带压密封讲义

正火
20R可用于0℃以下至-20℃，但必须保证材料韧性
Q235只适用于0℃～400℃，而且AF，A，B，C又不同。
20G锅炉钢板，钢管，含碳量0.2% 16Mn——含C量0.16%，Mn含量<1.5不标
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4. 紧固螺栓用材料 见表－4
螺栓钢号 35 40MnB 40Cr 30CrMoA 35CrMoA 螺母用钢 20，25 45，40Mn 45，40Mn 40Mn ，45 30CrMoA
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不同金属材料不同温度热膨胀系数表α ×10-6（1/℃），见表－5 温度℃ 20-100 材料 α 11.53 10.91 16.84 12.25 11.39 17.25 12.90 11.90 17.61 13.58 12.38 17.99 14.62 13.18 18.71 碳素钢 Cr5Mo 0Cr18Ni9Ti 20-200 20-300 20-400 20-600
PDi s C t 2[ ] P
该公式源于GB150内压圆柱形容器壁厚计算公式，为什么我们要首先从认识 这个公式开始呢，因为带压密封都跟压力容器或压力管道相关，最终老师们在编写 该科目的时候，首先当然是从理论上让它能够合理化，规范化以及标准化；就好比 1+1=2，为什么呢？自然有数学家去论证，而我们只需知道它是由公式得来，是经 过论证而得出的公理或定理，会计算就可以了。因此带压密封的夹具设计当中就必 然会考虑到它的材质、壁厚、强度等多方面的因素。公式的推导在这里就不细化了， 我们首先必须明白它是带压密封中夹具壁厚的计算公式，下面分项解析： 1、等式左边“S”壁厚的字母代号，代为mm；计算出来的夹具厚度至少大于S值。 2、P设计压力，设备在操作过程中不出现超压时取最高工作压力。如有可能超压 时应设超压泄放装置。泄放装置有安全阀和爆破片两种，亦可同时组合设置。泄放 装置的压力应不大于设计压力的10%或20KPa中较大值。如果用安全阀，安全阀的 开启压力为工作压力的1.10~1.05倍，对于堵漏夹具而言，取（P介质+5）MPa。 3、设计温度取介质的最高或最低温度，因为材料的许用应力跟温度有关。 4、许用应力材料以及温度确定后通过查表可得[σ]。
………………………(1)
应变
所以将σ和ε代入公式（1）得到： 刚性 EF=
………………………(2)
碳素钢应力——应变曲线
2.经覆盖或包容要形成合适容积的空腔容纳密封剂；
3.夹具与原密封结构（法兰外径或管外径）接触面之间要有合适的间隙量；
4.必须有连接注剂阀和高压注剂枪的结构，使密封剂进入空腔的注剂通道； 5.夹具制成剖分、三等分或四等分，等分段之间通过耳板由紧固螺栓连接组 成整圆形； 6.夹具结构型式，不应产生对泄漏部位形成拉应力的受力状态； 5 7.紧固螺栓性能等级宜选用不低于8.8级的双头螺栓。
（1）夹具厚度 S 由强度计算和刚性以及安装注剂阀尺寸要求确定，最小壁厚不小于 14mm； （2）夹具内径 D 根据测量泄漏法兰外径和热膨胀量确定 ； （3）凸台宽度 C C＝法兰最小连接间隙 - 0.3mm； （4）凸台内径 d d=D－（8～12mm）； （5）夹具宽度 B 由泄漏法兰内侧分别向两边延伸10～20mm； （6）连接螺栓数量、规格，根据螺栓承受的合力通过计算确定直径尺寸，法兰公称直 径 < 200mm，每侧可选用单条紧固螺栓； （7）耳板定位尺寸H，距剖分面5 ～10mm ； （8）螺孔中心与本体距离L1 L1= 相应螺栓配用垫圈半径+2mm； [注]：L1没有计入焊接坡口尺寸 （9）耳板孔间距L L=D1+（2×L1）mm，D1=D+2S；
表－4 使用温度范围/℃ -20～350 -20～400 -20～400 -20～400 -100～425
S45110（1Cr5Mo）
S45110（1Cr5Mo）
-20～600
5.金属材料受温度影响 承受温度作用后，原基本强度性能均有所降低。
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六、夹具设计
（一）夹具受力 1.夹具承受的力：夹具与原密封结构形成的密闭空腔内，承受泄漏系统压力 和密封注剂挤压力； 2.系统压力泄漏到密封空腔内，以泄放压力值，作用于空腔内壁。泄放压力 值的大小与泄漏孔洞大小成正比。该压力是均布载荷； 3.密封注剂挤压力是由专用工具组成的液压系统，为克服系统压力和密封注 剂在空腔内的流动、填满产生的阻力，施加高压推力形成的。该压力是变动 载荷； 4.密封空腔内的总力，是指在系统压力和密封注剂填满所需力之外，还有为 压实形成密封比压所施加的力； 5.对法兰用夹具和管道用夹具，密封空腔内压力，均垂直于内壁面，以正应 力为主，是作用于本体、耳板和连接螺栓的力源； 6.夹具受力的控制必须在材料弹性范围内应用。
夹具组成：夹具本体、耳板和紧固螺栓。
一、夹具在带压堵漏中的作用 1. 包容或覆盖泄漏点，由夹具和原密封结构形成密闭空腔； 2. 密闭空腔容纳密封剂，并形成密封比压； 3. 承受系统压力和密封剂挤压力；
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4. 组成新的密封结构。
二、对夹具的基本要求
1.要具有足够的强度和刚度；
OA线段为直线，说明应力与应变 之间是一个 常数，在A点之前，金属材料处于弹性范围。 弹性模量 应力
第五章 夹具设计
带压堵漏是一个综合性技术，由专用夹具、密封剂、专用工具 和封堵操作技术组成。专用夹具由本体耳板和紧固螺栓组成。据带 压堵漏技术的原理和封堵实际需要，夹具设计包括：夹具的材料选 择、结构的特点和应用、尺寸确定和强度计算。 夹具定义：安装在泄漏缺陷部位形成密闭空腔，提供强度和刚 度保证的承压构件。
注剂孔类别 结构形式及组成 形 式 组成 M8 M10 M12 M14 M8 M10 M12 M14 M20 直接连接枪 特 点
表—1 适用部位
标准注剂孔
防止注剂返， 适用高压、低温部位泄漏 便于更换螺 点作业采用无固化过程的 纹丝堵 密封剂，法兰夹具
注剂通孔
降低注剂推 进阻力
适用于低压，高温系统泄 漏封堵直管夹具
第一章 概述
带压密封技术在我国是从八十年代初开始逐渐发展起来的设备维修技术。当 运行中生产装置的设备、管道、阀门等发生泄漏，可以在不停车，不影响生产正 常运行的情况下，通过技术实施封堵，快速消除泄漏。 基本原理是：用夹具包容泄漏点建立密封腔（或利用原密封腔），以高于泄 漏系统压力的推力注入密封剂，达到工作密封比压，泄漏被阻止，从而实现再密 封。与法兰密封相近，增加泄漏介质在泄漏通道中的流动阻力，当阻力降大于设 备内外压差时介质即被封堵住。 技术组成：专用密封剂、专用夹具、专用工具、封堵操作技术四部分组成。 泄漏定义：隔离物体上出现的传质现象； 密封定义：防止或切断隔离物上传质的有效方法。动密封和静密封 带压密封在我国不论是从密封剂的研发还是夹具结构改进、专用注剂枪的改 进以及操作技术进步等方面都取得了巨大发展。并且该技术已经被广泛应用于流 程企业，对维护装置正常运转，杜绝跑冒滴漏发挥了很大作用。为确保技术实施 过程安全可靠，国家质检总局将带压密封列入特种设备作业监管范围，规定了从 业人员必须通过质检总局确定的考试机构组织考试，凭考试成绩和相关资料，经 发证部门审批，取得《特种设备作业人员证》方可持证上岗作 （1）金属材料的含碳量 （2）金属材料中合金元素的总含量 （3）热处理使金属内部结构发生变化
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2.夹具常用金属材料 (1) 分类 低碳钢 碳素钢 含碳量＜0.25%
中碳钢
高碳钢
含碳量=0.25～0.55%
含碳量＞0.55%
钢 低合金钢 合金钢 中合金钢 含合金元素总量＜5% 含合金元素总量=5～10%
三、夹具结构
变异法兰结构
法兰夹具
基本法兰结构
法兰密封增强结构
大直径、低压简易夹具 变异直管结构
夹具结构
基本直管结构
直管密封增强结构 组合紧固夹具 变异弯头结构
管段夹具
基本弯头结构 弯头密封增强结构 变异三通结构 基本三通结构 三通密封增强结构
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四、夹具结构相关尺寸 （一）相关尺寸的确定
1.法兰用夹具尺寸
高合金钢
(2) 机械性能 (3) 化学性能
含合金元素总量＞10%
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(4) 焊接性能：
夹具是由本体（组焊拼接）或本体与耳板或本体与侧端板通过焊接组成的承压结构。 碳素钢中的含碳量或合金钢的合金元素碳当量多少，对焊接接头性能质量有较大影响。 因此，规定碳素钢和低合金钢中的含碳量不大于0.25%，钢的临界碳当量（CEV） 为0.45%，保证材料的可焊性。
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（10）耳板厚度t由强度计算确定。 （11）耳板宽度：单螺栓等于夹具宽；双螺中心距离见表
孔中心距
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2.管道用夹具
注：管段包括直管、弯头、三通、 四通。 （1）夹具宽度由泄漏孔洞状况确定； 夹具侧板内边缘距泄漏孔洞边不 得小于15mm。 （2）空腔高度由泄漏介质温度高低 为主，结合密封剂固化速度和注入 操作技术综合确定。 （3）夹具内经D D=管道外径+2倍空腔高度； （4）夹具厚度由强度计算和刚性要 求确定。 （5）端封板厚度按强度计算或经验选取，可取 Y=(1.3~1.5)S mm
表－2
>10 0.1
3.间隙量与系统温度的关系。 （四）夹具线膨胀量 金属材料受温度作用后，产生伸长变形，不同金属材料不同温度下具有不 同的热膨胀系数和膨胀量。 夹具线膨胀量与金属材料的受热温度和相应的热膨胀系数以及构件长度（ 或直径）大小有关。 径向膨胀量 △ = α t L (D) 式中：α ——金属材料热膨胀系数，α×10-6（1/℃）； t ——夹具材料所处的温度，℃； L (D) ——泄漏部件的长度或夹具的内径，mm。
5、焊缝系数 与焊接接头形式、单双面焊和焊缝检测比例有关。一般是双面对接 焊取1~0.85，单面对接取0.90~0.80 6、壁厚附加量 C =C1+C2+C3 C1钢板负偏差，有标准可查到 C2冷热加工减薄量 C3腐蚀余量一般取1~4mm之间 声明：夹具最终还只是临时解决泄漏的一种技术，在大修或者机会检修的时候还 是必须拆除更换管道、阀门、垫片以作长期修复，因此不考虑壁厚附加量。 7、最小壁厚 当设计压力较低时用理论计算得到的壁厚很薄，从刚度、加工、运输等方面考 虑，必须有一个最小壁厚要求。一般是碳素钢或低合金钢不得小于3mm，高 合金钢不得小于2mm。如果是堵漏夹具设计，最小壁厚不得小于14mm。 常见的泄漏： 1、法兰泄漏：界面性泄漏、渗漏、破坏性泄漏、焊缝泄漏 2、管道、设备泄漏：焊缝缺陷（夹渣、气孔、裂纹、未焊透）腐蚀泄漏（均匀 腐蚀、应力腐蚀、区域腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、氢腐蚀） 3、振动和冲刷引起的泄漏 4、冲刷造成的泄漏 5、冻裂造成的泄漏 6、阀门泄漏：阀体缺陷，填料函磨损等造成泄漏。