阀用柔性石墨金属波齿复合垫片密封失效分析及改进.pdf

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FLUD MACHIINERY
Vol,41,No.3,2013
文章编号:1005-0329(2013)03-0046-03
闲用柔性石墨金属波齿复合垫片密封
失效分析及改进
刘洁,王强
(华东理工大学,上海200237)
摘要:对3.5MPa边界阀法兰密封一一柔性石墨金属波齿复合垫片密封的泄漏进行了密封失效分析,并提出了改进
方案,解决了垫片密封短期失效问题。
关键词:柔性石墨;复合垫片;密封;失效分析
中图分类号:THI36
文献标识码:B
doi:10.3969/j.isn.1005-0329.2013.03.010
Failure Analysis and Immprovement of Metal Skeleton of Flexible Graphite
Corrugated Metal Gaskets for Valve
LIU Jie, WANG Qiang
(East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)
Abstract: Under given pressure(3. 5MPA conditions, metal skeleton of flexible graphite corrugated metal gaskets occurred
the seal leakage in the boundary valve. The failure analysis and improvement was proposed, which solves the problem of short
term failure of the gasket sealing.
Key words flexible graphite; gasket; sealing; failure analysis
前言
进行裂解反应的装置。装置中3.5MPa蒸汽管道
系统分支较多,在高温状态下,热膨胀量大,常使
某石化公司加氢裂化装置蒸汽管道系统中,管道受力不均,法兰处受到的扭矩作用较大,尤其
3.5MPa边界阀法兰部位采用了柔性石墨金属波在温度压力频繁波动情况下,管道法兰因受力而
齿复合垫片密封,墊片规格为312x小260×易产生偏口、错口,造成法兰垫片密封的强度大。
3mm。当蒸汽压力从1.5MPa、温度200℃上升至原法兰也曾使用过软铁八角墊密封,但由于垫片
压力3.2MPa、温度260℃时,法兰密封处发生蒸补偿性差,也常发生泄漏。本次装置停工检修后,
汽介质泄漏,导致密封短期失效,随后2次更换了法兰采用了柔性石墨金属波齿复合垫密封,但在
同批次垫片,该处均发生同样状态的蒸汽泄漏。装置压力温度波动后仍发生了蒸汽泄漏。
为了避免类似事故发生,确定能否继续使用该垫2.2垫片失效检查
片,对柔性石墨金属波齿复合垫密封失效原因进2.2.1垫片表观检查
行调査分析,并对垫片的制造工艺进行改进。
现场拆卸下来的垫片两密封面破损严重,有
的部位已失去柔性石墨材料的覆盖,表面暴露出
2密封失效情况及原因分析
金属波齿的齿尖,柔性石墨复合层已沿波谷弧线
凹陷,内径边缘有多处鼓泡,并沿直径方向向外沿
2.1系统工况
伸。墊片的金属波齿结构比较完整,没发现被压
加氢裂化装置是原料油在高温高压下与氢气损的裂痕,内外径尺寸经测量变化不大
收稿日期:2013-01-06修稿日期:2013-01-28
2013年第41卷第3期
流体机械
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2.2.2原垫片力学密封性能测试
弱的密封能力。第二、第三次压力循环中,垫片密
按照GB/T19066.3-2003《柔性石墨金属波封力急剧下降,密封泄漏率快速上升,垫片已无法
齿复合垫片技术条件》的规定,参照CB/满足密封要求
T12622-2008《管法兰墊片压缩率、回弹率的试2.3失效原因分析
验方法》和GB/T12385-2008《管法兰垫片密封
综合分析裝蛩系统工况条件、失效垫片表观
性能试验方法》对原工艺生产的同批垫片进行了情况及同批次垫片性能测试结果认为,造成3.5
压缩回弹性能、密封性能测试。
MPa边界阀法兰密封失效的主要原因是:垫片石
(1)原墊片压缩回弹性能测试
墨复合层存在缺陷,降低了柔性石墨金属波齿复
原垫片压缩回弹性能测试结果见表1。
合垫片可压缩密封力,保证不了垫片的密封性能。
表1原合垫片压缩回弹性能试结果
柔性石墨复合层厚度选配不合理
检测指标实测值标准值评定结果
柔性石墨材料在垫片组合结构中起着柔弹可
压缩率(%
19,6
35±10
不合格
压缩和密封作用S?。垫片表观检査结渠说明,
回弹率(%)24.5
≥15
合格
当垫片石墨复合层的厚度和密实度不足时,垫片
承压后,表面石界层断裂并下陷人金属波齿波谷
由表1可以看出,垫片的压缩率远低于标准内,造成波齿尖突出石墨层而外露,失去密封作
要求,表明垫片复合的石墨层较薄,降低了垫片可
用,密封力下降,导致垫片密封失效。
压缩密封性能。
2.3.2柔性石墨复合层粘贴不牢
(2)原垫片压力循环密封性能试验
当石墨层与金属波齿粘贴不牢时,蒸汽易从
按照现场工况条件,墊片预紧压力35MPa,介
复合层的间隙中渗透泄漏。虽有波齿波谷的阻隔
质压力:1.0MPa→+4.5MPa→1.OMPa4.5MPa→作用,在系统温度、压力的波动下,压力蒸汽仍容
1.OMPa→4.5MPa-1.OMPa,进行压力循环密封易沿垫片内径边缘向外沿伸,导致蒸汽泄漏,垫片
试验,试验结果如表2,图1
表面许多鼓泡就是由此产生的
表2原垫片最大密封泄漏率试验结果(ml/s)
次数实值」标准位评定结果3改进方案与实施
第一次0.97x10
级≤
二级≤
1.0x10
1.0×10
4「一级合格
通过失效原因分析,提出了墊片制造技术改
第二次12.98x10-31≤1.0x10?≤1.0x101不合格
第三次15.12×x10-1に1.0x101≤1.0x10不合格
进方案8,
3.1柔性石墨材料复合层厚度的优选
柔性石墨层复合工艺过程中,应注意以下2
一第一次循环
个方面:一方面在柔性石墨材料复合承压后,金属
6△-第二次循环
波齿尖不应突出石墨层而外露,以避免由此降低
第三次循环
或破坏柔性石曌层的密封作用。另一方面在柔性
石墨材料复合时应注意填实金属波齿结构的波
谷,以防止形成波谷的空隙,而影响垫片的压缩和
回弹性。基于以上考虑,选择了不同厚度的柔性
江
石墨板材复合后进行压缩回弹性能试验,试验结
果如表3
表3不同厚度柔性石嬰复合层的金属波齿复合垫片
压缩回弹性能试验结果
2.
石墨层厚度(m)1.01.31.511.812.0
介质压力(MPa)
压缩率(%)「19.6123.5126.328.729.9
回弹率(%)24.521.520.815.714.3
图1压力循环对密封泄漏率的影响
表2、图1表明,垫