垫片密封的失效分析.docVIP

垫片密封的失效分析泄漏是指被密封介质和所处的介质空间，在内外两个空间之间进入介质流动。单位时间内泄漏的介质量称为泄漏率。通常介质通过两个空间的接触面即密封面发生泄漏。造成泄漏的因素主要有两个：一是密封面上存在间隙，二是密封面两侧有压力差或浓度差。在实际操作工况下，密封面两侧存在压力差或浓度差是在所难免的；所以，要想提高密封的可靠性，只能尽量减小密封面上存在的间隙，一方面可以通过提高密封面的加工精度来减小间隙,但这由于受到机器设备的限制，只能提高到一定的程度，所以密封面还有微小间隙，这部分微间隙必须通过压紧垫片，使垫片产生压缩回弹变形来填补密封面微小凹凸不平的间隙，从而实现了密封。垫片密封是石油化工设备和管道中最常用的连接形式，一般由被联接件(法兰)、密封元件(垫片或垫环)和联接件(螺栓一螺母)等三部分组成，称为螺栓一法兰一垫片连接系统，如图3.1所示。其密封机理是通过拧紧连接螺栓从而使法兰密封面压紧垫片而实现密封的。由于螺栓法兰垫片连接系统是非一体化结构，如果对各个密封元件的选用不当，或者安装不规范，这都会导致密封的可靠性降低，进而导致介质泄漏。由于法兰的两个接触面即使经过精细加工,它们之间也会因微小的凹凸不平而形成微小的间隙。这种微小的间隙就是导致流体介质泄露的主要原因。垫片的作用就是在螺栓预紧后产生弹塑性变形，填补由于法兰接触面凹凸不平而造成的间隙，以阻止流体泄漏，达到密封的目的。从法兰密封机理来分析，泄漏是客观存在的，而我们所要做的是尽可能控制泄漏量，以使其达到最小。?螺栓——法兰——垫片连接系统失效的主要形式是强度失效和密封失效。一般来说，连接系统的失效很少是因为强度不足引起的，主要是由系统的泄漏而导致的密封失效。一、强度失效往往一个完整的螺栓——法兰——垫片连接系统由螺栓、垫片和法兰这三部分组成，因此，连接系统出现的强度失效也就是由这三部分引起的。故而，以下将针对这三部分分别予以研究。(1)螺栓的强度失效螺栓是法兰接头的紧固元件，螺栓的不紧固或弯曲都会导致螺栓法兰垫片的强度失效。通过查阅相关资料发现，螺栓的强度失效很大部分是由以下原因造成的：拧紧螺栓时的预紧力太大、介质的腐蚀、高温蠕变松弛和螺栓生成缺陷等。其中，由拧紧螺栓时的预紧力过大这个原因引起的失效约占40%。(2)垫片的强度失效在整个密封连接中最主要的密封元件是垫片，而垫片性能的好坏会直接影响着连接密封的紧密性。当垫片长期工作在条件恶劣的场合，其密封性能会大大降低，最后会引起脆化失效；在法兰安装阶段人们往往为了保证法兰的密封性而增大螺栓预紧力，这可能引起垫片在实际工作中产生突然溃裂的现象；还有就是因为操作工人误选择垫片的种类而导致的强度失效。(3)法兰的强度失效在螺栓法兰垫片连接系统中很少是因为法兰强度失效而引起的失效，但是一旦出现法兰的强度失效，其引起的后果是不可想象的。一般法兰失效，主要是由法兰腐蚀和材料选用错误造成的。二、密封失效法兰接头的密封失效主要表现为泄漏。而一旦发生失效即泄漏，轻则造成原料和能源的浪费，重则影响生产造成严重的经济损失、不可估计的环境污染，甚至造成重大的事故，所以对容器和管道的密封要求越来越严格。在垫片密封中，泄漏是无法避免的，我们能做的就是尽量减少泄漏，使其达到最小。在整个密封连接中最主要的密封元件是垫片，而垫片性能的好坏会直接影响着连接密封的紧密性。通常介质通过两个空间的接触面即密封面发生泄漏。造成泄漏的因素主图3.2泄漏的两种形式要有两个：一是密封面上存在间隙，二是密封面两侧有压力差或浓度差。?在实际操作工况下，密封面两侧存在压力差或浓度差是在所难免的；所以，要想提高密封的可靠性，只能尽量减小密封面上存在的间隙，一方面可以通过提高密封面的加工精度来减小间隙，但这由于受到机器设备的限制，只能提高到一定的程度，所以密封面还有微小间隙，这部分微间隙必须通过压紧垫片，使垫片产生压缩回弹变形来填补密封面微小凹凸不平的间隙,从而实现了密封。所以，对于垫片密封来说，泄漏是在所难免的。只要是垫片两侧存在着压力差，就会在垫片密封处发生泄漏。分析泄漏的各种途径，总结出主要有以下两种泄漏形式，即界面泄漏和渗透泄漏，如图3.2所示。(1)界面泄漏界面泄漏往往出现在垫片与两个法兰环的接触面上，这是由垫片与法兰环接触面之间贴合不紧密造成的，此时介质就会通过此微间隙泄漏。微间隙存在的原因往往是由以下引起的：如施加的垫片压紧力太小、法兰接触面加工的精度过低、连接设备发生了热变形和振动等，此外，在实际操作条件下，温度和压力的联合作用也会使界面泄漏加大。(2)渗透泄漏渗透泄漏往往是由垫片材料内部的结构组织所引起的。这种泄漏的形式多发生在非金属垫片中，这是由于通常非金属垫片是由纤维和一些橡胶粘