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    換熱設備的密封知識,先從密封原理及影響因素了解。

    文章出處:來源: 山東力能供熱設備有限公司 發表時間:2018-05-25 15:32:28
      石油化工設備與管線的連接密封以及設備本體排放口的密封,全部采用強制密封,換熱設備密封所涉及的僅是介質間和換熱器主體大法蘭的密封。換熱設備介質間隔離分為固定隔離和可拆卸隔離,如管板與管子間連接形成的管殼程隔離,不可拆卸螺旋板換熱器冷熱旋道的焊接隔離都屬于固定隔離。


      換熱設備介質間的可拆卸隔離和主體無泄漏是由密封構件—法蘭密封實現的。法蘭密封由法蘭—被連接件、墊圈—密封元件、螺栓、螺母—連接件組成,完全依靠連接件通過被連接件、強制擠壓密封元件實現密封,屬強制密封范疇。


      密封原理


      防止流體泄漏的基本原理是在連接口增加流體流動的阻力。


      當壓力介質通過密封口射阻力降大于密封口兩側的介質壓力差時,介質就被密封了。這種阻力的增加是依靠增大密封面上的密封比壓來實現的。


      一般來說,流體在密封口泄漏有兩種途徑:


      一是墊圈滲漏;二是壓緊面泄漏。前者是由墊圈的材質和型式所決定。對于用滲透性材質(如石棉等)制作的墊圈,由于它本身存在大量的毛細管,滲漏是難免的。當在墊圈材料中添加某些填充劑(如橡膠),或與不透性材料組合成型時,這種滲透即可避免。后者,壓緊面泄漏是密封失效的主要形式。與壓緊面的結構有關,但主要由密封組合件各部分的性能和他們之間的變形關系所決定。


      法蘭平墊密封是強制密封的典型。


      將法蘭與墊圈接觸面處的微觀尺寸放大,可以看到二者的表面都是凹凸不平的(a)。把法蘭螺栓的螺母擰緊,螺栓力通過法蘭壓緊面作用到墊圈上,當墊圈單位面積上所受的壓緊力達到某一值時,墊圈本身被壓實,壓緊面上由機械加工形成的微隙被填滿(圖b),為阻止介質泄漏形成了初始密封條件。形成初始密封條件時,在墊圈單位面積上受到的壓緊力,稱為預緊密封比壓(y)。當通入壓力介質后(圖c),螺栓被拉伸,法蘭壓緊面沿著彼此分離的方向移動,墊片的壓縮量減少,預緊密封比壓下降。如果墊圈具有足夠的回彈能力,使壓縮變形的回復能補償螺栓和壓緊面的變形,而使預緊比壓值只下降到不小于某一值時(這個比壓值稱為工作比壓),則法蘭壓緊面之間能夠保待良好的密封狀態。反之,如墊圈的回彈能力不足,預緊力比壓下降到工作比壓以下,甚至密封口重新出現縫隙,則此密封即失效。因此,為了實現連接口的密封,必須使密封元件各部分的變形與操作條件下的密封條件相適應,使密封元件在操作壓力作用下,仍能保持一定的殘余壓緊力。


      強制密封中的墊圈變形示意圖


      影響密封的因素


      影響密封的因素是多方面的,下面小七就對幾個主要的因素做一下介紹。


      a.螺栓預緊力


      螺栓預緊力是影響密封的一個重要因素。預緊力必須是墊圈壓緊并實現初始密封條件;同時,預緊力也不能大到將墊圈壓壞或擠出。提高螺栓預緊力,可以增加墊圈的密封能力。這不僅因為加大預緊力可使滲透性墊圈材料的毛細管縮小,而且,在操作時可使墊圈中殘留較大的工作密封比壓。由于預緊力是通過法蘭壓緊面傳遞給墊圈的,要達到良好的密封,預緊力必須均勻地作用于墊圈。因此,在密封所需的預緊力一定時,采取減少螺栓直徑,增加螺栓個數的措施,對密封是有利的。


      b.墊圈性能


      墊圈是構成密封的重要元件。適宜的墊圈變形和回彈能力是形成密封的必要條件。墊圈的變形包括彈性的和塑性的,僅彈性變形具有回彈能力。墊圈回彈能力是表示在施加介質壓力時,墊圈能否適應法蘭面的分離,可用來衡量密封性能好壞?;貜椖芰Υ笳?,可能適應操作壓力和溫度的波動,密封性能好。墊圈的變形和回彈與墊圈的材料和結構有關。這種關系由于常用的墊圈是非線彈性的,因而是初始預緊力、壓緊面所提供的表面約束和操作溫度下經歷的時間等的函數。故討論墊圈的密封性能理論上就變得很復雜。目前,在設計上只是根據實驗確定墊圈的兩種基本性能參數—預緊密封比壓(y)和墊圈系數(m)(即工作密封比壓和介質壓力的比值)—使問題得以簡化。


      c.壓緊面的作用


      壓緊面又稱密封面,直接與墊圈接觸,是傳遞螺栓力使墊圈變形的表面約束。為了達到預期的密封效果,壓緊面的形狀和表面粗糙度應與墊圈相配合。一般與硬金屬墊圈配合使用的壓緊面,尺寸精度要求高,粗糙度Ra為0.8-1.6,而與軟質墊配合使用時,可相對降低要求。粗糙度Ra在6.3-12.5即可。但壓緊面決不允許有徑向刀痕或劃痕。實踐證明,壓緊面的平直度和壓緊面與法蘭中心軸線垂直同心,是保證墊圈均勻壓緊的前提;減少壓緊面與墊圈的接觸面積,可以有效地降低預緊力,但若減得過小,則易壓壞墊圈。顯然,壓緊面的型式、尺寸和表面質量與墊圈配合不當,則將導致聯接點密封失效


      d.法蘭剛度


      在實際生產中,由于法蘭剛度不足而產生過大的翹曲變形,往往是導致密封失效的原因。剛性大的法蘭變形小,并可使分散分布的螺栓力均勻地傳遞給墊圈,故可提高密封性能。法蘭的剛度與很多因素有關,其中增加法蘭盤的厚度、減小螺栓力作用的力臂(即縮小螺栓中心圓),都能提高法蘭抗彎剛度,但是提高法蘭剛度,將使法蘭笨重,整個法蘭連接的造價提高。


      e.操作條件的影響


      操作條件即壓力、溫度及介質的物理化學性質。單純的壓力或介質因素對泄漏的影響并不是主要的,只有和溫度聯合作用時,問題才顯得嚴重。溫度對密封性能的影響是多方面的。高溫介質粘度小、滲透性大,易促成滲漏;介質在高溫下對墊圈和法蘭的溶解與腐蝕作用加劇,增加了產生泄漏的因素。在高溫下,法蘭、螺栓、墊圈可能發生蠕變和應力松弛,致使壓緊面松弛,密封比壓下降。一些非金屬墊圈,在高溫下還會加速老化或變質,甚至被燒毀。此外,在溫度作用下,由于密封組合各部分的溫度不同,發生熱膨脹不均勻,增加了泄漏的可能。如果當溫度和壓力聯合作用時,又有反復的激烈變化,則密封會發生“疲勞”,使密封完全失效。
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