壓力管道帶壓密封技術(shù)常用卡具的設(shè)計

蘇德強(qiáng)，李佑軍

（青海鹽湖元品化工有限責(zé)任公司，青海格爾木 816000）

0 引言

化工生產(chǎn)裝置中管道眾多，安全運(yùn)行關(guān)系生態(tài)安全、環(huán)境安全、生命財產(chǎn)安全。由于其輸送的介質(zhì)不斷流動，在腐蝕、沖刷、振動及密封材料失效等因素的影響下，在直管輸送管段、法蘭、異徑管段、流體介質(zhì)改變方向的彎頭、三通和管道的焊縫等部位經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，泄漏如果得不到有效控制，會污染環(huán)境、影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸等安全事故。因此如何快速有效地、在不降低管內(nèi)介質(zhì)壓力及溫度的情況下止住泄漏，就成為現(xiàn)代煉油、化工企業(yè)研究的重要問題。

在一般情況下，管道一旦發(fā)生泄漏很難在動態(tài)下進(jìn)行補(bǔ)焊，原因有兩類：①熔融的金屬在凝固之前，就被噴出的介質(zhì)吹跑；②泄漏介質(zhì)本身威脅施焊人員的人身安全，尤其是易燃易爆的泄漏介質(zhì)，難以在動態(tài)狀況下進(jìn)行補(bǔ)焊。因此，通過帶壓密封技術(shù)，可以在不停車、不影響生產(chǎn)正常運(yùn)行的情況下，帶溫、帶壓實施封堵，快速消除泄漏。本文總結(jié)了法蘭、直管、三通及彎頭泄漏時的卡具設(shè)計方案。

1 法蘭泄漏卡具的設(shè)計

法蘭的泄漏是化工行業(yè)管道泄漏中最常見的泄漏方式，也是影響連續(xù)生產(chǎn)最直接的因素，為了確保生產(chǎn)裝置長期平穩(wěn)地運(yùn)行，消除法蘭泄漏尤為重要。常用的消漏方法很多，如緊固法蘭、打抱卡、砸鉛板、金屬絲纏繞等，這些方法在溫度不高、壓力不大的情況下能夠起到堵漏的作用，但對于溫度高、壓力大和特殊部位的泄漏往往難以解決，對易燃易爆介質(zhì)的泄漏處理就更加困難。

1.1 同心法蘭卡具的設(shè)計

同心法蘭，是指在法蘭的安裝過程中，兩法蘭中心處在同一水平軸線上，并未發(fā)生錯口等現(xiàn)象，對于此類法蘭的堵漏，通常采用凸形法蘭卡具和凹形法蘭卡具。

（1）凸形法蘭卡具（圖1）。當(dāng)泄漏法蘭間隙＞5 mm，泄漏介質(zhì)的壓力＞1.6 MPa，且泄漏量較大時，通常采用凸形法蘭卡具。該卡具中間留有一定的凸臺，凸臺的深度可依據(jù)法蘭外圓到連接螺栓的距離而定，凸臺寬度可根據(jù)法蘭間隙而定。在尺寸的測量過程中，可適當(dāng)給以加工余量，避免因尺寸誤差造成卡具安裝不良。該卡具的加工尺寸較為精確，安裝在泄漏法蘭上能形成環(huán)形的密封腔，承壓能力強(qiáng)，堵漏成功率高。

圖1 凸形法蘭卡具

（2）凹形法蘭卡具（圖2）。當(dāng)泄漏法蘭的間隙＜5 mm 時，一般采用凹形法蘭卡具。該卡具中間留有一定的空腔用來填充密封注劑，空腔的寬度可根據(jù)泄漏法蘭的間隙來定，其空腔高度根據(jù)泄漏介質(zhì)的壓力來定?？ň甙惭b后，可與法蘭外圓形成密封空腔，很好地適應(yīng)小間隙法蘭泄漏的情況。若操作得當(dāng)，還可用于閥門壓蓋的堵漏。

圖2 凹形法蘭卡具

1.2 錯口法蘭卡具的設(shè)計

錯口法蘭是指在安裝過程中由于管道應(yīng)力等條件的影響，兩法蘭面中心不在同一水平軸線上，此類法蘭的泄漏，通常也可采用凸形法蘭卡具和凹形法蘭卡具。但是，在卡具的設(shè)計上需要考慮兩法蘭之間的錯口量，錯口量的選取通常以實測為準(zhǔn)。

2 直管泄漏的卡具設(shè)計

直管的泄漏通常發(fā)生在焊縫接頭、非焊接部位和活接連接等部位：①焊縫接頭處的泄漏通常由焊接缺陷導(dǎo)致，如裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未融合等；②非焊接部位的泄漏主要是介質(zhì)在管道內(nèi)的沖刷、腐蝕和管材本身的內(nèi)部缺陷導(dǎo)致，造成管壁變薄，進(jìn)而引發(fā)泄漏；③活接連接處的泄漏通常是由安裝不到位、介質(zhì)的腐蝕和熱脹冷縮等導(dǎo)致。

直管泄漏常采用直管卡具，該卡具結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，能很好地滿足堵漏要求，實用性強(qiáng)（圖3）。對于豎直管道上的漏點(diǎn)，為防止注膠時發(fā)生卡具滑落，可在合適的位置預(yù)先設(shè)置限位。

圖3 直管泄漏的卡具

3 三通、四通泄漏的卡具設(shè)計

三通、四通是直管連接中常見的連接部件，主要起分流和改變介質(zhì)流向的作用。三通、四通的泄漏原因主要集中在以下兩類：①三通、四通本體的缺陷加上流體介質(zhì)的沖刷、腐蝕造成的泄漏；②三通、四通主管連接部位發(fā)生的泄漏。此類泄漏通常采用盒式卡具；對于管徑大、注膠量較大的場合，可結(jié)合焊接制作出與三通、四通形狀相同的卡具，以減小施工的工作量（圖4）。

圖4 三通泄漏的卡具

4 彎頭泄漏的卡具設(shè)計

彎頭在管路中主要起改變介質(zhì)流向的作用，也是常用的管件之一。彎頭在沖壓、冷煨或熱煨成型時，管件受拉、壓應(yīng)力的作用使得管壁金屬脫落，再加上介質(zhì)流體的沖刷，使得之前發(fā)生金屬脫落部位的管壁變薄，進(jìn)而引發(fā)泄漏。彎頭的泄漏主要發(fā)生在曲率半徑最大的一側(cè)，通常采用彎頭卡具（圖5）。

圖5 彎頭泄漏的卡具

5 特殊卡具的設(shè)計

化工行業(yè)管道眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生的泄漏多種多樣，合理設(shè)計卡具要結(jié)合實際情形，因情施策。以下列舉較為特殊的卡具設(shè)計方案以供參考。

5.1 波紋管膨脹節(jié)泄漏的卡具設(shè)計

膨脹節(jié)習(xí)慣上也叫補(bǔ)償器或伸縮節(jié)，為了補(bǔ)償因溫度差與機(jī)械振動引起的附加應(yīng)力，而設(shè)置在容器殼體或管道上的一種撓性結(jié)構(gòu)。在長期應(yīng)力的作用和流體介質(zhì)的沖刷下，波紋管常發(fā)生疲勞斷裂或腐蝕，進(jìn)而引發(fā)泄漏。由于波紋管承壓能力較差，不能采用常規(guī)的卡具進(jìn)行堵漏，因此可采用焊接的筒體將其包裹在里面，再用水泥、沙子等填充劑將其填滿、壓實，達(dá)到堵漏的效果。此方法操作簡單，能在一定程度滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的需要。

5.2 蒸汽導(dǎo)淋閥泄漏的卡具設(shè)計

由于地勢、生產(chǎn)條件等的影響，化工管道的安裝不會處于同一標(biāo)高內(nèi)，因此，會在管道或設(shè)備的最低點(diǎn)設(shè)一個閥門，即導(dǎo)淋閥，用于排凈管道或設(shè)備內(nèi)的殘液。導(dǎo)淋閥在生產(chǎn)中起著很重要的作用，導(dǎo)淋閥泄漏一般發(fā)生于母管的焊接接頭處，蒸汽導(dǎo)淋閥的泄漏很難用補(bǔ)焊的方法實現(xiàn)消漏，也很難設(shè)計出常規(guī)的堵漏卡具。可結(jié)合生產(chǎn)中的實際條件，焊接筒式的堵漏卡具，結(jié)合鉛板等軟金屬材料消除漏點(diǎn)。

6 卡具材料的選取、強(qiáng)度核算及要求

6.1 卡具材料的選取

密封卡具材料的選取，通常按照泄漏介質(zhì)的工況來決定，綜合考慮介質(zhì)、溫度、壓力、工藝條件等一系列因素的影響。通常情況下，選取普通的碳素鋼作為制作卡具的材料，其擁有綜合的力學(xué)性能和便于切削加工的特性，能很好地滿足卡具要求。對于高溫介質(zhì)、易腐蝕的介質(zhì)，密封卡具在材料的選取上應(yīng)盡可能接近原有設(shè)備的材料，避免因材料差異影響堵漏效果。

6.2 卡具的強(qiáng)度核算

密封卡具強(qiáng)度由卡具本體的強(qiáng)度、耳板焊縫的強(qiáng)度、兩耳板之間加緊螺栓的強(qiáng)度共同決定。本體厚度的計算可參照如下公式：

卡具連接螺栓直徑的計算

卡具耳板厚度計算

6.3 卡具設(shè)計應(yīng)滿足的要求

（1）卡具的設(shè)計應(yīng)滿足所需的強(qiáng)度和剛度。

（2）卡具的設(shè)計應(yīng)便于安裝。

（3）卡具和泄漏部位之間必須建立密閉的密封腔體，密閉空腔的設(shè)計可依照泄漏介質(zhì)的溫度、壓力來選取。

（4）卡具上應(yīng)設(shè)有帶有螺紋的注膠孔，注膠孔的數(shù)量原則上應(yīng)與法蘭連接螺栓的數(shù)量相對應(yīng)，并且在卡具的設(shè)計過程中，注膠孔的位置盡可能與連接螺栓錯開。

（5）卡具在尺寸設(shè)計上應(yīng)盡可能滿足泄漏部位的要求，以減少施工過程中浪費(fèi)注劑。

7 結(jié)語

壓力管道在化工生產(chǎn)中的泄漏時常發(fā)生，針對法蘭、直管、三通及彎頭泄漏時如何進(jìn)行卡具設(shè)計，通過帶壓密封技術(shù)，可以在不停車、不影響生產(chǎn)正常運(yùn)行的情況下，帶溫、帶壓實施封堵，快速消除泄漏，從而確保壓力管道長期穩(wěn)定運(yùn)行。