浅析垫片密封常见失效形式及其预防措施

　　摘要：垫片密封是石油化工装置中最常见、应用最为广泛的一种密封形式，炼化设备若不能保证密封，将会引起设备内介质的跑、冒、滴、漏等现象以及能量的损失，严重时污染环境，危及人身财产安全，因此，良好的密封保证及预防措施就显得尤为必要了。

　　关键词：石油化工;垫片;密封;泄漏;失效形式;预防措施

　　根据相关报道及数据统计，在化工厂发生的各类事故中，泄漏是主要的原因之一。据日本对汇集到的1965~1975 年间化工厂发生的 624 起事故，其中化工装置事故为 210 起，占 33.6%，炼油装置为 79 起，占12.7% ;而这 210 起化工装置事故中表现为泄漏形式事故的为 115 起，占了 55% ;炼油装置事故中的 79 起事故中，泄漏事故为 54 起，占了 68%。由此可见，采取必要的措施减少密封泄漏的发生率，就可以大大降低炼厂事故的发生率。

　　我们知道，密封的本质在于控制密封空间与周围环境之间的质量交换，对于炼厂静设备来讲，我们常用的静密封即为垫片密封。垫片密封有靠法兰通过紧固螺栓将垫片压紧来实现密封的，一般来讲，设备及管道内的介质在垫片处的泄漏常以两种形式出现，即所谓的“渗透泄漏”和“界面泄漏”，如图 1 所示。

　　渗透泄漏是介质通过垫片材料本体毛细管的泄漏，因此，这种泄漏除了与介质的压力、温度、黏度、分子结构等流体状态性质有关外，主要还与垫片的结构和材质有关，据相关数据统计显示，这种泄漏约占总泄漏量的 10%~20%。

　　界面泄漏是介质从垫片与法兰接触面的界面处的泄漏，泄漏大小主要与界面的间隙尺寸有关。由于机加工时会产生机械变形、震动等，经过加工后的法兰密封面总会存在各种凹凸不平的间隙，如果压紧力不够，那么界面泄漏就无法避免了。界面泄漏是法兰连接的主要泄漏来源，这种泄漏约占总泄漏量的 80%~90%。

　　对于渗透泄漏我们可以通过选择合适的垫片材料来改善垫片的密封性能，而对于外界影响因素众多的界面泄漏，则是我们应该重点关注和研究的对象。现对界面泄漏做简单分析 ：预紧螺栓时，螺栓预紧力通过法兰密封面传递到垫片上，使垫片发生弹性或者塑性变形，以填满法兰密封面上的各种凹凸不平的间隙，从而阻止介质的泄漏，很明显，初始预紧力的大小受垫片材料、结构形式以及法兰密封面加工粗糙度的影响。预紧力过小，垫片就压不紧，也就不能有效阻止泄漏 ;而压紧力过大，又会使垫片存在被挤出或损坏的风险。当设备在开始操作时，由于设备内的压力逐渐升起，设备法兰在轴向力的作用下使得螺栓被拉长，两片法兰之间的压紧面趋向分开，这便造成了垫片产生部分的回弹，于是压紧面上的压紧力就会下降，如果垫片与压紧面之间没有足够的残余压紧力的话，就不能够封住设备内的介质，即密封失效了。由此可见，残余预紧力在垫片密封中起着至关重要的作用。

　　我们在选择垫片时，主要根据垫片的两个性能参数并结合设备实际的操作条件来选择垫片，这两个性能参数，即“密封比压力 y”和“垫片系数 m”。要想保证法兰连接紧密不漏，必须在预紧时使螺栓力在密封面与垫片之间建立起不低于 y 值的密封比压力，另外，当设备在工作时，螺栓力应能够抵抗设备内介质压力的作用，且在垫片表面上维持 m 倍内压的密封比压力。这两个条件，缺一不可然而，法兰接头密封的可靠性既取决于最初的周密设计，还与在现场中完善的工程操作实践有关。密封不能起作用或不能保持满意的密封状态，即发生了超过“允许泄漏率”或者说“密封失效”的情况，这一情况的发生有一系列的影响因素。这些因素归纳起来主要有以下四个方面 ：设计、装配、连接件和垫片材料。表 1 列出了垫片密封常见的失效形式、可能的原因和预防措施。

　　综上可见，垫片密封的失效及其预防不单单是某一个方面的事情，它需要从最初的设计到制造再到现场操作等等方面的协同配合来实现，只有做到了对密封机理的清晰了解，对各种密封原理及失效原因的精准分析，才能在实际操作中，遇到问题，解决问题，从而防患于未然。

　　参考文献 ：

　　[1] GB/T150-2011《压力容器》 .

　　[2] HG/T20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》 .

　　[3] 《化工密封技术》 ，化学工业出版社 .

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