加氫裝置工藝管道八角墊密封問題分析與解決措施

孟永康 宋滿堂

摘 要：我公司在新疆克拉瑪依承建的某加氫裝置的八角墊在氮?dú)鈿饷軙r(shí)發(fā)生泄漏，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過反復(fù)拆裝仍無法滿足工藝要求。本文針對(duì)其泄漏問題，從八角墊及法蘭的材質(zhì)、硬度、加工精度、螺栓的預(yù)緊力及損傷處理幾個(gè)方面分析了其泄漏原因，并提出了一些解決措施。

關(guān)鍵詞：八角墊;密封;泄漏;材質(zhì)

1、背景概述

我公司承建的新疆克拉瑪依某加氫裝置，其設(shè)計(jì)壓力為9.01MPa，高壓部分工藝管道使用的是八角墊密封。在安裝過程中，水壓試驗(yàn)一次合格，但是在氮?dú)鈿饷軙r(shí)發(fā)生泄漏，10#鋼的八角墊沒有發(fā)生泄漏，但是06Cr18Ni 11Ti（321）和316L材質(zhì)的八角墊發(fā)生了不同程度的泄漏，經(jīng)過反復(fù)拆裝并且用液壓扳手緊固時(shí)的預(yù)緊力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的120%仍無法滿足工藝要求。此問題嚴(yán)重影響了裝置的正常開工。

2、八角墊的密封原理

八角墊是用金屬材料由鍛造及熱處理和機(jī)械加工成截面形狀為八角型的實(shí)體金屬墊片，具有徑向自緊密封作用，是標(biāo)準(zhǔn)的R型金屬環(huán)墊的一種，其作用原理是是靠墊片與法蘭梯型槽的內(nèi)外面（主要是外側(cè)面）的接觸，并通過壓緊從而形成密封作用。八角墊安裝在法蘭面的梯型環(huán)槽內(nèi)，當(dāng)擰緊連接螺栓時(shí)，受軸向壓縮與上下梯型槽帖緊，產(chǎn)生塑性變形，形成一環(huán)狀密封帶，建立密封。

3、產(chǎn)生泄漏原因分析

本裝置的工藝管道使用的八角墊共有三種材質(zhì)，分別為10#鋼、06Cr18Ni11Ti（321）和316L材質(zhì)，對(duì)就的法蘭材質(zhì)分別為10#鋼和06Cr18Ni11 Ti（321）。

氮?dú)鈿饷軙r(shí)八角墊與法蘭連接處發(fā)生泄漏數(shù)量及合格率統(tǒng)計(jì)如表1所示。

3.1材質(zhì)問題

對(duì)于八角墊的選材，一般要求八角墊的材質(zhì)要比法蘭的材質(zhì)低一個(gè)等級(jí)，但是根據(jù)上表第3項(xiàng)可以看出，八角墊與法蘭的材質(zhì)是一樣的。我們將此問題匯報(bào)給甲方，初始時(shí)甲方與設(shè)計(jì)溝通的結(jié)果是設(shè)計(jì)要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有的八角墊進(jìn)行更換。但是后面因?yàn)楣て?、費(fèi)用等原因甲方不同意。同時(shí)設(shè)計(jì)提出了硬度的問題，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

從上表可以看出，10#鋼的八角墊與20#鋼的硬度平均差為30.75，316L的八角墊與06Cr18Ni11Ti（321）的硬度平均差為24.25， 06Cr18Ni11Ti（321）的八角墊與06Cr18Ni11Ti（321）的硬度平均差為16.25。根據(jù)設(shè)計(jì)提出的選用八角墊材質(zhì)硬度應(yīng)低于法蘭面15～20HB的要求， 06Cr18Ni11Ti（321）材質(zhì)的八角墊復(fù)合要求。

3.2螺栓安裝及預(yù)緊力大小的問題

當(dāng)八角墊與法蘭固定好之后，螺栓的緊固順序和預(yù)緊力的大小也是影響密封的重要因素。不同材質(zhì)的八角墊產(chǎn)生塑性變形所需的壓力也不同?，F(xiàn)場(chǎng)10#鋼對(duì)應(yīng)的八角墊采用的是35CrMo的螺栓，316L和06Cr18Ni11Ti（321）材質(zhì)的八角墊使用的是25CrMoV的螺栓。不同螺栓的屈服強(qiáng)度也不同。

由于10#鋼八角墊的密封沒有出現(xiàn)泄漏情況，證明現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)基本的螺栓緊固順序等沒有問題。問題有可能出在螺栓是預(yù)緊力是否達(dá)到要求以及預(yù)緊力是否均勻的問題上。

3.3法蘭與八角墊加工精度

由于本裝置的臨氫工藝管道都屬于高壓管道，且內(nèi)部介質(zhì)為氫氣或油氫混合物，對(duì)密封要求極為嚴(yán)格，因此對(duì)于八角墊各部尺寸的精度都要求特別嚴(yán)格，特別是內(nèi)外圓的同心度和四個(gè)斜面的加工角度，稍有偏差就會(huì)引起泄漏?，F(xiàn)場(chǎng)在安裝時(shí)就發(fā)現(xiàn)部分八角墊存在變形或八角墊的凸起部分與法蘭的凹槽不匹配的情況。

3.4法蘭或八角墊在運(yùn)輸或安裝過程中出現(xiàn)損傷

法蘭或八角墊對(duì)密封面的要求很高，在運(yùn)輸或安裝過程中稍有碰撞就有可能會(huì)出現(xiàn)損傷。在氮?dú)鈿饷軙r(shí)現(xiàn)場(chǎng)就發(fā)現(xiàn)一些如針眼一樣的小點(diǎn)發(fā)生滲漏，還有一些是用肥皂水試驗(yàn)進(jìn)用肉眼都看不出來的滲漏。此種現(xiàn)場(chǎng)就是法蘭凹槽或者八角墊斜面損傷引起的泄漏。

4、八角墊泄漏問題整改措施

針對(duì)上述八角墊密封產(chǎn)生泄漏的原因，我們現(xiàn)場(chǎng)采取了以下措施進(jìn)行整改。

4.1對(duì)于八角墊的材質(zhì)問題，我們沒有權(quán)力改變，只能按照設(shè)計(jì)給出的進(jìn)行安裝，只是希望在后續(xù)的工程中能夠與設(shè)計(jì)提前溝通，在滿足密封條件的前提下盡量選擇八角墊與法蘭硬度相差較大的材質(zhì)。

4.2對(duì)于螺栓的緊固順序及預(yù)緊力大小的問題，螺栓的緊固采用液壓扳手進(jìn)行，先對(duì)螺栓進(jìn)行編號(hào)，兩兩對(duì)稱的采用液壓扳手進(jìn)行擰緊。擰緊的過程要重復(fù)四遍，第一遍按照預(yù)緊力的25%進(jìn)行預(yù)緊，第二遍按50%進(jìn)行，第三遍按75%進(jìn)行預(yù)緊，第四遍按照100%進(jìn)行預(yù)緊并最終完成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)有50%的泄漏點(diǎn)通過采用上述方法后被消除了。還有一部分通過增加設(shè)計(jì)的預(yù)緊力也消除了，最高時(shí)達(dá)到了設(shè)計(jì)給出的預(yù)緊力的150%。

4.3對(duì)于八角墊及法蘭精度的問題，一是在采購的時(shí)候選擇信譽(yù)和品質(zhì)相對(duì)較好的廠家，二是在材料到現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行細(xì)致的檢查，盡可能的將有些明顯不合適的提早進(jìn)行更換。

4.4對(duì)于在運(yùn)輸或安裝過程中出現(xiàn)損傷的法蘭或八角墊，一是對(duì)有明顯缺陷且無法通過研磨處理的八角墊進(jìn)行更換。二是對(duì)那些損傷較小的可通過手摸或者用紅丹粉進(jìn)行檢查，確定出損傷部位的八角墊或法蘭，先用砂紙進(jìn)行打麿，再用研磨膏進(jìn)行研磨。

本裝置316L和06Cr18Ni11Ti（321）材質(zhì)的八角墊和法蘭的硬度都較大，研磨的時(shí)間一般都在20分鐘以上，直至八角墊上研磨出一整圈密封線。

由于在做氣密試驗(yàn)時(shí)，所有八角墊已安裝完成，拆除后進(jìn)行研磨時(shí)兩片法蘭之間的間距太小，最小的也只有30mm，研磨時(shí)無法用力，為了便于研磨，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)不同八角墊的大小做了不同尺寸的抱卡，抱卡分兩部分，兩邊用螺栓時(shí)行連接。并在連接處設(shè)置兩個(gè)手柄，便于進(jìn)行旋轉(zhuǎn)研磨，如下圖所示。通過采用抱卡，有效的節(jié)省了研磨時(shí)間。

5、結(jié)論

通過上述方法處理，在氮?dú)鈿饷芡瓿珊?，后面的氫氣氣密一次通過，沒有發(fā)生泄漏，證明使用上述方法可以有效的解決八角墊密封泄漏問題。

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