先導(dǎo)式安全閥O型圈國產(chǎn)化研究及應(yīng)用

侯文富，饒 文，湯清紅，劉奉云，焦永鋒，黃佳富

(1 中海石油煉化有限責(zé)任公司惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086；2 湖南橡塑密封件廠有限公司，湖南 南縣 413200)

?

先導(dǎo)式安全閥O型圈國產(chǎn)化研究及應(yīng)用

侯文富1，饒 文2，湯清紅2，劉奉云1，焦永鋒1，黃佳富1

(1 中海石油煉化有限責(zé)任公司惠州煉化分公司，廣東 惠州 516086；2 湖南橡塑密封件廠有限公司，湖南 南縣 413200)

先導(dǎo)式安全閥O型圈為進(jìn)口產(chǎn)品，安全閥解體維修如采用原廠O型圈會導(dǎo)致檢修成本高且備件獲取周期長。為了對先導(dǎo)式安全閥內(nèi)部的O型圈進(jìn)行國產(chǎn)化，降低維修成本，制備了高氟橡膠O型圈。并對氟橡膠O型圈的耐油性能及其力學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，氟含量為68%的氟橡膠除了具有優(yōu)異的力學(xué)性能外，其在混合二甲苯、甲苯、苯產(chǎn)品溶液中浸泡9000 h，其線徑變化小于5%，并且彈性保持良好。

先導(dǎo)式安全閥；O型圈；氟橡膠；國產(chǎn)化

橡膠O型圈是當(dāng)前石化行業(yè)廣泛使用的一種橡膠元件，其密封性的優(yōu)劣主要取決于橡膠材料在苛刻腐蝕環(huán)境中的耐腐蝕性能。在高溫和芳烴(混合二甲苯，甲苯，苯產(chǎn)品等)腐蝕條件下，O型圈的密封失效主要表現(xiàn)為橡膠材料的老化及溶脹變形，使密封圈與設(shè)備之間的彈性應(yīng)力被釋放，導(dǎo)致介質(zhì)泄漏[1]。氟橡膠以其優(yōu)越的耐高溫、耐介質(zhì)腐蝕特性和良好的綜合力學(xué)性能成為石化、航空等特種環(huán)境使用的首選材料。氟橡膠屬特種橡膠，具有無毒、不燃、耐熱、耐氧化、耐油、耐化學(xué)品等優(yōu)異性能[2]，但是氟橡膠氟含量的高低會對其力學(xué)性能和耐芳烴溶脹性產(chǎn)生影響。

先導(dǎo)式安全閥在惠州煉化分公司芳烴、加氫裂化等裝置中有大量的應(yīng)用，但是安全閥動作后常存在泄漏，解體維修需要對安全閥內(nèi)部的O型圈進(jìn)行更換，O型圈為國外進(jìn)口產(chǎn)品，是安全閥廠家維修配套，一組有十多種規(guī)格，從安全閥廠家進(jìn)口配套O型圈，一組需要成本十多萬元，導(dǎo)致檢修成本很高，且備件獲取周期長，檢修受制于人。為了解決這一問題，嘗試對安全閥內(nèi)部的O型圈進(jìn)行國產(chǎn)化研究。

本文通過不同氟含量氟橡膠的力學(xué)性能、耐油性能、耐熱性能及高溫壓縮永久變形的測試和高含氟量氟橡膠成品O型圈的浸泡實驗，試制出了能夠代用進(jìn)口的O型圈，對石油化工行業(yè)耐高溫、耐芳烴O型圈材料的選取具有借鑒意義。

1 氟橡膠常規(guī)物理性能對比試驗

1.1 材料

選取氟混煉膠FH270D(氟含量66%，氟膠原材料為意大利蘇威產(chǎn)，雙酚硫化)和氟混煉膠FH370D(氟含量68%，氟膠原材料為意大利蘇威產(chǎn)，過氧化物硫化)為試驗材料，均由湖南橡塑密封件廠有限公司配方生產(chǎn)。

1.2 加工工藝

膠料混煉在開放式煉膠機(jī)上進(jìn)行。氟橡膠試片硫化須分二段進(jìn)行，一段硫化條件為175 ℃×30 min，硫化壓力12 MPa，在電墊平板硫化機(jī)上進(jìn)行。二段硫化在電熱鼓風(fēng)箱內(nèi)進(jìn)行，硫化條件為室溫(1 h)→100 ℃(1 h)→200 ℃，保溫22 h，關(guān)閉電源自然冷卻。

1.3 力學(xué)性能試驗

試樣的硬度采用邵爾A型硬度計，按GB/T531-1999進(jìn)行[3]；拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率測試在電子拉力試驗機(jī)(江蘇明珠MZ-2000C)上按GB/T528-2009進(jìn)行[4]。

表1 FH270D和FH370D的力學(xué)性能

FH270D和FH370D的力學(xué)性能和HG/T 2021-91中HⅡ7435材料指標(biāo)如表1所示。對比可知FH370D膠料的硬度、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率均高于FH270D,說明FH370D膠料的綜合力學(xué)性能比FH270D膠料好。

1.4 耐油性能試驗

氟橡膠是目前耐油性能最好的品種之一，圖1、圖2顯示了FH270D和FH370D兩種氟橡膠的耐油性能(耐油條件200 ℃×70 h，101#標(biāo)準(zhǔn)油)。

圖1 FH270D和FH370D的耐油性能硬度對比

圖2 FH270D和FH370D的耐油性能體積變化對比

由圖1和圖2可以看出，F(xiàn)H270D和FH370D兩種氟橡膠對比，在耐油試驗中硬度變化比較接近，但體積變化相差較大，F(xiàn)H270D為18%，而FH370D僅為8%。由此可見，F(xiàn)H370D膠料的耐油性優(yōu)于FH270D。這與氟橡膠采用過氧化物硫化和含氟量高低有很大的關(guān)系。

1.5 耐熱空氣老化性能試驗

試樣熱空氣老化性能試驗在401-B換氣式熱空氣老化箱(上海實驗儀器總廠)中按GB/T3512-2001進(jìn)行[5]，條件為250 ℃×70 h。從表2可以看出FH370D的硬度變化，拉伸強(qiáng)度變化率和扯斷伸長變化率均優(yōu)于FH270D。說明氟橡膠的耐熱性與氟含量密切相關(guān)，含氟量越高耐熱性越好[6]。

表2 FH270D和FH370D的耐熱空氣老化性能比較

1.6 高溫壓縮永久變形試驗

圖3 FH270D和FH370D壓縮永久變形對比

壓縮永久變形測試按照FB/T7759-1996進(jìn)行，條件為200 ℃ 22 h；材料標(biāo)準(zhǔn)參照HG/T2021-91。從圖3可以看出，F(xiàn)H270D膠料的高溫壓縮永久變形優(yōu)于FH370D，兩種膠料的壓縮永久變形都處于25%以下，均可作為密封件膠料使用。

2 高氟O型圈試制

通過考察FH270D和FH370D兩種膠料的常規(guī)物理性能，耐油和耐熱性能以及壓變性能，證明氟含量高的FH370D膠料是綜合性能較好的密封材料，可作為耐高溫、耐芳烴溶脹O型圈的生產(chǎn)用料。

2.1 高氟O型圈半成品，預(yù)成型技術(shù)設(shè)計

氟橡膠的耐熱性和耐介質(zhì)性與氟含量密切相關(guān)，含氟量越高耐熱性和耐化學(xué)介質(zhì)性能越好[7]。高氟橡膠的氟含量為67%～68%，但隨著氟含量的增加其自粘性能也相對變差，使制成的O形圈在膠料的接口處產(chǎn)生裂口，而有些裂口發(fā)生在O型圈截面內(nèi)部，很難發(fā)現(xiàn)，造成使用時密封性能下降甚至裂口受壓斷裂產(chǎn)生泄漏[8]。為克服此缺點，采用精密預(yù)成型機(jī)對膠料進(jìn)行預(yù)成型，經(jīng)試驗達(dá)到很好的效果。但因產(chǎn)品數(shù)量需求少，型號多，而每次預(yù)成型的裝膠量最少需要20 kg，膠料因多次預(yù)成型擠壓和頻繁更換成型模造成浪費較大。為此專門設(shè)計了一種專用預(yù)成型沖模，并通過精密計算和多次試驗設(shè)計出來不同型號的沖壓成型模，使每一款型號的O形圈膠料半成品都能通過相對應(yīng)的沖模在一整塊膠料上整體沖壓成型，而且無任何接頭。用這樣沖壓成型的膠料半成品進(jìn)行模壓硫化，產(chǎn)品精密度高，內(nèi)部亦無裂紋，確保了產(chǎn)品的整體性能，且能把原料的浪費控制到最小。

2.2 高氟O型圈生產(chǎn)工藝流程

混煉膠→檢驗→熱膠→濾膠→出片→半成品硫化→修整→二段硫化→檢驗→包裝入庫

3 高氟O型圈成品耐芳烴溶脹實驗

為進(jìn)一步了解用FH370D膠料生產(chǎn)的高氟O型圈耐芳烴溶脹性，選取了國產(chǎn)化的用于惠州煉化分公司先導(dǎo)式安全閥O型圈進(jìn)行浸泡實驗。

3.1 實驗方法

FH370D高氟O型圈9只，編號分別為：①②③④⑤⑥⑦⑧⑨，產(chǎn)品規(guī)格為(內(nèi)徑)88 mm×5.3 mm(線徑)。實驗溶劑：混合二甲苯、甲苯、苯產(chǎn)品。實驗共進(jìn)行9000 h，測量時段168 h→360 h→720 h→2000 h→5000 h→9000 h。線徑變化率Δd=[(d1-d)/d]×100%；d為浸泡前O型圈線徑；d1為浸泡后O型圈線徑，浸泡前對O型圈線徑分別測量并在測量位置做好標(biāo)記，以O(shè)型圈線徑變化率作為考察指標(biāo)。

3.2 線徑變化率測試數(shù)據(jù)

表3 FH370D高氟O型圈耐芳烴線徑變化率測試數(shù)據(jù)

3.3 實驗結(jié)果及討論

從表3測試數(shù)據(jù)可以看出，在實驗初期的720 h，F(xiàn)H370D高氟O型圈線徑變化率變化幅度較大，后期變化幅度減小并趨于穩(wěn)定。FH370D高氟O型圈在惠州煉化分公司的混二甲苯、甲苯、苯產(chǎn)品溶液中浸泡9000 h，在甲苯和苯產(chǎn)品中的線徑變化率較大，在混合二甲苯產(chǎn)品中的線徑變化率較小，但其線徑變化在均在5%以內(nèi)，O型圈始終保持良好彈性。實驗證明，采用過氧化物硫化含氟量高的氟橡膠制造的O型圈有著優(yōu)良的耐芳烴溶脹性。

3.4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2014年10月，生產(chǎn)出的高氟O型圈在惠州煉化分公司芳烴裝置先導(dǎo)式安全閥上使用，經(jīng)過近兩年時間的考驗，未出現(xiàn)因O型圈失效而導(dǎo)致安全閥泄漏的情況，使用過程中密封效果良好。

4 結(jié) 語

采用過氧化物硫化氟含量高的FH370D氟橡膠，力學(xué)性能、耐油性能、耐老化性能和壓縮永久變形綜合性能優(yōu)良。用FH370D氟橡膠生產(chǎn)的O型圈耐芳烴性能好，在惠州煉化分公司先導(dǎo)式安全閥上使用情況良好，解決了先導(dǎo)式安全閥用O型圈因進(jìn)口周期長、價格昂貴造成檢修不及時的難題，預(yù)計每個檢修周期可節(jié)約采購費用約350萬元，同時為國內(nèi)O型圈廠家積累了制造類似產(chǎn)品的經(jīng)驗和業(yè)績，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

[1] 楊曉露，曾德智，曹大勇.橡膠O型圈的抗酸性介質(zhì)腐蝕性能[J].合成橡膠工業(yè),2012,35(6)：420-424.

[2] 錢伯章.氟橡膠國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].化工新型材料,2007,35(10):31-32.

[3] GB/T 531-1999,橡膠袖珍硬度計壓入硬度試驗方法[S].

[4] GB/T 528-2009,硫化橡膠或熱塑橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定[S].

[5] GB/T 3512-2001,硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗[S].

[6] 魏浩.高溫加速老化試驗溫度對F108硫化橡膠老化性能預(yù)測結(jié)果的影響[J].特種橡膠制品,2009,30(5):48-49.

[7] 常新龍,姜帆.高溫、濕熱環(huán)境下氟橡膠密封圈失效研究[J].裝備環(huán)境工程,2012,9(1):23-25.

[8] 邊俊峰,王珍,譚光志.高性能系列氟橡膠[J].橡膠工業(yè),2003,50(1):21-23.

Localization Research and Application of Pilot Operated Relief Valve O-ring

HOUWen-fu1，RAOWen2，TANGQing-hong2，LIUFeng-yun1，JIAOYong-feng1，HUANGJia-fu1

(1 CNOOC Huizhou Refining & Chemical Company, Guangdong Huizhou 516086;2 Hunan Master Sealing Co., Ltd., Hunan Nanxian 413200, China)

Pilot operated relief valve O-ring is import product, the disintegration repair of the relief valve can lead to high maintenance cost and spare parts take long time if use factory O-ring. In order to reduce maintenance costs of high fluorine rubber O-ring, pilot operated relief valve was prepared in localization. The oil resistance and mechanical properties of fluorine rubber O-ring were studied. The results showed that the fluorine content of 68% of fluorine rubber O-ring had excellent mechanical properties, at the same time, it had good elasticity and the diameter variation of less than 5% after 9000 h immersed in mixed xylene, toluene and benzene, respectively.

pilot operated relief valve; O-ring; fluorine rubber; localization

TE969

A

1001-9677(2016)021-0149-03

侯文富(1982-)，男，工程師，現(xiàn)工作于惠州煉化設(shè)備管理中心，主要從事靜設(shè)備管理工作。