第三章過(guò)程裝備與管道的靜密封

第三章過(guò)程裝備與管道的靜密封第一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日前言1.墊片的定義墊片是一種夾持在兩個(gè)獨(dú)立的連接件之間的材料或材料的組合，其作用是在預(yù)定的使用壽命內(nèi)，保持兩個(gè)連接件間的密封。三點(diǎn)要求：密封結(jié)合面、對(duì)密封介質(zhì)不滲透和不被腐蝕、能經(jīng)受溫度和壓力的作用）由上圖，墊片密封一般由（1）連接件（如法蘭）、（2）墊片、（3）緊固件（如螺栓、螺母等）等組成第二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日第三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日決定某個(gè)接頭的密封性時(shí)，必須將整個(gè)連接結(jié)構(gòu)作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行考慮墊片工作正常與否，除取決于墊片本身的性能外，還取決于系統(tǒng)的剛度和變形、結(jié)合面的表面粗糙度和不平行度、緊固載荷的大小和均勻性等所以，研究密封：把系統(tǒng)的各個(gè)結(jié)構(gòu)單獨(dú)分析特性，然后在整合到一起第四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2.墊片密封的泄漏方式（1）界面泄漏：占總泄漏的80-90%（2）滲透泄漏：占總泄漏的10-20%（3）吹出泄漏：事故性泄漏解決方法：對(duì)于（2）滲透泄漏，可通過(guò)選用不同材料的復(fù)合或機(jī)械組合形成不滲透性結(jié)構(gòu)，或者使用較大的夾緊力使材料更加密實(shí)，減少以至消除泄漏對(duì)于（1）（3）與墊片的材料性質(zhì)、接頭的機(jī)械特征、密封面的性質(zhì)和狀態(tài)、密封流體的特性以及緊固件夾緊程度等有關(guān)。第五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3.墊片的密封機(jī)理(1)初始密封——連接件初始裝配時(shí)需要的密封產(chǎn)生初始密封的要求——壓縮墊片，使其與密封面間產(chǎn)生足夠的壓力（墊片預(yù)緊應(yīng)力或稱(chēng)初始?jí)|片比壓）壓縮墊片的作用——使墊片發(fā)生彈性或彈塑性變形，能夠填塞密封面的變形和表面粗糙度，以堵塞界面泄漏的通道第六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日螺栓緊固件的墊片預(yù)緊應(yīng)力的計(jì)算墊片應(yīng)力——螺栓的數(shù)量N、擰緊螺栓的轉(zhuǎn)矩M、螺栓系統(tǒng)的摩擦狀況和墊片的壓縮面積A，既或（2）（1）d—螺栓的名義直徑；K—系數(shù)；F—單個(gè)螺栓的緊固力N—螺栓數(shù)目；Ag—墊片壓縮面積墊片的預(yù)緊應(yīng)力第七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日系數(shù)K變化范圍：0.16~0.2與潤(rùn)滑狀況有關(guān)，0.16指良好潤(rùn)滑的螺紋，0.2指潤(rùn)滑較差預(yù)緊墊片應(yīng)力能否做到初始密封，與使用的墊片材料密切相關(guān)，不同的材料在相同的壓縮量下得到的墊片應(yīng)力是不相同的，相同密封要求下所能密封的介質(zhì)壓力也不一樣，或者說(shuō)相同的介質(zhì)壓力下，得到的密封度不同第八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）工作密封設(shè)備連接系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，接頭受到介質(zhì)壓力作用，密封面被迫發(fā)生分離。此時(shí)對(duì)墊片的要求:1）墊片能夠釋放足夠的彈性應(yīng)變能，以彌補(bǔ)分離量；2）留下足以保持密封所需要的工作（殘留）墊片應(yīng)力；3）彈性變形能還要補(bǔ)償裝置長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中任何可能發(fā)生的墊片應(yīng)力松弛。此外，接頭的不均勻的熱變形，導(dǎo)致墊片應(yīng)力的波動(dòng)；因受熱引起緊固件應(yīng)力的松弛而減少了作用在墊片上的應(yīng)力。第九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日可以用下式表示工作情況下墊片應(yīng)力應(yīng)變情況（3）如圖所示，曲線(xiàn)表示上述兩個(gè)過(guò)程中墊片的應(yīng)力和變形的關(guān)系。第十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日所以，任何形式的墊片密封，首先要在連接件的密封面和墊片表面之間產(chǎn)生一種墊片預(yù)緊應(yīng)力。在理論上，墊片預(yù)緊力越大，墊片中貯存的彈性應(yīng)變能越大，可用于補(bǔ)償分離或松弛的余地越大。實(shí)際上，墊片預(yù)緊應(yīng)力的合理值取決于密封材料的結(jié)構(gòu)、密封度、環(huán)境因素、使用壽命和經(jīng)濟(jì)性等因素。第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日一.中低壓設(shè)備和管道的墊片密封1.法蘭連接的一般考慮墊片-法蘭-螺栓組成的連接結(jié)構(gòu)的影響因素結(jié)構(gòu)的完整性—整個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)械或熱應(yīng)力必須在材料的允許范圍內(nèi)設(shè)計(jì)的一般目的：對(duì)于已知的墊片特性，確定法蘭和螺栓等結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)尺寸，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定的密封要求（2）性能受到各個(gè)零件彈性的制約，尤其存在墊片時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出彈性行為。（1）螺栓與螺母之間的摩擦關(guān)系復(fù)雜連接的密封性—泄漏率在允許范圍內(nèi)第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2.法蘭連接標(biāo)準(zhǔn)（1）法蘭類(lèi)型用途容器法蘭管道法蘭密封面寬窄寬面法蘭窄面法蘭制造材料金屬法蘭非金屬法蘭連接方式焊接法蘭非焊接法蘭本節(jié)主要介紹鋼制圓形法蘭和管道法蘭第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日典型法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖（插圖3-4）第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）法蘭密封面型式法蘭密封面的型式與大小和墊片的型式、使用場(chǎng)合和工作條件有關(guān)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，將法蘭密封面分為以下常用的幾種，如圖所示第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)約束全平面法蘭—接觸面積大，壓縮應(yīng)力較低，適用于軟材料墊片或鑄鐵、搪瓷、塑料等低壓法蘭的場(chǎng)合突面法蘭—較高的墊片應(yīng)力，適用于較硬墊片材料和較高壓力的場(chǎng)合半約束—凹凸密封面—使墊片免于遭受吹出的危險(xiǎn)自緊式—O形環(huán)密封面—主要用于金屬或彈性體O形環(huán)的密封，依靠工作時(shí)的壓力擠壓O形環(huán)變形達(dá)到密封目的有約束—榫形面和環(huán)連接面—更具密封性，適用于壓力、溫度有波動(dòng)，對(duì)介質(zhì)密封性要求較高的場(chǎng)合第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日“控制壓縮墊片”—界面存在墊片，但螺栓預(yù)緊后，法蘭面會(huì)發(fā)生金屬與金屬的接觸（如圖所示）特點(diǎn)：介質(zhì)壓力和溫度波動(dòng)時(shí)，墊片上的載荷不發(fā)生改變，接頭保持在最佳的泄漏控制狀態(tài)，同時(shí)螺栓也不承受循環(huán)載荷。第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3.墊片（1）墊片的一般結(jié)構(gòu)第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日上圖為墊片的一般結(jié)構(gòu)b—密封元件，阻止泄漏，通常為非金屬材料，也可以是金屬材料e—對(duì)于非金屬材料的密封元件，可以插入金屬材料予以增強(qiáng)d或f—密封元件上的表面層，增加密封效果和防止與密封面粘結(jié)c—外環(huán)，作用：1）幫助密封元件對(duì)中；2）防止密封元件過(guò)分壓縮；3）防止墊片吹出或防止法蘭轉(zhuǎn)動(dòng)a—內(nèi)環(huán)，作用：1）防止向內(nèi)屈曲；2）填補(bǔ)密封件與容器或管道內(nèi)孔的空隙第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）墊片的基本類(lèi)型第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）墊片的重要性能1.墊片的力學(xué)性能載荷-變形行為壓縮性和回復(fù)性拉伸強(qiáng)度壓縮（潰）強(qiáng)度吹出抗力蠕變松弛行為P*T2.墊片的高溫力學(xué)行為3.墊片的密封行為第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（4）墊片應(yīng)力1.墊片應(yīng)力下限值或最小裝配墊片應(yīng)力2.墊片應(yīng)力上限值或最大裝配墊片應(yīng)力3.設(shè)計(jì)裝配墊片應(yīng)力4.墊片應(yīng)力松弛5.熱膨脹和熱滯后引起的墊片應(yīng)力降低6.實(shí)際螺栓載荷的不確定性第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日4.墊片的安裝和密封失效（1）墊片的安裝方法安裝工具安裝準(zhǔn)備法蘭調(diào)整緊固件安裝和擰緊再次擰緊（2）墊片密封的失效分析密封失效—密封不能起作用或不能保持滿(mǎn)意的密封狀態(tài)，即發(fā)生超過(guò)“允許泄漏量”。（課本P64）第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日二.高壓設(shè)備和管道的墊片密封與中低壓容器相比，高壓容器的密封特點(diǎn)：1.一般采用金屬墊片2.采用窄面密封3.盡可能采用自緊密封高壓密封密封作用力不同強(qiáng)制密封—平墊、卡扎里密封等半自緊密封—雙錐環(huán)密封等自緊密封—C形、O形等第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（1）平墊密封依靠端部大法蘭上的主螺栓施加足夠的壓緊力實(shí)現(xiàn)密封形式簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)笨重、裝拆不便、不適合壓力和溫度波動(dòng)較大的場(chǎng)合第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）卡扎里密封螺紋套筒代替主螺栓裝拆方便第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）雙錐環(huán)密封徑向自緊作用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工精度要求不是很高、裝拆方便、能適用于壓力與溫度波動(dòng)的場(chǎng)合第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（4）伍德密封主要優(yōu)點(diǎn)：1.全自緊式2.無(wú)須主螺栓、裝拆方便3.密封面可以自行調(diào)整缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)笨重、零件多、加工要求高、頂蓋占據(jù)筒體高壓空間較多第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（5）C形環(huán)、O形環(huán)密封、三角形密封第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日(6)Bridgman密封1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)利用作用在凸肩頭蓋端面上的壓力是頭蓋在軸向作一定范圍的自由移動(dòng)而壓緊墊片。內(nèi)壓越高密封約可靠。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、沒(méi)有特殊加工或加工要求很高的零件。缺點(diǎn)：主要元件都裝于容器筒體內(nèi)部，2.材料的選擇第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（7）楔形墊密封特點(diǎn)：課本P78第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（8）組合式密封第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日三.膠密封1.帶壓注劑密封技術(shù)帶壓堵漏，即不停車(chē)堵漏，指在發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中的介質(zhì)泄漏后，在無(wú)須停車(chē)和降低操作壓力及溫度的情況下所進(jìn)行的密封操作，亦即不停車(chē)密封帶壓注劑密封技術(shù)的主要內(nèi)容：（1）制定安全可靠的堵漏施工方案（2）設(shè)計(jì)合理的承壓卡具（3）選擇合適的密封劑（4）由經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的操作人員使用專(zhuān)門(mén)的堵漏工具第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日注意事項(xiàng)：1.必須保證施工人員的安全施工2.設(shè)備或系統(tǒng)必須具有堵漏的價(jià)值3.必須選擇合適的密封劑4.對(duì)某些特殊的密封連接，堵漏還需進(jìn)一步探索第三十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2.帶壓注劑堵漏的基本方法（1）基本原理第三十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日第三十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）所用設(shè)備和工具第三十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2