無墊片焊接密封法蘭唇焊結(jié)構(gòu)的泄漏原因及改進

郭大偉 王妍妍

（中國昆侖工程公司遼寧分公司)

無墊片焊接密封法蘭唇焊結(jié)構(gòu)的泄漏原因及改進

郭大偉*王妍妍

（中國昆侖工程公司遼寧分公司)

甲醇合成塔密封結(jié)構(gòu)為焊環(huán)式無墊片焊接密封法蘭唇焊結(jié)構(gòu)。在制作、試車過程中，焊唇出現(xiàn)了泄漏。針對這一問題，進行了原因分析并采取了相應的措施，從而保證了唇焊密封結(jié)構(gòu)的可靠性和設備的良好運行。

法蘭 墊片 密封焊 焊唇 泄漏 甲醇合成塔

0 概述

某 “甲醇合成塔”設備中的容器法蘭采用的是焊環(huán)式無墊片焊接密封法蘭，其最外緣用密封焊密封，采用唇焊結(jié)構(gòu) （如圖1所示），以最大限度地減少或杜絕法蘭接頭的泄漏。該甲醇合成塔在制造廠以合格產(chǎn)品出廠，但設備運到現(xiàn)場安裝內(nèi)件后在試壓過程中卻出現(xiàn)了漏點。為了解決這一問題，需要把制造過程中相關的影響因素做一分析，并提出相應的解決方法，以確保設備的正常運行。

1 法蘭密封面泄漏的原因

該法蘭屬于非標準帶頸對焊法蘭，內(nèi)徑為2200 mm，設計壓力為6.1 MPa，材質(zhì)為15CrMoⅢ，焊環(huán)材質(zhì)為 06Cr19Ni10。連接螺柱材質(zhì)為35CrMoA，規(guī)格為M64，共56個。設備運到現(xiàn)場，安裝完內(nèi)件后先緊固螺栓、焊接焊唇，然后進行水壓試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有泄漏現(xiàn)象。經(jīng)過分析可知，產(chǎn)生泄漏主要有以下幾方面原因。

圖1 唇焊結(jié)構(gòu)

1.1 法蘭螺栓的預緊力過大

在制造過程中，先要對設備進行組裝，然后整體進行液壓試驗，這時焊唇已焊接完畢，設備螺栓也已擰緊。在這個過程中法蘭上的螺栓很可能被過度擰緊，雖然能暫時保證設備的密封性能，但密封面很可能被擠壓變形。設備運抵現(xiàn)場后，為了安裝內(nèi)件還要重新打開設備，并在安裝內(nèi)件后再重新打壓試驗。如果螺栓擰緊后松開，然后再次擰緊，這時密封面就可能不是完全平整的密封面，精度也很難保證。墊片在預緊狀態(tài)下受到最大螺栓載荷作用，若壓緊過度就會失去密封性能。密封墊片的預緊變形不但要求其在彈性范圍內(nèi)，而且還要求其在操作時仍然能確保一定的比壓。如果預緊力過大，密封墊片就有可能發(fā)生永久性變形，從而失去密封性能，導致泄漏。該法蘭密封面（焊環(huán)）也是如此。

1.2 密封墊片 （焊唇）之間的二次焊接不完全

設備在制造時，焊唇的焊接參數(shù)是參照表1選取的，采用了正確的焊接方法、合理的參數(shù)和合理的焊接速度，焊后水壓試驗也合格。設備運抵現(xiàn)場、內(nèi)件安裝完畢后，螺栓需要再次擰緊，密封墊片焊唇需要再次焊接，而且是用同樣的焊接工藝參數(shù)施焊，最后再進行水壓試驗。但水壓試驗時密封面卻出現(xiàn)了漏點，這說明焊唇的二次焊接有問題，不能滿足密封焊的要求。焊唇在第一次焊接時已形成了熱影響區(qū)，母材的組織和性能也都發(fā)生了相應的變化，再次焊接時不但熱影響區(qū)會增大，而且熱影響區(qū)的組織變化也是不均勻的，因此焊唇的焊接質(zhì)量很難保證。

表1 焊唇的焊接參數(shù)

2 泄漏問題的常規(guī)解決對策

（1）法蘭與密封墊片、上下墊片焊唇之間的焊接應嚴格遵守相關的技術要求和規(guī)定，按照合理的焊接工藝進行焊接，嚴格控制制造后的各項檢測檢驗，保證各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量。

（2）由于該焊口屬于角焊縫，尺寸有限，所以只能承受徑向應力而不能承受軸向應力，只能承受剪應力而不能承受拉應力和彎曲應力。為保證焊唇的質(zhì)量，法蘭要有足夠的強度和剛度，必須先擰緊螺栓后再進行焊唇的焊接。擰緊螺栓時應盡量對稱操作，作用于每個螺栓的力矩應盡可能相等，在保證密封性能的前提下，不能過度擰緊螺栓，防止密封面及螺栓受到損壞而失效。

（3）焊唇的焊角尺寸能滿足焊縫環(huán)向的連續(xù)性和密封性即可，不宜過大，以便于拆卸上下法蘭時用砂輪磨掉焊口。法蘭的拆卸次數(shù)越少越好，因為拆卸一次就得將焊口磨掉一次，焊接次數(shù)越多，焊唇的消耗就越大，最終將導致失效。

（4）為了不使焊接的熱影響區(qū)太大，應提高唇焊結(jié)構(gòu)的可焊性。焊唇的外邊緣應盡可能薄，外伸量要足夠大，以滿足制造、安裝和試車的需要。

3 結(jié)構(gòu)的改進

針對唇焊結(jié)構(gòu)二次焊接可能引起密封面泄漏的問題，經(jīng)過專家討論，對原結(jié)構(gòu)進行了改進。

在密封面上加工出有合理間距和深度的內(nèi)外兩道凹槽，增加兩道氟橡膠密封膠圈作為一次密封，如圖2所示。這種密封在工作時，槽的錐面和墊片形成線接觸或窄面接觸，密封可靠，適用于溫度、壓力較高或有波動以及介質(zhì)滲透性強的場合。另外，這種密封的唇焊結(jié)構(gòu)在制造廠并不施焊，待制造廠水壓試驗合格、設備運到現(xiàn)場內(nèi)件安裝完畢后，才對該唇焊結(jié)構(gòu)進行一次焊接。這樣就避免了二次焊接，減少了焊接次數(shù)，從而避免了過大的熱影響區(qū)對焊接接頭性能的影響。

圖2 改進的唇焊結(jié)構(gòu)

這種改進結(jié)構(gòu)從根本上避免了二次焊接對法蘭密封性能的影響，且具有多道密封的功能。目前采用這種改進結(jié)構(gòu)的設備運行狀況良好，這就足以證明這一改進方法是可行的。

4 結(jié)語

上述改進的密封墊片的唇焊結(jié)構(gòu)適用于大直徑法蘭，一般的法蘭不必采用這種結(jié)構(gòu)。這種焊接密封法蘭唇焊結(jié)構(gòu)雖然從根本上解決了大直徑法蘭的泄漏問題，但是其本身在制造、安裝過程中也存在著較多的細節(jié)問題和難點問題，如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)了差錯導致法蘭泄漏，損失將是巨大的，得不償失。

[1]GB 150.3—2011.壓力容器 [S].

[2]衛(wèi)江升.大直徑法蘭泄漏原因和唇焊結(jié)構(gòu)的應用 [J].大氮肥，2002，25（2）：110-112.

[3]李世玉.壓力容器設計工程師培訓教程 [M].北京：新華出版社，2005.

上海洪利“超細粉體高效過濾洗滌壓干一體化技術”躋身國際先進

2013年4月18日，上海洪利凈化科技有限公司的科技成果——“超細粉體高效過濾洗滌壓干一體化技術”項目，在上海通過了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。鑒定委員會一致認為，該項目在國際上首次提出了 “表層吸附、孔口架橋”新過濾機理，其技術分離效率高、節(jié)能效果顯著，總體達到國際先進水平。

據(jù)介紹，該項成果既可用于高效液體精密濾餅過濾，也可用于高效液體澄清過濾。其過濾精度高、效率高，特別是在微米級過濾上效果優(yōu)于傳統(tǒng)過濾工藝，對0.22μm的粉體一次過濾收率可超過99.9%。而且，過濾設備同時實現(xiàn)了低能耗與低物耗，生產(chǎn)1m3濾液的能耗僅為0.15～0.25 kW·h，獲取1 t超細粉體的洗滌液消耗量不超過10m3。設備還具有使用壽命長 （濾材連續(xù)使用壽命不少于1年）、占地少、卸除干濾餅簡單快捷、過濾管再生效率高、化學性能好等優(yōu)點。

超細粉體是重要的新材料產(chǎn)業(yè)。長期以來，國內(nèi)超細粉體過濾、洗滌、壓干等技術與裝備一直相當落后，收率低、質(zhì)量差、能耗與物耗高，而且很難實現(xiàn)完全過濾。國外制備超細粉體多采用功能不同的多級串聯(lián)技術，雖然過濾收率較高，但工序較多，投資大，操作費用高。

該項目之所以能在技術設備上取得一系列創(chuàng)新成果，主要是在理論上獲得了突破。在其提出的“表層吸附、孔口架橋”新過濾機理上，還建立了能指導實際應用的“表層過濾”數(shù)學模型。

上海洪利凈化科技有限公司通過濾材、密閉過濾機內(nèi)部機構(gòu)、濾餅壓干和自動卸除技術的研究,成功創(chuàng)新開發(fā)出超細粉體高效過濾洗滌壓干一體化技術，具體創(chuàng)新點如下：

（1）開發(fā)的高分子濾材，可制作承受1MPa氣液壓反吹的大直徑過濾板；

（2）開發(fā)的過濾機能夠在有限密閉空間內(nèi)，加載上下兩層（中小型過濾機）或上中下三層（大中型過濾機）過濾濾材；

（3）在有限空間的過濾機內(nèi)，同時可具備攪拌洗滌、氣液固三相流態(tài)化洗滌、壓干等功能，并實現(xiàn)自動、快速卸除濾餅。

“超細粉體高效過濾洗滌壓干一體化技術”已在化工、醫(yī)藥、食品、有色冶金、環(huán)保等多個領域528家企業(yè)的超細粉體處理上獲得很成功應用，并已成功出口印度、印尼、中國臺灣省等國家和地區(qū)，解決了超細催化劑、吸附劑、脫色劑、金屬或金屬化合物等高附加值超細粉體在制備中或使用中的過濾、洗滌、壓干等難題。

鑒于該項技術具有分離效率高、節(jié)能效果顯著等優(yōu)點，鑒定委員會建議大力推廣應用這項技術。

上海洪利凈化科技有限公司是國內(nèi)一家從事我國自主創(chuàng)新的新型過濾技術——“剛性高分子精密微孔過濾技術”的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技型公司，目前主要擁有“剛性高分子精密微孔過濾技術”及其產(chǎn)品和以新型工業(yè)層析柱為典型代表的凈化技術產(chǎn)品。

（章北）

Leakage Cause and Im provement ofW elding Outside-edge of Seal FlangeW elded w ithout Gasket

Guo Dawei Wang Yanyan

The sealing structure ofmethanol synthesis reactor is outside-edge welding structure of seal flange girth welded without gasket.During the production and testing process,leakage occurs at the welding edge.Analyzes the leakage cause and adopt corresponding measures to ensure the reliability of the welding edge and the good operation of equipment.

Flange;Gasket;Sealwelding;Welding outside-edge;Leakage;Methanol synthesis reactor

TQ 050.3

2012-11-13）

*郭大偉，男，1981年生，助理工程師。遼陽市，111003。