纏繞墊片匹配凹凸面法蘭接頭密封泄漏的討論

關(guān)慶賀 張 光

（中國石油遼陽石油化纖公司機械廠 遼陽 111003）

纏繞墊片匹配凹凸面法蘭接頭密封泄漏的討論

關(guān)慶賀 張 光

（中國石油遼陽石油化纖公司機械廠 遼陽 111003）

以一臺U形管式a型換熱器在進行殼程水壓試驗時管板與殼體法蘭凹面間纏繞墊片被壓出泄漏為事例，針對選擇低公稱壓力等級的纏繞墊片用在高設(shè)計壓力的凹凸面法蘭接頭密封的影響因素，從墊片最小寬度、法蘭凹凸密封面尺寸偏差、墊片與法蘭裝配以及纏繞墊片特性等方面進行了分析，提出了在設(shè)計計算法蘭時應(yīng)考慮墊片最小寬度的合理確定并修訂完善相關(guān)標準的建議。

凹凸法蘭； 纏繞墊片； 密封寬度

一臺DN1000的U形管式a型換熱器[1]在制造進行殼程水壓試驗時，殼體法蘭與管板間的墊片密封處發(fā)生泄漏，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)纏繞墊片部分從管板與殼體法蘭凹面間隙中壓出。換熱器施工圖中殼體法蘭墊片選用JB/T4705-2000的B22-1000-4.0不銹鋼+柔性石墨纏繞墊片，殼體法蘭/16MnⅢ系以墊片PN4.0DN1000的密封面尺寸為基準進行的非標設(shè)計，螺柱/螺母則選用HG/T20634-2009的40-M42x3材料為25Cr2MoVA/30CrMo，換熱器的設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 設(shè)計參數(shù)

1 墊片最小寬度校核

此U形管式a型換熱器殼體法蘭墊片JB/T4705的B22-1000-4.0寬度為25mm。按殼程設(shè)計參數(shù)對殼體法蘭用SW6計算軟件程序[2]進行計算校核，雖然螺柱和法蘭均通過計算校核合格（法蘭結(jié)構(gòu)尺寸及校核計算略），但墊片最小寬度（見表2）值得討論。

表2 墊片最小寬度

2 墊片最小寬度討論

表2中Ab系按螺柱HG/T20634-2009的40-M42×3計算取值，其它數(shù)據(jù)按SW6計算，而Nmin則按GB150-1989中式（7-3）[3]計算得出。

雖然GB150-1998中刪除了Nmin計算公式[4]，但對墊片寬度仍然規(guī)定“墊片在預(yù)緊狀態(tài)下受到最大螺栓載荷的作用,可因壓緊過度而失去密封性能。為此墊片須有足夠的寬度,其值可按經(jīng)驗確定”，即要求設(shè)計在計算法蘭選用墊片時仍然要考慮Nmin。然而，SW6計算程序未有“校核Nmin”的提示，這就需要設(shè)計者“按經(jīng)驗確定Nmin”，尤其是選用低公稱壓力等級墊片標準用在高設(shè)計壓力法蘭接頭時更應(yīng)值得注意。

Nmin計算公式是為保證墊片能在彈性狀態(tài)下工作不被“壓潰”而控制墊片單位面積上的預(yù)緊力小于4y的措施[5]?，F(xiàn)以標準壓力容器法蘭[6]JB/T4703-2000中法蘭FM800-6.4和法蘭FM1000-4.0為例，校核配用墊片JB/T4705的Nmin，以說明Nmin計算公式的有效性。

例1:設(shè)計壓力為6.4MPa，設(shè)計溫度200℃，DN800法蘭材料16MnⅢ。按JB/T4700-2000表2選配墊片為JB/T4705-2000的B22-800-6.4寬度為25mm，相應(yīng)螺柱材料為JB/T4707的35CrMoA。校核墊片Nmin見表3

表3 PN6.4DN800墊片/Nmin

例2，設(shè)計壓力為4.0MPa，設(shè)計溫度200℃，DN1000法蘭材料16MnⅢ。按JB/T4700-2000表2選配墊片為JB/T4705-2000的B22-1000-4.0寬度為25mm，相應(yīng)螺柱材料為JB/T4707的35CrMoA。校核墊片Nmin見表4

表4 PN4.0DN1000墊片/Nmin

標準法蘭凸面直徑即管板外徑（墊片與密封面接觸外徑）一般較墊片外徑小2mm，當(dāng)凸/凹法蘭與墊片對中安裝時，寬度25mm的墊片實際接觸寬度為24mm。兩例標準法蘭的墊片Nmin校核結(jié)果顯示，所選標準墊片實際接觸寬度均大于Nmin?？梢?，標準壓力容器法蘭配用的JB/T4705墊片寬度是基于原GB150-1989中式（7-3）并考慮加工和安裝偏差而積累的經(jīng)驗值。

本文案例，即使是在理想的凹面法蘭/墊片/管板對中安裝狀態(tài)下，墊片實際接觸寬度也小于僅以設(shè)計參數(shù)校核的墊片Nmin，若考慮法蘭制造與安裝的偏差，就更難以滿足墊片Nmin的要求。

3 法蘭制造與安裝偏差

按壓力容器法蘭標準JB/T4700技術(shù)條件要求，凹凸密封面的凹面/凸面直徑公差分別按GB/T1801的H12/h12級，對于本例法蘭的凹面直徑公差為0～+1.05，凸面直徑公差為-1.05～0。而凹面直徑較凸面直徑大3mm，考慮加工偏差后，凹面直徑比凸面直徑大3～5mm。當(dāng)凹面法蘭/墊片/凸面管板安裝不對中而偏向一側(cè)時，或墊片與凹面法蘭不同心，或管板與凹面法蘭不同心，或法蘭/墊片/管板同時偏心，都會出現(xiàn)墊片一側(cè)的接觸面寬度小于墊片理想接觸寬度24mm的情況，極端情形下的墊片實際接觸寬度可能為20mm。這就容易造成安裝時使墊片一側(cè)外露量大即該處密封面接觸寬度小而成為泄漏點，或?qū)⒃撎帀|片壓潰而從凹凸面間隙中擠出，呈現(xiàn)殼程水壓試驗泄漏后的情形。

4 纏繞墊片的欠缺

纏繞墊片用于凹/凸密封面法蘭接頭尤其是管殼式a型換熱器（殼體法蘭凹面/管板凸面）不僅存在因安裝對中問題而易“壓潰”，而且當(dāng)直徑較大時容易“散架”，并且纏繞墊片標準本身也存在不完善[7]。

1）纏繞墊片標準未有給出成型鋼帶的幾何尺寸，只規(guī)定了纏繞用鋼帶厚度的范圍值0.15～0.25mm，而未對繞帶的V角等具體規(guī)定；

2）未有參照美國API標準規(guī)定“纏繞墊片密封面兩側(cè)非金屬帶均勻突出金屬鋼帶0.15mm”而影響墊片的密封性能；

3）其它技術(shù)要求按GB/T4622.3，則不方便用戶對纏繞墊片的質(zhì)量直觀檢驗與驗收。為此，已有成功使用經(jīng)驗的H型復(fù)合墊片便應(yīng)運而生[8]。

5 結(jié)束語

綜上對低公稱壓力等級的纏繞墊片選用在高設(shè)計壓力的凹/凸面法蘭接頭密封泄漏的討論，應(yīng)引起相關(guān)各方對凹凸密封面法蘭選用纏繞墊片及墊片Nmin的注意。

1）設(shè)計在應(yīng)用SW6計算法蘭時，應(yīng)考慮所選墊片的Nmin。相關(guān)標準應(yīng)列出適用于公稱壓力等級下的墊片Nmin經(jīng)驗值，以便設(shè)計參照確定。

2）凹/凸面法蘭接頭尤其是管殼式a型換熱器經(jīng)常選用的纏繞墊片，不僅存在 “壓潰”與 “散架”問題，而且纏繞墊片標準本身也需要完善。

1 GB151-1999 管殼式換熱器容器[S].

2 GB150-1989 鋼制壓力容器[S].

3 GB150-1998 鋼制壓力容器[S].

4 全國壓力容器標準化技術(shù)委員會設(shè)計分委會.鋼制壓力容器設(shè)計指南[M].1993

5 JB/T4700-2000壓力容器法蘭[S].

6 由立臣. 纏繞墊片設(shè)計、制造和使用中存在的問題[J].石油化工設(shè)備,2003,6:55-56.

7 陳吉成.石油化工廠幾種常用高溫墊片的應(yīng)用和比較[J].潤滑與密封,2003,3:96-98.

Discussion of the Leakage of Made Femadle Flange joint Sealing with Winding Gasket

Guan Qinghe Zhang Guang
(CNPC Liaoyang Petrochemical Fibre Company Machinery Factory Liaoyang 111003 )

With the example of the leakage of a u-shape tube type heat exchanger during hydrotest ,which caused by the pinding-out of winding gasket between tubsheet and the concave side of shell flange,this paper discusses the gasket mininum width,dimesional deviation of male-female seal face,flange assembly and thd characteristiscs of winding gasket. The author suggest that minimum width of gasket should be comfirmed reasonably, and related standards should be amended.

Concave and convex surface of the flange； Winding gasket； Sealing width

X928.9

B

：1673－257X(2014)05－46－03

關(guān)慶賀（1983-），男，工程師，從事壓力容器建造。

2013－12－17）