(dāng)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(qiáng)時(shí)，可以采用小直徑直管卡具進(jìn)行堵漏作業(yè)。 直管焊制夾具 當(dāng)泄漏管道公稱直徑大于DN50 時(shí)，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(shí)，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(yīng)力的作用，而使該處的金屬管壁有所減薄。彎頭在使用過(guò)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(duì)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(yīng)力、振動(dòng)、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(shè)計(jì)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(shí)施的一項(xiàng)應(yīng)急修補(bǔ)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(wàn)別的，而夾具設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到堵漏作業(yè)能否成功以及使用壽命的長(zhǎng)短。盡管我們已針對(duì)不同部位的泄漏情況設(shè)計(jì)出各種不同的夾具結(jié)構(gòu)，但實(shí)際應(yīng)用中還可能會(huì)遇到更加復(fù)雜的情況。而有些泄漏點(diǎn)，雖然當(dāng)時(shí)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(chǎng)實(shí)踐過(guò)程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)夾具的結(jié)構(gòu)逐步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 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(shí)，雖然可以采用第二種方法處置，但隨著國(guó)家對(duì)安全、環(huán)境保護(hù)的高度重視以及經(jīng)濟(jì)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(jì)損失，對(duì)環(huán)境造成污染，帶壓堵漏技術(shù)越來(lái)越廣泛地被采用，以下重點(diǎn)介紹法蘭堵漏夾具（如圖1）技術(shù)的應(yīng)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(gè)半圓金屬圓環(huán)通過(guò)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(gè)環(huán)形的密閉空間，通過(guò)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(shí)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(duì)于標(biāo)準(zhǔn)法蘭（包括壓力等級(jí)和尺寸），法蘭夾具生產(chǎn)商一般有標(biāo)準(zhǔn)的法蘭堵漏夾具。如非標(biāo)法蘭，堵漏夾具要根據(jù)壓力等級(jí)和實(shí)際測(cè)量尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行制作。 　　3、 密封圈和潤(rùn)滑濟(jì)的選型 　　安裝前，需潤(rùn)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(rùn)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(duì)密封條材質(zhì)適用，與壓力等級(jí)無(wú)關(guān)。 　　表1：密封圈、潤(rùn)滑劑選擇對(duì)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(dá)到密封的效果。在購(gòu)買夾具時(shí)，應(yīng)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(chǎng)安裝 　?。?） 將法蘭夾具裝配到法蘭上：使夾具正好在兩個(gè)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?jǐn)Q緊。 　?。?） 根據(jù)扭矩圖表的指示，所有螺栓和螺母都應(yīng)嚴(yán)格按照扭矩圖表中的數(shù)值擰緊。在擰緊螺栓的過(guò)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(jiàn)表2） 　　　說(shuō)明：當(dāng)Cf摩擦系數(shù)等于0.08的時(shí)候，我們認(rèn)為螺栓和螺母處于干凈、活動(dòng)自如、無(wú)瑕疵且使用高牌號(hào)石墨螺紋潤(rùn)滑油潤(rùn)滑過(guò)的狀態(tài)；當(dāng)Cf摩擦系數(shù)等于0.15的時(shí)候，我們認(rèn)為螺栓和螺母處于干凈、活動(dòng)自如、無(wú)瑕疵且使用普通設(shè)備潤(rùn)滑油潤(rùn)滑過(guò)的狀態(tài)；上述扭矩值是最低的安全值。 　?。?） 安裝完成后，需根據(jù)扭矩表對(duì)應(yīng)的數(shù)值檢查兩個(gè)半圓夾具環(huán)尾端連接螺栓是否已完全擰緊。兩個(gè)半圓夾具環(huán)尾端的縫隙應(yīng)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(gè)或多個(gè)注脂咀（閥）。當(dāng)將注脂咀卸下前，要關(guān)閉注脂閥。當(dāng)注脂咀卸下后，如果需要，在安裝過(guò)程中打開(kāi)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(guān)閉注脂閥并重新將注脂咀裝上。注脂前，請(qǐng)確定注脂閥處于打開(kāi)狀態(tài)。將注脂槍與注脂咀接好，通過(guò)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(gè)夾具為止。注脂應(yīng)先從離泄漏點(diǎn)最遠(yuǎn)處注脂咀注入，逐漸靠近泄漏點(diǎn)，直至泄漏停止。 　　6、 注意事項(xiàng) 　?。?） 安裝區(qū)域的法蘭表面應(yīng)首先清理干凈，做到無(wú)涂層和毛茬。 　?。?） 如果泄漏量較大，作業(yè)前應(yīng)在夾具上安裝旋塞閥，并使旋塞閥處于開(kāi)啟狀態(tài)，操作人員應(yīng)站在上風(fēng)口，并持續(xù)檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度，必要時(shí)現(xiàn)場(chǎng)使用防爆鼓風(fēng)機(jī)，確保作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全。 　　（3） 如需要密封的表面縫隙不均或腐蝕嚴(yán)重。這樣的情況就需選用很粗糙的密封脂。此類密封脂無(wú)法通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的注脂咀注入，但可通過(guò)注脂閥直接注入。 　　7、 法蘭夾具堵漏技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 　　（1） 堵漏過(guò)程中可帶壓不影響設(shè)備、裝置及管線的正常運(yùn)行。 　?。?） 堵漏過(guò)程中不需動(dòng)火，保證安全。 　?。?） 堵漏過(guò)程中不需對(duì)泄漏部位作任何處理，消除泄漏快速簡(jiǎn)便。 　　（4） 新的密封結(jié)構(gòu)易拆卸，不破壞原來(lái)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。 　　（6） 操作簡(jiǎn)便迅速、時(shí)間短、費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益高。 　　8、 法蘭夾具堵漏技術(shù)的缺點(diǎn) 　　由于密封脂本身的原因和/或出于某一特定應(yīng)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(yùn)檢修、停輸放空時(shí)，建議按照第二種方案進(jìn)行處置，徹底消除安全隱患。 　　結(jié)束語(yǔ)：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(jì)的處理法蘭泄漏事件提供參考。建議天然氣管道運(yùn)營(yíng)單位根據(jù)所屬干線管道法蘭壓力等級(jí)、尺寸等數(shù)據(jù)，提前定做相應(yīng)的法蘭堵漏夾具，以備應(yīng)急使用。