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新型节能环保垫片的密封性能试验研究
添加:2015-11-12 9:44:53    游览:1737    来源:www.aosailuo.cn

  随着节能与环保要求的不断提高,我国对石油化工生产的要求也越来越高。在石油化工生产中,设备的密封性能是影响其节能环保效果的一个重要因素,尤其是静密封,其使用范围广、数量多,一个大型石化企业,其密封点数可达数十万以至上百万点。密封点一旦发生泄漏,不但会造成大量能源的浪费,而且会给环境造成巨大的污染。为此,加强对设备的静密封结构的研究势在必行。其中,垫片是静密封结构中的重要组成部分。一个垫片的好坏首先要由它的密封性能来判别,而判别一个垫片密封性能好坏的主要方法是试验。本文结合当前对密封性能的要求,对中国石油大学(华东)静密封试验室开发的新型节能环保垫片的密封性能进行了试验研究。

  1、试验目的

  本试验主要考察工况参数的改变对垫片密封性能的影响程度,并根据试验结果和有关标准(中国石油化工总公司设备设计技术中心站。石油化工常用法兰垫片选用导则[M].北京:中国石油化工总公司设备设计技术中心站,1997.103—104.),对其密封性能做出判断,尤其要注意介质压力变化时其密封性能的变化。

  2、试验装置与试验方法

  2.1 试验装置

  该密封性能试验采用实际型法兰连接试验装置,如图1所示。它主要由试验容器、供压设备和测试仪器三部分组成。上下法兰均焊接短筒节和平盖板,组成试验容器。试验介质采用工业氮气,由高压氮气瓶通过减压阀供给容器内压。试验容器介质压力由量程O~15 MPa的压力表i见0定,精度为0.4级。螺栓载荷采用液压上紧器对8个螺栓同时上紧。液压上紧器由手动液压泵供压,液压泵最大工作压力为60 MPa。下法兰盘上装有收集泄漏气体的集漏室。垫片外侧装有O型橡胶圈,两者之间形成泄漏环形空间。环形空间与集漏室相通。集漏室安装有微压传感器,用于测量泄漏室内的压力。运用气体状态方程等相关公式可进行垫片泄漏率的计算。

图1 密封试验装置示意图

  2.2 试验方法

  垫片的密封性能试验,采用m试验方法。垫片的m试验是在一定的组装应力和介质(本试验使用的介质是氮气)压力下逐级降低垫片应力,以考察垫片预紧应力和介质压力的改变对其密封性能的影响。试验中垫片的组装应力和介质压力参考《GB4622.3—93波齿垫片技术条件》规定选取。

  3、试验结果与分析

  3.1 垫片预紧应力的改变对其密封性能的影响

  预紧应力是影响垫片密封性能的一个重要因素,本试验对不同预紧应力下此种垫片的泄漏率进行了测试,测试结果如表1所示。

表1 介质压力为6MPa时垫片表面预紧应力与对应的泄漏率
垫片表面预紧应力/MPa 体积泄漏率/(10-³ml.s-1)
15 22.9
20 8.99
25 5.39
30 4.94
35 1.33

 

  根据上表绘出其趋势线并得其线性回归方程,如图2所示。

图2 垫片表面预紧力与泄漏率的关系图

  由表1及图2可以看出随着垫片表面预紧应力的增大,垫片的体积泄漏率逐渐减小,且在前面较低预紧应力时,泄漏率变化的幅度较大,当预紧应力达到一定值时,泄漏率变化趋势趋于稳定。此外,由表1可以看出当垫片表面预紧应力大于等于20 MPa时,此垫片泄漏率的数值均小于1×10~mL/s,可见此垫片的允许泄漏率远远超过工业要求,因而在中低压工况下采用20 MPa的垫片表面预紧应力就能充分满足密封要求,降低了施加预紧应力时所需要的能耗。

  3.2 介质压力的改变对垫片密封性能的影响

  除了垫片表面预紧应力外,介质压力也是影响垫片密封性能的一个重要因素。对于一般结构的垫片,当介质压力波动较大时,泄漏率会随着介质压力的变化而变化。在现场,泄漏率减小不会影响生产,而如果泄漏率增大则会给生产带来严重影响,甚至带来灾难性的事故。因此,研究介质压力波动对垫片密封性能的影响具有重要的意义。

  针对这种情况,本实验在垫片表面预紧应力为20 MPa时对不同介质压力下的泄漏率进行了测试,实验结果如表2所示。

表2 垫片表面预紧应力为20MPa时介质压力、垫片表面应力与对应的泄漏率
试验介质压力/MPa 垫片表面应力/MPa 体积泄漏率/(10-³ml.s-1)
6 17.40806 8.99
5 17.84005 7.64
4 18.27204 7.19
3 18.70403 7.19
2 19.13602 6.74
1 19.56801 6.74

  根据上班绘出其趋势线,并得其线性回归方程,如图3、图4所示。

图3 介质压力与泄漏率的关系图

图4 垫片表面应力与泄漏率的关系图

  由图3可以看出,随着介质压力的增大,此垫片的泄漏率稍有增加,但是总体的变化趋势比较平缓,其允许泄漏率均远远超过工业要求‘2];由图4可以看出,在充有气体介质(即操作工况下)时,垫片的表面应力有所下降,总体趋势仍是随着垫片表面应力的增大,泄漏率逐渐降低。但是,总体趋势比预紧应力工况下的变化趋势平缓,说明介质压力的变化对垫片的密封性能有一定的影响,但还没有达到扭转其变化趋势的程度。

  4、结论

  对于新型节能环保垫片,影响其密封性能的主要因素是垫片表面应力和操作应力(即介质压力)。垫片表面应力的大小表明法兰密封面与垫片密封面的结合程度;操作应力的改变表明在介质压力作用下,应力减量对垫片表面应力的影响大小。通过对新型节能环保垫片密封性能的试验研究,分析了垫片表面预紧应力及介质压力对其密封性能的影响。结果表明,此垫片在较低的预紧应力下就能达到很好的密封效果,允许泄漏率远远超过了工业要求,比较适合中低压工况下压力波动的场合,基本上可以视为无泄漏状态。

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