球閥,蝶閥,截止閥,氣動球閥,氣動角座閥

對3.5MPa 邊界閥法蘭密封———柔性石墨金屬波齒復合墊片密封的泄漏進行了密封失效分析，并提出了改進方案，解決了墊片密封短期失效問題。

1、前言
　　某石化公司加氫裂化裝置蒸汽管道系統中，3.5MPa邊界閥法蘭部位采用了柔性石墨金屬波齒復合墊片密封，墊片規格為312×260×3mm。當蒸汽壓力從1.5MPa、溫度200℃上升至壓力3.2MPa、溫度260℃時，法蘭密封處發生蒸汽介質泄漏，導致密封短期失效，隨后2次更換了同批次墊片，該處均發生同樣狀態的蒸汽泄漏。為了避免類似事故發生，確定能否繼續使用該墊片，對柔性石墨金屬波齒復合墊密封失效原因進行調查分析，并對墊片的制造工藝進行改進。

2、密封失效情況及原因分析
2.1、系統工況
　　加氫裂化裝置是原料油在高溫高壓下與氫氣進行裂解反應的裝置。裝置中3.5MPa 蒸汽管道系統分支較多，在高溫狀態下，熱膨脹量大，常使管道受力不均，法蘭處受到的扭矩作用較大，尤其在溫度壓力頻繁波動情況下，管道法蘭因受力而易產生偏口、錯口，造成法蘭墊片密封的強度大。原法蘭也曾使用過軟鐵八角墊密封，但由于墊片補償性差，也常發生泄漏。本次裝置停工檢修后，法蘭采用了柔性石墨金屬波齒復合墊密封，但在裝置壓力溫度波動后仍發生了蒸汽泄漏。

2.2、墊片失效檢查
　　2.2.1、墊片表觀檢查

　　現場拆卸下來的墊片兩密封面破損嚴重，有的部位已失去柔性石墨材料的覆蓋，表面暴露出金屬波齒的齒尖，柔性石墨復合層已沿波谷弧線凹陷，內徑邊緣有多處鼓泡，并沿直徑方向向外沿伸。墊片的金屬波齒結構比較完整，沒發現被壓損的裂痕，內外徑尺寸經測量變化不大。

　　2.2.2、原墊片力學密封性能測試

　　按照GB/T19066.3-2003《柔性石墨金屬波齒復合墊片技術條件》的規定，參照GB/T12622-2008《管法蘭墊片壓縮率、回彈率的試驗方法》和GB/T12385-2008《管法蘭墊片密封性能試驗方法》對原工藝生產的同批墊片進行了壓縮回彈性能、密封性能測試。
2.3、失效原因分析
　　綜合分析裝置系統工況條件、失效墊片表觀情況及同批次墊片性能測試結果認為，造成3.5MPa 邊界閥法蘭密封失效的主要原因是: 墊片石墨復合層存在缺陷，降低了柔性石墨金屬波齒復合墊片可壓縮密封力，保證不了墊片的密封性能。

　　2.3.1、柔性石墨復合層厚度選配不合理

　　柔性石墨材料在墊片組合結構中起著柔彈可壓縮和密封作用。墊片表觀檢查結果說明，當墊片石墨復合層的厚度和密實度不足時，墊片承壓后，表面石墨層斷裂并下陷入金屬波齒波谷內，造成波齒尖突出石墨層而外露，失去密封作用，密封力下降，導致墊片密封失效。

　　2.3.2、柔性石墨復合層粘貼不牢

　　當石墨層與金屬波齒粘貼不牢時，蒸汽易從復合層的間隙中滲透泄漏。雖有波齒波谷的阻隔作用，在系統溫度、壓力的波動下，壓力蒸汽仍容易沿墊片內徑邊緣向外沿伸，導致蒸汽泄漏，墊片表面許多鼓泡就是由此產生的。
3、改進方案與實施
　　通過失效原因分析，提出了墊片制造技術改進方案。

3.1、柔性石墨材料復合層厚度的優選
　　柔性石墨層復合工藝過程中，應注意以下2個方面: 一方面在柔性石墨材料復合承壓后，金屬波齒尖不應突出石墨層而外露，以避免由此降低或破壞柔性石墨層的密封作用。另一方面在柔性石墨材料復合時應注意填實金屬波齒結構的波谷，以防止形成波谷的空隙，而影響墊片的壓縮和回彈性。基于以上考慮，選擇了不同厚度的柔性石墨板材復合后進行壓縮回彈性能試驗，
根據GB/T19066.3-2003《柔性石墨金屬波齒復合墊片技術條件》的要求，綜合考慮，墊片加工工藝最終選定墊片石墨復合層厚度為1.5mm。

3.2、高溫粘結與預壓復合
　　為了提高柔性石墨材料層與金屬波齒在高條件下的粘結牢度，改用高溫粘結劑。在柔性石墨層粘貼后，為促使柔性石墨材料充分地填實波谷空隙，提高墊片復合效果，增強墊片承載能力和回彈性能，墊片加工工藝過程增加了一道預壓工序，預壓應力為10MPa。

3.3、改進后的波齒復合墊片力學密封性能試驗
　　依據原墊片進行壓縮回彈和密封性能測試試驗標準和條件，對改進后工藝生產的墊片產品進行了力學密封性能測試，結果見表4。壓力循環密封試驗按照現場工況條件，墊片預緊壓力35MPa，介質壓力：1.0MPa→4.5MPa→1.0MPa→4.5MPa→1.0MPa→4.5MPa→1.0MPa，工藝改進后生產的柔性石墨金屬波齒復合墊片產品具有良好的壓縮回彈和密封性能，達到并超過了GB /T19066. 3-2003《柔性石墨金屬波齒復合墊片技術條件》的要求。表5、圖2 壓力循環密封試驗結果表明，生產工藝在保證墊片金屬波齒結構的基礎上[3]，改進了石墨層的復合技術，進一步發揮了柔性石墨材料在波齒墊片結構中的密封功能，增強了波齒墊片的組合密封性能，從而提高了柔性石墨金屬波齒復合墊片產品在壓力波動條件下的密封可靠性。

4、結語
　　通過3.5MPa 邊界閥法蘭用柔性石墨金屬波齒復合墊片密封失效的分析，對復合墊片制造加工工藝技術進行了改進，新工藝生產的墊片產品已用于加氫裂化裝置蒸汽管道系統，密封效果良好，解決了3.5MPa 邊界閥法蘭密封短期失效問題。