高鴻翔

(河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450012)

1 概述

由于化工生產(chǎn)的連續(xù)性，一旦投入原料開(kāi)車(chē)，系統(tǒng)運(yùn)行周期的長(zhǎng)短直接關(guān)系到工廠的經(jīng)濟(jì)效益。由于化工生產(chǎn)過(guò)程中介質(zhì)的高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、配件缺陷等原因，設(shè)備不可避免地會(huì)出現(xiàn)跑、冒、滴、漏現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)較大泄漏，如不及時(shí)處理，輕則造成工藝介質(zhì)的浪費(fèi)，重則引起系統(tǒng)停車(chē)，甚至造成重大環(huán)境污染或火災(zāi)事故。近20年來(lái)，我國(guó)化工企業(yè)對(duì)不停車(chē)帶壓堵漏技術(shù)進(jìn)行了較好的應(yīng)用，減少了非正常的停車(chē)次數(shù)，保證了生產(chǎn)穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。不停機(jī)帶壓堵漏技術(shù)就是利用高壓注射槍將特制的堵漏密封膠強(qiáng)行注入到裝有專(zhuān)用夾具的泄漏處，并在短時(shí)間內(nèi)形成新的密封結(jié)構(gòu)，從而阻斷介質(zhì)的泄漏。該項(xiàng)技術(shù)主要設(shè)備由密封夾具、注射閥、注射泵和堵漏密封膠等組成。本文對(duì)不停車(chē)帶壓堵漏夾具設(shè)計(jì)及封堵的一些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，并提出了改進(jìn)的建議。

2 密封夾具的設(shè)計(jì)

密封夾具的設(shè)計(jì)要依據(jù)泄漏部位的介質(zhì)種類(lèi)、溫度、壓力及幾何外形，合理地選擇夾具適合的材料和結(jié)構(gòu)，是夾具設(shè)計(jì)的首要工作。

2.1 密封夾具材質(zhì)的選擇

密封夾具的材質(zhì)選擇要以材料允許的最高使用溫度和最佳承載性能為依據(jù)，常綜合考慮泄漏介質(zhì)、溫度、壓力以及各種材料的基本性能等因素。一般情況下應(yīng)首選普通碳素鋼，因其機(jī)械性能可滿足夾具強(qiáng)度的要求，且具有良好的及加工和焊接性能，常用的普通碳素鋼為Q235;對(duì)中高壓泄漏介質(zhì)可選用合金鋼，如20R、16MnR;強(qiáng)酸強(qiáng)堿等具有腐蝕性的介質(zhì)可選用不銹鋼，如1Crl8Ni9Ti;高溫高壓的介質(zhì)，應(yīng)選用與設(shè)備材質(zhì)相同或耐熱鋼。同時(shí)，夾具材質(zhì)的選擇要符合《鋼制壓力容器(GB150－1998)》中的規(guī)定。

2.2 夾具壁厚的確定方法

式中:S－夾具壁厚(mm)，且不應(yīng)小于60mm;P－夾具設(shè)計(jì)壓力(MPa)，;D－夾具的最大內(nèi)徑，mm;［σ］－夾具實(shí)際使用溫度下材料的許用應(yīng)力(MPa);Φ－焊接接頭系數(shù)，取O.7，當(dāng)夾具為整體材料加工時(shí)，取l.0.;C——厚度附加量;ψ－修正系數(shù)。

2.2.1 夾具設(shè)計(jì)壓力的確定

根據(jù)工程實(shí)際，一般取泄漏介質(zhì)內(nèi)壓加5MPa 作為夾具強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，高壓介質(zhì)的設(shè)計(jì)壓力可取1.2 倍的系統(tǒng)內(nèi)壓。

2.2.2 修正系數(shù)ψ 的確定

夾具的寬度B 與注膠孔直徑相差不大是，注劑螺栓孔對(duì)夾具強(qiáng)度的削弱是不可忽視的，因此對(duì)計(jì)算出的夾具壁厚進(jìn)行修正。夾具的寬度B 取泄漏點(diǎn)寬度加30mm 計(jì)算，且應(yīng)符合(Bb)/2≥S，一般注膠孔為M12，則修正系數(shù)ψ=B/(B－12)。

2.2.3 夾具壁厚附加量C 的確定

在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮強(qiáng)度外還必須考慮剛性問(wèn)題，以防止在注射過(guò)程中因擠壓力致使夾具變形，導(dǎo)致注劑堵漏失敗。在強(qiáng)度計(jì)算后，必須以提高剛性為目的增加厚度6mm，在高溫高壓下取計(jì)算厚度的1.5 倍。

2.3 密封腔的確定

夾具是將泄漏點(diǎn)包容起來(lái)，通過(guò)注膠孔打入密封膠，形成新的密封，從而達(dá)到堵漏的目的。密封腔的幾何尺寸大小，直接決定了堵漏的成敗。密封腔過(guò)小，密封膠流動(dòng)性差，不能均勻布滿腔體，難以形成新的密封;密封腔過(guò)大，夾具外形相應(yīng)增大，堵漏膠消耗也相應(yīng)增加。

2.3.1 密封腔最大直徑D 與寬度b 的確定

根據(jù)實(shí)際密封效果與密封膠流動(dòng)性考慮，密封腔的最大直徑應(yīng)在需堵漏的構(gòu)件外形尺寸基礎(chǔ)上，增加10mm，密封腔寬度應(yīng)較泄漏點(diǎn)寬度增加30mm。

2.3.2 與構(gòu)件配合處尺寸的確定

為使夾具密封腔形成有效密封，夾具與構(gòu)件配合處必須有尺寸配合要求，如不考慮熱膨脹問(wèn)題，夾具與構(gòu)件的配合間隙應(yīng)控制在0.5mm 內(nèi)。由于化工廠介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)溫度往往比較高，高溫作用導(dǎo)致熱膨脹，引起夾具幾何尺寸發(fā)生變化。實(shí)際工作中，介質(zhì)溫度超過(guò)100 度時(shí)，夾具尺寸的確定必須考慮到熱膨脹的問(wèn)題，熱膨脹量δ=a ×ΔT ×d，式中a－材料的熱膨脹系數(shù)，鋼材的熱膨脹系數(shù)為1.2 ×10－2mm/℃;ΔT－介質(zhì)溫度與室溫的差值(℃);d－夾具與構(gòu)件配合處的孔徑(mm)，不同的孔徑需分別計(jì)算熱膨脹量。

2.3.3 與構(gòu)件接觸處密封槽的選擇

對(duì)于高壓高溫介質(zhì)的泄漏，為防止膠的泄漏，必須增強(qiáng)夾具與構(gòu)件接觸處的封閉性能。在保證夾具強(qiáng)度和剛度前提下，可在夾具的接觸處開(kāi)設(shè)5 ×5mm 密封槽，可在密封槽內(nèi)嵌入銅絲。對(duì)于壁厚≥24mm 的夾具可采用兩道密封槽。夾具一般做成兩瓣或四瓣瓣式，以便于加工、安裝。

2.4 連接螺栓直徑和耳板厚度的確定

2.4.1 夾具連接螺栓直徑的計(jì)算

2.4.2 連接耳板厚度的計(jì)算

2.4.3 注膠孔的確定

注膠孔的位置和數(shù)量，決定了密封膠能否充滿密封腔，是堵漏夾具的關(guān)鍵參數(shù)之一。一般注劑孔的中心距離不應(yīng)大于lOOmm，高壓高溫堵漏夾具注膠孔應(yīng)適當(dāng)加密，法蘭堵漏夾具的注劑孔的數(shù)量不應(yīng)少于該法蘭連接螺栓的個(gè)數(shù)，壓力低、幾何尺寸小于100mm 的堵漏夾具注劑孔不應(yīng)少于2個(gè)。

3 密封劑的選擇

正確選擇的密封劑，是堵漏成功的主要保證。密封劑的選擇主要依據(jù)泄漏部位介質(zhì)及操作溫度而定，同時(shí)，基于考慮堵漏成本，應(yīng)需表一:密封膠選用。

要適宜溫度的密封膠，使用過(guò)程注意節(jié)約。在密封劑選擇中，可以對(duì)照進(jìn)行選用，各個(gè)廠家牌號(hào)不同，表一為天津某品牌密封膠。

4 帶壓堵漏技術(shù)的應(yīng)用

中原某大型化肥廠自1996年引進(jìn)了帶壓堵漏技術(shù)以來(lái)，成功應(yīng)用不停車(chē)帶壓堵漏技術(shù)對(duì)尿素合成塔下法蘭密封面泄漏、高壓甲銨冷凝器出口閥門(mén)泄漏和一段爐裂紋泄漏等一系列高壓、高壓和易燃易爆介質(zhì)的管道、法蘭、閥門(mén)的封堵，多次避免了系統(tǒng)非正常停車(chē)，挽回經(jīng)濟(jì)損失上千萬(wàn)元，保證了生產(chǎn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。但化工廠泄漏介質(zhì)大多是高溫、高壓、且是有毒有害、易燃易爆的的危險(xiǎn)介質(zhì)，帶壓堵漏施工帶有很高的危險(xiǎn)性。因此，帶壓堵漏人員必須經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的培訓(xùn)，考核合格后方可進(jìn)行施工操作，施工前必須做好現(xiàn)場(chǎng)清理，制定好疏散預(yù)案，現(xiàn)場(chǎng)操作人員要做好監(jiān)控，施工中必須遵守防火、防爆、防靜電、防燙傷等國(guó)家有關(guān)規(guī)定，配戴好安全防護(hù)用品。

5 結(jié)語(yǔ)

不停車(chē)帶壓堵漏技術(shù)是化工廠設(shè)備應(yīng)急修補(bǔ)技術(shù)，夾具設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到堵漏作業(yè)能否成功。盡管可以應(yīng)用公式和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)出各種不同的夾具結(jié)構(gòu)，但實(shí)際工作中遇到泄漏問(wèn)題千差萬(wàn)別，夾具的設(shè)計(jì)需要在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中，不斷對(duì)夾具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。