帶壓密封夾具設計規(guī)范編制說明合肥通用機械研究院樣本

GB/T××××—200×承壓設備帶壓密封夾具設計規(guī)范編制闡明前言《承壓設備帶壓密封夾具設計規(guī)范》原則由全口鍋爐壓力容器原則化技術委員會提出并歸口。于經(jīng)國標化管理委員會在第五批國標制修訂籌劃中批準。在全國鍋爐壓力容器原則化技術委員會指引下，該原則重要起草單位翔悅密封材料有限公司，于起進行原則起草準備工作，于上報該原則立項申報稿。為完善充實該原則，全國鍋爐壓力容器原則化技術委員會于元月在北京召開了有帶壓密封技術研究和應用單位參加會議成立原則編制組。為了保證該原則編制質(zhì)量，咱們組織召開多次會議，擬定編制原則和編寫大綱。在編制組內(nèi)成立了《承壓設備帶壓密封夾具設計規(guī)范》編制組。完畢草稿后經(jīng)多次修改，并在天津市翔悅密封材料有限公司網(wǎng)站上廣泛征求意見。于8月由全國鍋爐壓力容器原則化技術委員會固定式壓力容器分會將征求意見稿在網(wǎng)上向全國征求意見。對提出建議經(jīng)認真研究貫徹到本原則中，力求完善精確。編制目和意義帶壓密封技術在國內(nèi)于1983年通過省部級技術鑒定，彌補了國內(nèi)空白，屬于新型檢維修技術。構(gòu)成帶壓密封綜合技術涉及：包容泄漏部位夾具、填充密封空腔形成新密封比壓密封劑、注入密封劑專用工具和為建立新密封構(gòu)造實行封堵操作技術等四某些。通過國內(nèi)外查新未見同類國標，該原則是以近年應用實踐為基本，結(jié)合已進行科學實驗和檢測數(shù)據(jù)作為根據(jù)編制。帶壓密封技術施工應用時，保證夾具穩(wěn)定，是必要基本條件。關于夾具強度計算、材料選取、構(gòu)造應用和尺寸擬定，在國內(nèi)尚沒有做為規(guī)范夾具設計，保證帶壓密封密封應用時夾具穩(wěn)定統(tǒng)一國標。特別是在夾具包容被封堵泄漏部位構(gòu)造，避免導致原構(gòu)造產(chǎn)生極大附加拉應力，甚至導致構(gòu)造斷裂惡性事故，在夾具設計時必要考慮問題。因而，為提高帶壓密封作業(yè)成功率，保證帶壓密封技術為流程公司持續(xù)運營、創(chuàng)造更大公司經(jīng)濟效益、減少生產(chǎn)裝置發(fā)生泄漏污染，實現(xiàn)節(jié)能目的，有必要通過制定國標來規(guī)范和提高帶壓密封整體技術水平。原則編制指引原則在編寫過程中咱們重要基于原則內(nèi)容應要點突出，溯源有科學根據(jù)，便于和以便使用，帶壓密封是涉及多學科、多領域、綜合性當代化檢維修技術。密封劑是該技術構(gòu)成某些之一，是由高分子有機物和無機物經(jīng)特殊組分派比混煉制成，通過專用工具產(chǎn)生高壓推力進入密封空腔，在應用中完畢全固化過程、達到需要耐溫、耐介質(zhì)性能。包容泄漏點夾具和原泄漏構(gòu)造均為承壓構(gòu)件，發(fā)揮金屬材料性能，適應封堵漏點需要密封構(gòu)造，使夾具在復雜受力狀態(tài)下通過專有施工技術保持穩(wěn)定,是指引夾具設計原則。同步在應用帶壓密封技術過程各種泄漏介質(zhì)，必要采用不同夾具材料。該原則合用范疇壓力從400Pa(絕壓)到30Mpa（表壓）,溫度從-180℃到800℃為了減少過大注入集中載荷，必要嚴格執(zhí)行多點均勻緩慢注入，通過注入操作控制密封空腔內(nèi)密封擠壓力，盡量實現(xiàn)夾具均勻受力。最后達到夾具強度計算合理性。夾具設計參數(shù)，重要取自對泄漏部位現(xiàn)場勘測。夾具設計參數(shù)由幾何參數(shù)和理化參數(shù)兩某些構(gòu)成。重要條文闡明為了協(xié)助原則使用方對的理解原則內(nèi)容，以便此后原則得到更好貫徹實行，原則中下列重要條款等內(nèi)容闡明如下：（一）本原則第5章“夾具設計參數(shù)勘測”5.1.3對于帶壓密封應用進行現(xiàn)場勘測是必要。帶壓密封必要針對不同泄漏構(gòu)造（法蘭、管道、閥門、設備）和不同系統(tǒng)壓力、溫度、介質(zhì)，完畢包容泄漏部位夾具設計。不但夾具設計參數(shù)是以現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)為根據(jù)，對于決定帶壓密封作業(yè)環(huán)境條件及密封劑選取和應用都是必要。5.3.2注：b為擬定夾具空腔覆蓋寬度尺寸是針對管道泄漏部位壁厚減薄狀況勘測尺寸。可以依照泄漏點附近原壁厚被腐蝕減薄后壁厚，決定與否采用隔離式管道夾具，擬定密封空腔寬度等夾具設計尺寸。（二）本原則第6章“夾具設計準則”6.2.1帶壓密封是在帶溫帶壓介質(zhì)泄漏狀態(tài)下，通過夾具包容泄漏部位形成空腔并填充密封劑，最后由于遞增注劑壓力，達到超過原泄漏壓力密封比壓終結(jié)泄漏。因而夾具穩(wěn)定是帶壓密封應用密封保證。6.2.2夾具包容泄漏部位建立空腔內(nèi)，注入密封劑產(chǎn)生擠壓力是通過注射槍推力形成。密封劑擠壓力作用到空腔內(nèi)壁形成內(nèi)壓，應當用提高剛度使內(nèi)壓對夾具不產(chǎn)生變形。6.3.2夾具連接部位構(gòu)造應滿足強度條件。對夾具承受密封劑擠壓力后，經(jīng)夾具應力—應變測試表白，夾具產(chǎn)生最大應力分布狀況是在本體與耳板組焊過度區(qū)內(nèi)。封堵作業(yè)曾有耳板與本體組焊部部位發(fā)生斷裂事故案例。因而規(guī)定夾具整體構(gòu)造應滿足強度條件。6.3.3選取夾具構(gòu)造型式時，不應產(chǎn)生對泄漏缺陷部位形成拉力受力狀態(tài)。例如，對異徑（大小頭）管道焊縫泄漏夾具構(gòu)造如圖1所示：圖1異徑管道夾具夫家應力示意這種異徑管道夾具在封堵作業(yè)時，會產(chǎn)生位移現(xiàn)象。由于空腔內(nèi)密封劑擠壓力，在小管徑端面上所受推力要不不大于夾具大管徑端面所受推力。這個位移力為:F=π/4(D02-D12)P（1）式中F—密封劑擠壓力產(chǎn)生位移推力（N）；D0—大管直徑(mm);D1—小管直徑(mm);P—密封劑擠壓力(MPa).由公式（1）可以看出，位移推力大小取決于異徑管管徑差，必要對夾具采用限位移辦法。如果限定夾具位移固定點設在小管徑段，則密封劑推力，同步作用在缺陷部位，產(chǎn)生拉應力，當應力不不大于材料強度極限時會將缺陷部位拉斷。因而，必要將限位固定點設在大管徑段。6.3.4關于夾具與泄漏部位外表面接觸間隙大小，是影響帶壓密封作業(yè)成功率核心因素之一。從帶壓密封施工需要間隙量越小越好，但在泄漏構(gòu)造尺寸測量精確限度、夾具制造尺寸偏差、熱膨脹量計算精確性等因素都會使間隙量偏大。而過大間隙量，當封堵泄漏系統(tǒng)壓力高、系統(tǒng)溫度低都會導致密封空腔內(nèi)密封劑在未固化增強前被擠出，導致封堵失敗。因而，通過對慣用密封劑固化特性和測量精確性及制造公差范疇實際經(jīng)驗，擬定采用本原則10.1.2表9中規(guī)定系統(tǒng)壓力和間隙量關系。6.3.5a密封劑由注劑孔進入密封空腔后，堆積填充過程需要一定期間，在這段時間內(nèi)，密封劑與系統(tǒng)泄漏介質(zhì)溫度接觸，也就是與受熱夾具內(nèi)壁面接觸。以橡膠為基體材料為例，受系統(tǒng)溫度作用后，發(fā)生碳化分解。大分子變?yōu)樾》肿?，與配合劑一起形成復合材料，對熱傳遞起阻擋作用，如果密封劑層厚（即空腔高度大），對外層密封劑起穩(wěn)定作用，保證外層密封劑彈性，易于實現(xiàn)密封。如果空腔高度低（即密封劑層較薄），填滿空腔密封劑不久固化，無法實現(xiàn)補注壓實操作過程，即達不到予期密封比壓。當系統(tǒng)溫較高配用高密封劑層，先進入空腔與夾具內(nèi)壁面接觸部份雖然開始固化，但后續(xù)密封劑在一定期間內(nèi)仍具備粘彈性。有也許按操作規(guī)程實現(xiàn)補充注入，也可以在最后注入點提高注入壓力，達到壓緊和最后實現(xiàn)需要密封比壓。6.3.6b)法蘭夾具注劑孔數(shù)參照原泄漏法蘭連接螺栓數(shù)和管道夾具注孔間距不大于100mm規(guī)定，目都是為了縮小密封劑進入空腔后，在注劑孔附近區(qū)域?qū)崿F(xiàn)填滿過程流動距離。由于密封劑常溫下呈粘彈性，流動性在承受溫度作用后有一種流變性增長過程。密封劑在填滿流動過程與空腔內(nèi)壁面產(chǎn)生摩擦形成阻力。為了克服阻力完畢填滿空腔，需要相應推力。如果密封劑流動距離過大，則推力必然要加大。此時過大推力，以密封劑在空腔內(nèi)擠壓力，作用于夾具本體和夾具連接螺栓，同步傳遞到原法蘭螺栓上。這種過大推力形成密封劑擠壓力對夾具穩(wěn)定是不利，對原法蘭螺栓有也許產(chǎn)生超載斷裂危險。由于原法蘭螺栓設計，是以法蘭密封予緊力和法蘭承受最大內(nèi)壓力二項計算取其大值設定。密封劑擠壓力傳遞到螺栓上，相稱于使法蘭螺栓又承受了第三個拉力。法蘭螺栓對第三個附加力影響，全國鍋爐壓力容器原則化技術委員會會同清華大學和中石化集團公司進行了帶壓密封技術管道法蘭螺栓安全性測試與分析研究。通過測試和擴大計算，結(jié)論為帶壓密封注入密封劑，嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，法蘭螺栓仍處在彈性范疇是穩(wěn)定。在夾具注劑孔數(shù)量設立上規(guī)定和封堵操作規(guī)范注劑壓力控制，都是基于夾具和法蘭螺栓安全穩(wěn)定而規(guī)定。6.3.8國家質(zhì)檢總局在以總局70號令擬定帶壓密封屬壓力容器和壓力管道特種設備作業(yè)。對帶壓密封從業(yè)人員，規(guī)定必要獲得《特種設備作業(yè)人員證》資質(zhì)。（三）本原則第9章“夾具計算”9.1法蘭夾具壁厚計算當前國內(nèi)還沒有專用于帶壓密封夾具厚度計算公式。由于帶壓密封夾具受力狀態(tài)與圓筒受力近似，因而本原則擬定法蘭夾具和管道夾具壁厚計算套用GB150《鋼制壓力容器》（5-1）圓筒計算公式。擬定根據(jù)是：1）自1984年帶壓密封技術在國內(nèi)初次通過技術鑒定，在國內(nèi)應用以來，雖然用GB150公式（5-1）進行夾具壁厚計算。此外依照《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》修訂闡明及條文解釋（四），對帶壓堵漏固定夾具設計，擬定可以選用GB150《鋼制壓容器》所規(guī)定壁厚強度計算公式。公式中設計壓力值，還必要考慮在向密封劑空腔注入密封劑過程規(guī)律予以修正。通過長期實際應用考核，證明對泄漏系統(tǒng)壓力較低，夾具內(nèi)徑較小時，計算值偏小。對壓力較高，直徑較大時計算值接近實際需要。對第一種狀況，采用最小厚度不不大于14mm，予以修正。經(jīng)應用考核能滿足帶壓密封夾具壁厚計算規(guī)定。2）參照英國弗曼奈特公司對夾具壁厚計算公式構(gòu)造與計算成果均與GB150公式（5-1）相似。9.1.3夾具設計壓力修正夾具壁厚計算公式中設計壓力P，不能簡樸套用GB150公式（5-1）定義，需結(jié)合帶壓密封特點進行修正。規(guī)定修正設計壓力為P=PL+5MPa，其因素如下：按密封原理只要空腔內(nèi)密封劑擠壓力P>系統(tǒng)壓力PL即能達到封堵效果。注入到空腔已填滿密封劑，有體積縮小過程，使已形成擠壓力下降?？涨粌?nèi)密封劑，由于系統(tǒng)溫度作用，某些原組份損失，導致擠壓力下降。注入到空腔密封劑為填充注劑孔附近區(qū)段，產(chǎn)生流動阻力需要增長推力。在空腔內(nèi)已填充密封劑，需要擠壓達到致密需要加大推力。為防止被封堵某些再泄漏，需要在夾具空腔內(nèi)保持不不大于系統(tǒng)介質(zhì)壓力密封劑擠壓力，即必要提高夾具作用力。影響提高夾具作用力因素中，已進行單項實驗測試證明是存在，但附加力值大小擬定，是在單項測試結(jié)論基本上，結(jié)合封堵作業(yè)經(jīng)驗綜合擬定。泄漏部位由于介質(zhì)、溫度、壓力不同，需要不同帶壓密封劑擠壓力。修正后設計壓力P=PL+5MPa,才干保證新建立帶壓密封構(gòu)造穩(wěn)定可靠。作用在夾具上密封劑擠壓力是通過帶壓密封專用工具構(gòu)成液壓系統(tǒng)與夾具連接成一體，進行注劑操作過程間接測量出來。9.1.5夾具最小厚度本原則規(guī)定夾具厚度不適當不大于14mm。是考慮了如下因素：提高夾具剛性穩(wěn)定。夾具注入孔螺紋與注射閥連接尺寸需要。為達到注射閥與夾具注入孔螺紋連接可靠性，螺紋連接應滿足最小螺紋扣數(shù)。慣用注射閥螺紋是M12，按帶壓密封作業(yè)規(guī)定，注射閥與夾具注劑孔螺紋擰入應不少于6扣。M12螺距P=1.75mm，擰入長度宜不少于10.5mm。此外考慮夾具原則注劑構(gòu)造，配有φ4孔通道加工需要綜合擬定，夾具最小厚度不適當不大于14mm。9.3溫度對夾具設計影響夾具承受泄漏介質(zhì)溫度作用，產(chǎn)生伸長變形，是依照將環(huán)形夾具折算成長度，金屬材料受熱產(chǎn)生線膨脹理論擬定。法蘭夾具包容泄漏法蘭間隙后，形成環(huán)形構(gòu)造，受熱后夾具斷面各個方向均產(chǎn)生線膨脹，其中對夾具設計間隙量控制關于是周向伸長在徑向上影響。9.3.1熱膨脹量計算和9.3.2夾具材料平均熱膨脹系數(shù)金屬材料承受溫度作用線膨脹采用公式（9-3）計算。9.3.2表9是夾具材料平均熱膨脹系數(shù)。根據(jù)GB150附錄F鋼材料高溫性能，表F6所列數(shù)據(jù)。1）計算公式應用時夾具材料平均熱膨脹系數(shù)α擬定，當夾具所處溫度不屬于表列整級溫度時，應采用插入法獲得相應數(shù)據(jù)。2）夾具所處溫度T，應采用測溫儀測定實際溫度。3）夾具直徑D，宜采用夾具內(nèi)、外徑平均直徑。由于夾具受溫度作用后，夾具厚度尚有向內(nèi)膨脹量。此外環(huán)形夾具受熱膨脹不是自由伸長還受到伸長限制。因而，公式（9-3）計算值偏大，還需要結(jié)合應用實踐予以修正。9.4耳板厚度計算耳板受力是以懸臂梁承受夾具連接螺栓集中載荷為根據(jù)。夾具兩側(cè)所有螺栓總載荷Fmax=C*P*D式中：Fmax---螺栓總載荷C---法蘭間隙D---夾具內(nèi)經(jīng)P---設計壓力（系統(tǒng)壓力+5MPa）單側(cè)螺栓載荷設計壓力F=Fmax/2,其彎曲應力σ應不大于材料許應力［σ］t式中Mmax---彎曲力矩Z---斷面系數(shù)簡化整頓耳板厚