李浩榮 孔慶富 陳海倫 張博洋

(1.吉林化工學(xué)院機(jī)電學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.中國(guó)石油吉林石化公司丙烯腈廠，吉林 吉林 132021)

1 概述

在國(guó)內(nèi)外化工行業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，管道泄漏一直是一個(gè)無法避免的問題，我國(guó)目前應(yīng)對(duì)管道泄漏比較成熟的技術(shù)是帶壓密封技術(shù)。帶壓密封技術(shù)最早起源于美國(guó)，1920年美國(guó)人克萊·弗曼在紐波特的造船廠開發(fā)了在管道帶壓下泄漏密封的方法，并對(duì)其進(jìn)行了其他行業(yè)的擴(kuò)展[1]。我國(guó)帶壓密封技術(shù)始于20世紀(jì)50年代，是利用帶壓補(bǔ)焊處理鋼鐵行業(yè)中的承壓設(shè)備泄漏，但是很長(zhǎng)時(shí)間都是嚴(yán)禁使用的，直到20世紀(jì)80年代初帶壓密封技術(shù)才得到開發(fā)與應(yīng)用[2]。目前我國(guó)在帶壓密封領(lǐng)域獲得數(shù)百項(xiàng)國(guó)家專利和重點(diǎn)新產(chǎn)品，公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇，據(jù)報(bào)道在我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)已成功消除各類泄漏達(dá)50多萬起，挽回經(jīng)濟(jì)損失共達(dá)60多億元，社會(huì)效益巨大。

2 不同帶壓密封技術(shù)方法優(yōu)缺點(diǎn)及操作

帶壓密封技術(shù)在各大企業(yè)中得到應(yīng)用廣泛，與該技術(shù)擁有的技術(shù)特色和優(yōu)越性是不可分開的。帶壓密封技術(shù)在密封作業(yè)過程中，不用停車，不用改變介質(zhì)的壓力、溫度等工況便可以完成泄漏密封。根據(jù)溫度、介質(zhì)、壓力的不同，選擇不同帶壓密封技術(shù)進(jìn)行泄漏密封，以下幾種帶壓密封技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各大行業(yè)[3]。

2.1 注劑式帶壓密封技術(shù)

注劑式帶壓密封技術(shù)是專門研究密封結(jié)構(gòu)失效后，怎樣在流體介質(zhì)外泄的情況下，采用特制夾具、密封注劑和液壓注射工具在泄漏缺陷部位迅速建立一個(gè)新的密封體系的一門技術(shù)。注劑式帶壓密封技術(shù)基本原理是：向特定的封閉空腔注射專用密封注劑，堵塞或隔離泄漏介質(zhì)通道，達(dá)到一定的密封比壓阻止介質(zhì)外泄，實(shí)現(xiàn)良好的密封目的[4]。

方法步驟：(1)將卡具安裝在泄漏部位；(2)將注膠槍頭外螺紋旋至卡具上注膠閥的內(nèi)螺紋上；(3)按照介質(zhì)性質(zhì)選用合適的帶壓密封膠填至注膠槍頭的側(cè)填料口內(nèi)；(4)反復(fù)壓動(dòng)注膠手柄將密封膠注入到卡具內(nèi)，直到不漏為止。

適用工況：適用于直管、三通、法蘭、變徑、閥門等，壓力1～70MPa，溫度-195～1000℃。優(yōu)點(diǎn)：適用性廣、適用性強(qiáng)、具有良好的可拆性。缺點(diǎn)：夾具制造要求高、耗時(shí)、經(jīng)費(fèi)相對(duì)較高。

2.2 包扎捆扎密封技術(shù)

方法步驟：(1)清理漏點(diǎn)周圍污垢；(2)根據(jù)漏點(diǎn)情況剪一塊橡膠皮放在泄漏處；(3)用捆扎帶將橡膠皮一端纏緊，纏繞數(shù)層后逐步向漏點(diǎn)處延伸，往返纏繞數(shù)次即可止漏。

適用工況：噴射狀態(tài)下的直管、三通、法蘭縫、彎頭、活節(jié)頭、小管徑壓力小于1.6MPa。優(yōu)點(diǎn)：方便、快捷、適合及時(shí)搶修。缺點(diǎn)：不能達(dá)到長(zhǎng)久的管道修復(fù)效果。

2.3 鉗卡速堵密封技術(shù)

方法步驟：(1)根據(jù)漏點(diǎn)處的管徑和漏點(diǎn)寬度用鋼板制作一個(gè)管卡；(2)在正對(duì)著漏點(diǎn)的位置附上厚度合適的橡膠皮或聚四氟乙烯；(3)將鉗卡緊于漏點(diǎn)處，直至不漏為止。

適用工況：泄漏管道、直管線管道，內(nèi)部介質(zhì)性質(zhì)：壓力、溫度均不高。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、方便、快捷、適合及時(shí)搶修。缺點(diǎn)：不適用于高壓、高溫的介質(zhì)泄漏。

2.4 粘接修補(bǔ)密封技術(shù)

方法步驟：(1)根據(jù)管道外徑來決定選擇修補(bǔ)器類型和大??；(2)拆卸下修補(bǔ)器上的螺絲，將修補(bǔ)器套泄漏管道上；(3)將拆卸下的螺絲安裝好，用內(nèi)六方扳手旋緊至不漏為止。

適用工況：泄漏孔徑較小，泄漏部位處有較大的操作空間。優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣，堵漏準(zhǔn)備工作較為簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：操作較為復(fù)雜，對(duì)膠粘劑要求高，施工過程中對(duì)設(shè)備或管道有一定損壞。

2.5 鋼帶拉緊密封技術(shù)

方法步驟：(1)把鋼帶一端環(huán)繞泄漏體后穿入鋼帶卡內(nèi)；(2)將自封墊置于泄漏處，將已穿好的鋼帶壓在自封墊上，并用手做最大的預(yù)緊；(3)將鋼帶穿過拉緊器扁嘴及滑塊的導(dǎo)向槽按住壓緊桿，轉(zhuǎn)動(dòng)把手，拉緊鋼帶；(4)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)把手直至不漏，鎖緊頂絲，切斷鋼帶。

適用工況：穿孔直徑5mm以下，壓力1MPa以下，適用部位：短期應(yīng)急的彎頭、法蘭根部、三通、閥體等。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)泄漏現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力強(qiáng)，定型無需預(yù)制，克服卡箍預(yù)制時(shí)間長(zhǎng)缺陷。缺點(diǎn)：工具和封堵器要輕拿輕放，以防產(chǎn)生火花，燃?xì)庑孤舛却笥谢鸹纯扇急?/p>

2.6 高頻捻縫密封技術(shù)

方法步驟：(1)將泄漏部位周邊及周圍防腐層清理干凈；(2)用捻縫槍配合捻縫銅條或鉛條直接捻縫達(dá)到快速止漏。

適用工況：各類金屬管道容器上，壓力范圍：人員操作時(shí)壓力小于5.0MPa，溫度范圍：人員操作溫度50℃。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，堵漏迅速。缺點(diǎn)：泄漏孔徑不能過大，只適用于金屬管道。

2.7 法蘭卡帶密封技術(shù)

方法步驟：(1)在泄漏法蘭上夾緊一只卡蘭鉗，卸下法蘭連接螺絲帽；(2)將拆卸下來的螺絲帽裝回?cái)Q緊；(3)把法蘭卡帶套在兩法蘭周圈上，用強(qiáng)力堵漏拉緊器將法蘭卡帶拉緊法蘭卡帶；(4)在包裹兩法蘭縫隙法蘭卡帶上部用沖子沖個(gè)凹坑；(5)把將注膠槍頭旋擰至絲桿注膠嘴上，并注密封劑；(6)完成后將多余法蘭帶剪掉完成。

適用工況：壓力小于5.0MPa，溫度小于850℃。優(yōu)點(diǎn)：泄漏情況應(yīng)用廣，定性無需預(yù)制，取材方便。缺點(diǎn)：操作較為復(fù)，工具要求輕拿輕放，防止產(chǎn)生火花引爆炸。

3 雙層夾具設(shè)計(jì)理念及結(jié)構(gòu)

3.1 雙層夾具的設(shè)計(jì)理念

通常我們所說的帶壓密封夾具指的是單層夾具，雖然應(yīng)用廣泛，但是在石油、化工等各大行業(yè)中存在各式各樣的泄漏，仍然有一些情況用通常的設(shè)計(jì)理念是無法完成的。當(dāng)泄漏孔徑大于10mm時(shí)，通常的單層夾具無法完成泄漏密封[5-6]，為此本文提出雙層夾具設(shè)計(jì)理念。

3.2 雙層夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)管道大孔徑泄漏時(shí)，可以通過雙層夾具中的內(nèi)夾具將泄漏孔覆蓋住的方法間接減小泄漏孔，泄漏介質(zhì)從管道流出到內(nèi)夾具表面，在進(jìn)入到空腔中，最后從外夾具的注劑接頭流出。

3.2.1 內(nèi)層夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

內(nèi)層夾具是起到引流和部分承壓作用，密封劑進(jìn)入到注劑空間，即內(nèi)外夾具形成的空腔，從而達(dá)到密封的作用。內(nèi)層夾具左右兩側(cè)縱向各有兩條細(xì)溝槽，當(dāng)注劑流入溝槽中，形成密封圈，防止密封劑進(jìn)入泄漏孔。上下橫向各有一條溝槽，作用是泄漏介質(zhì)的引流，內(nèi)夾具外側(cè)有一條溝槽，其與外夾具的注劑孔相對(duì)應(yīng)，注入密封劑時(shí)，密封劑通過該溝槽進(jìn)入到內(nèi)外夾具密封空腔，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 內(nèi)層夾具三維圖

3.2.2 外層夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

外層夾具主要的作用是承壓和密封，為了更好的達(dá)到密封效果，在外層夾具兩側(cè)設(shè)計(jì)了兩條細(xì)溝槽，當(dāng)注劑充滿溝槽時(shí)，形成密封圈，這樣就能達(dá)到更好的密封效果。其注劑孔與內(nèi)層夾具的注劑溝槽相對(duì)應(yīng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 外層夾具三維圖

3.2.3 內(nèi)外層夾具組合結(jié)構(gòu)

當(dāng)內(nèi)外層夾具通過焊接等方式組合在一起時(shí)就成為了一個(gè)整體，當(dāng)管道泄漏時(shí)整體安裝如圖3所示。

圖3 雙層夾具的整體組合

3.3 雙層夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

雙層夾具的設(shè)計(jì)是在管道泄漏孔徑大于10mm大孔徑泄漏的工況下設(shè)計(jì)的，其優(yōu)點(diǎn)如下：(1)雙層夾具能有效的解決大孔徑的泄漏，彌補(bǔ)了通用型單層夾具不適用大孔徑泄漏的缺點(diǎn)；(2)內(nèi)層夾具起到了一定承壓作用，如果在相同的溫度、壓力等工況下，雙層夾具整體會(huì)承受更大的壓力作用，適用范圍會(huì)更廣泛；(3)內(nèi)外層夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使整體的雙層夾具達(dá)到了更精準(zhǔn)、有效的密封效果。

4 結(jié)語(yǔ)

帶壓密封技術(shù)不僅是石油、化工等行業(yè)不可缺少的一項(xiàng)維修技術(shù)，現(xiàn)已經(jīng)擴(kuò)展到發(fā)電、冶金、水利、輕紡等各個(gè)領(lǐng)域。本文總結(jié)敘述了幾種常用帶壓密封技術(shù)的操作流程、適用工況及優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于帶壓密封技術(shù)單層夾具存在的不足之處，提出了雙層夾具的設(shè)計(jì)理念，并對(duì)大孔徑管道泄漏做了雙層夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，從中體現(xiàn)了單層夾具和雙層夾具的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。雙層夾具注劑式帶壓密封是一種技術(shù)上的創(chuàng)新與突破，進(jìn)行廣泛而深入的研究，具有很大的實(shí)際價(jià)值，它將為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的發(fā)展前景。