楊懷奇

摘 要：介紹帶壓堵漏技術(shù)的法蘭夾具結(jié)構(gòu)，詳細(xì)介紹法蘭夾具的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：帶壓堵漏；密封；法蘭夾具

中圖分類號： TE969 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B 文章編號： 1673-1069（2016）35-178-2

1 法蘭夾具結(jié)構(gòu)及計(jì)算

石油化工行業(yè)中，法蘭處的泄漏是最為常見的。而法蘭夾具的設(shè)計(jì)合理與否是帶壓堵漏成功與否的關(guān)鍵。

1.1 夾具結(jié)構(gòu)

法蘭夾具的基本結(jié)構(gòu)見下圖1。該夾具是由兩個(gè)半圓形的構(gòu)件組成，夾具本體經(jīng)機(jī)械加工而成，耳板與夾具采用焊接形式連接，兩個(gè)構(gòu)件是用螺栓連接在一起，形成一個(gè)整體，最終作為法蘭泄漏處的新的密封空腔。

1.2 相關(guān)尺寸說明

①夾具的內(nèi)徑D內(nèi)：原則上等于泄漏的法蘭外徑，但該尺寸需要通過實(shí)際測量確定。因?yàn)楦魃a(chǎn)裝置所用的法蘭標(biāo)準(zhǔn)種類比較多，又由于法蘭制造時(shí)的偏差及長期運(yùn)行造成的金屬材料表面氧化等，都影響法蘭外徑的實(shí)際尺寸。所以，夾具的內(nèi)徑D內(nèi)必須經(jīng)現(xiàn)場測量法蘭外徑后確定。

夾具內(nèi)徑D內(nèi)與法蘭外徑之間的允許間隙尺寸：包括測量法蘭外徑誤差、夾具制造偏差及其熱膨脹量在內(nèi)，總的間隙量應(yīng)控制在0.1～0.5mm范圍內(nèi)。允許間隙量的大小與系統(tǒng)壓力高低成反比。即系統(tǒng)壓力越高，間隙量應(yīng)越小。

②夾具的外徑D外，先要計(jì)算出夾具的厚度a（后面詳細(xì)介紹a的計(jì)算公式），D外=D內(nèi)+2a。

③夾具凸臺內(nèi)徑d：為了減少空腔的容積和密封劑的消耗量，同時(shí)便于安裝夾具，法蘭夾具設(shè)計(jì)成帶有凸臺的結(jié)構(gòu)。凸臺內(nèi)徑以不接觸原法蘭螺栓為原則，按實(shí)際尺寸確定。具體方法是：測量泄漏法蘭的外邊緣與緊固螺栓之間的最小凈距，然后用法蘭外徑減去該距離的二倍即得到凸臺內(nèi)徑d的數(shù)值。為了得到較準(zhǔn)確的數(shù)值，需要在泄漏法蘭圓周內(nèi)測量4～5點(diǎn)，取其中的最大計(jì)算尺寸作為凸臺內(nèi)徑d的最終數(shù)值。

④夾具凸臺寬度b：通過對兩片法蘭之間的間隙進(jìn)行測量后確定。最少在法蘭圓周內(nèi)測量4～5點(diǎn)，取其中的最小尺寸。

⑤夾具寬度B：以兩片法蘭的間隙尺寸b為基礎(chǔ)，向兩側(cè)分別延伸10～20mm。法蘭公稱直徑大，系統(tǒng)壓力高，夾具寬度需要相應(yīng)的加大。

⑥密封劑注入孔：孔數(shù)與孔位的配置應(yīng)盡量減少密封劑在注入?yún)^(qū)段內(nèi)的流動距離、減少擠壓力對夾具的負(fù)荷?？讛?shù)等于泄漏法蘭的緊固螺栓數(shù)。泄漏法蘭有多少個(gè)螺栓就配多少個(gè)注入孔。一般設(shè)M12內(nèi)螺紋與標(biāo)準(zhǔn)注射閥連接，配鉆φ4mm密封劑通道。夾具上的注入孔在安裝時(shí)要放在兩個(gè)螺栓之間的位置。

⑦耳板定位：夾具耳板焊接在剖分面上5～10mm處，用來連接兩片法蘭夾具。

⑧夾具厚度a：由后面的強(qiáng)度計(jì)算確定。

1.3 夾具計(jì)算

1.3.1 受力分析

密封劑在空腔內(nèi)以最大擠壓力p注作用在夾具的內(nèi)壁，經(jīng)多點(diǎn)分別注入后，由局部擠壓力過渡到均勻分布。另外，還有系統(tǒng)壓力以均布載荷同時(shí)作用在夾具內(nèi)壁。由系統(tǒng)壓力和單點(diǎn)擠壓到均布擠壓的合力F可以用以下公式推導(dǎo)。見圖2。

∵ 合力F=dF·sinθ

dF=ds·p=dl·B·p=R中·dθ·B·p

∴ 合力F=R中·dθ·B·p·sinθ=2R中·B·p

=D中·B·p（1）

式中ds：單位角度所對應(yīng)的面積，單位mm2；

p：單位面積上夾具所承受的壓力（即壓強(qiáng)），單位MPa；

dl：單位角度所對應(yīng)的弧長，單位mm；

B：夾具寬度，單位mm；

a：夾具厚度，單位mm；

R中：夾具半中徑，單位mm；

D中：夾具中徑，單位mm；

D內(nèi)：夾具內(nèi)徑，單位mm。

1.3.2 夾具的緊固螺栓截面計(jì)算

夾具是由兩個(gè)半圓構(gòu)件組成的，通過螺栓將兩側(cè)耳板連接在一起。假設(shè)連接螺栓數(shù)目為n條，每條螺栓所承受的拉力為T，則兩側(cè)緊固螺栓所承受的總拉力nT應(yīng)與夾具均布內(nèi)壓合力F相平衡。

即 nT=F

T=

螺栓截面積A==（2）

式中，[σ]t——螺栓在t℃時(shí)的許用應(yīng)力，單位MPa。

1.3.3 夾具的厚度計(jì)算

為了保證夾具具有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)使夾具截面上的應(yīng)力不高于所用金屬材料的許用應(yīng)力。

即=≤[σ] （3）

式中，S——夾具的截面積，單位mm2。

把（1）式代入（3）式得≤[σ]（4）

式中，[σ]——金屬材料的許用應(yīng)力，單位MPa。

如果夾具的各部分不是整體制造，而是由幾塊焊接組成，則許用應(yīng)力要乘以一個(gè)與焊縫結(jié)構(gòu)等有關(guān)的焊縫系數(shù)?。

（4）式變成≤[σ]·?（5）

把D中=D內(nèi)+a帶入（5）式，整理可得夾具的厚度a

a=（6）

由于帶溫帶壓封堵泄漏，夾具必然受泄漏介質(zhì)的溫度影響，因此，應(yīng)把改成金屬材料在實(shí)際工作溫度下的許用應(yīng)力[σ]t。

最終公式應(yīng)為a=+C （7）

式中，P——系統(tǒng)壓力或密封劑擠壓力，MPa，按照《中國石油化工總公司帶壓堵漏技術(shù)暫行規(guī)定》及經(jīng)驗(yàn)，P的選取應(yīng)按照以下原則確定：系統(tǒng)壓力低于7 MPa時(shí)，以擠壓力為主，P取7 MPa；系統(tǒng)壓力大于7 MPa時(shí)，按系統(tǒng)壓力選取。

D內(nèi)——夾具內(nèi)徑，單位mm

[σ]t——t℃夾具材料的許用應(yīng)力，單位MPa

?——焊縫系數(shù)，無單位

C——厚度附加量，單位mm

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 鄭新兵.法蘭帶壓堵漏夾具設(shè)計(jì)淺析[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2007，01：55-56+61+69-70.

[2] 劉勇.夾具帶壓堵漏技術(shù)的應(yīng)用研究與改進(jìn)[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2014，06：29-31.