法兰类泄漏常见带压堵漏方法

法兰类泄漏常见带压堵漏方法
1 引言
化工企业在生产过程中，生产装置连续运行、介质、工况比较复杂，因腐蚀、磨损、冲刷、焊接、制造缺陷等因素影响，常常导致运行中的设备、管道、阀门、法兰等部位发生泄漏。

泄漏介质存在易燃易爆、高温高压、有毒有害的特点。

泄漏部位存在随时间增加而泄漏扩展迅速的特点。

在不动火、不破坏原密封结构、不影响装置运转的情况下，常用带压堵漏技术在常温、带压条件下迅速安全地消除泄漏。

注剂式夹具法因其特点在带压堵漏中应用较多。

我们在多年的带压堵漏工作中，接触到管道、法兰、弯头、阀门等多种泄漏情况，发现一些问题，也总结了一些经验。

本文就从注剂式夹具法的原理、特性以及在高温、高压条件下，阀门、三通、弯头等特殊部位，夹具密封空腔体积大等情况下在堵漏过程中常见的问题及解决方法做分析和思考。

2 注剂式夹具法堵漏原理及特性要求
2.1 堵漏原理
注剂式夹具法的基本原理是以流体介质在动态下用固状密封材料密封的密封机理为依据，利用泄漏部位的外表面与特制的堵漏夹具的构成密封空腔，用机械加压装置（油泵），通过注剂专用工具（注剂枪）采用大于泄漏介质系统内压力的推力将具有塑性、流动性、固化性、能耐介质温度的密封剂注入密封空腔，密封剂填充密封空腔堵塞泄漏通道。

密封剂在一定条件下固化，增大流体流动阻力，切断泄漏通道，阻止介质外泄，在泄漏部位形成一个新密封结构产生适当的密封比压，达到消除泄漏的目的。

2.2 密封剂的固化特性
密封剂注入密封部位后在一定条件下会逐步固化，其固化时间是密封剂的重要指标。

无论是热固化或非热固化，都有一个由塑性体转变为弹性体或由流体转为固体的过程，完成这个过程的时间与温度的密切关系。

绝大多数密封剂的固化时间与温度成正比。

因此密封注剂在注射温度下，即不能固化太快，也不能因此过慢。

密封剂注入密封部位后在一定条件下会逐步固化，其固化时间是密封剂的
重要指标。

无论是热固化或非热固化，都有一个由塑性体转变为弹性体或由流体转为固体的过程，完成这个过程的时间与温度的密切关系。

绝大多数密封剂的固化时间与温度成正比。

因此密封注剂在注射温度下，即不能固化太快，也不能因此过慢。

固化太快易发生早期固化现象，先后注入的密封剂不能形成很好的连续整体，易出现间断界面，降低密封可靠性。

固化过慢则在注剂过程中，未固化的流动性好的密封剂会被强大的注剂力从夹具与泄漏接触面的间隙中挤出，不易充满密封空腔，泄漏密封比压不足使得泄漏介质（如气体）易从间隙处外泄，达不到良好的堵漏目的。

密封剂固化时间，还与注剂量有关，注剂量越大，则密封剂固化时间相应增加，常用密封剂固化特性见表1、图2
表1 密封剂温度与固化时间表
图1 密封剂温度与固化时间表
2.3 夹具接触面间隙要求
夹具制作后，夹具与泄漏部位外表面接触部分间隙有严格控制，防止塑性好的密封剂固化前外溢，造成密封空腔不易充满，密封比压不足造成堵漏失败。

见表2
表2 配合间隙与泄漏截止关系表
3 实际过程中存在的问题及原因
3.1 夹具制作困难
生产装置因形状误差大、变形、组对误差、焊接变形、安装偏差、腐蚀等原因形成形状、尺寸等不标准，差异大，错口、夹角角度不标准，表面凹陷等情况，使得测量数据困难误差大，夹具设计后加工制造困难。

实际工作中，夹具加工制作完成后还需现场修配以减小配合间隙，尤其在压力较高时配合间隙要求也较高，否则密封剂易从间隙处外溢，造成堵漏效果达不到要求。

而现场环境往往比较恶劣，使得测量及修配难度大。

3.2 密封空腔大，注剂量大
泄漏原因是因腐蚀、冲刷造成壁厚减薄、穿孔形成的其泄漏部份周围也存在壁厚减薄的现象，夹具与泄漏表面接触面需远离危险截面，造成夹具密封空腔增大。

泄漏部位处于特殊位置（如弯头、三通、球阀阀体），因便于夹具固定、制造需要，夹具与泄漏表面接触面需远离泄漏部位而造成夹具密封空腔增大。

密封空腔大，造成注剂固化时间长、注剂时间增加，成本聚增。

3.3 注剂固化时间长、注剂压控制不易
泄漏介质的性质、温度、压力同密封剂固化试验的参数差异较大，特殊部位的大密封空腔形成的大注剂量使得实际固化时间比理论、试验固化时间增加许多。

在腐蚀、磨损、冲刷形成泄漏的部位，其周围存在一定范围的壁厚减薄现象，注剂时因密封剂流动阻力、注剂固化使注剂压力需大于泄漏部位介质内压力。

注剂压力过大会造成泄漏点扩展，过小密封剂密实性不足，密封比压达不到要求。

3.4 耗时长，影响装置运行
在实际工作中夹具需在现场修配，由于现场环境恶劣（高温高压，有毒有害，
易燃易爆）使得修配过程耗时较长（据工作经验修配耗时一般占整个过程的1/3-2/5），密封空腔大等原因使堵漏过程耗时增加。

而随时间延长泄漏有急骤扩展的特点，造成堵漏困难，影响装置运行。

4 解决方法
4.1 密封形式的改进4.1.1 采用口环密封形式
采用口环密封式夹具能较好解决问题。

口环密封式夹具是在夹具结合面、夹具与泄漏表面配合面形成密封，使得介质存在于密封空腔内，形成一个内压容器。

夹具在结合面，配合面，加工—密封槽、密封槽内放置两侧有注剂槽的金属密封环（金属密封环根据介质特性选用铜、不锈钢18-8等材料）。

通过金属密封环受力后发生变形的特性使其与结合面贴合，减小结合面间隙，达到配合间隙要求（不需修配）。

而后再注入密封剂使金属密封环注剂槽充满密封剂，固化后达到一定密封比压，阻止泄漏。

密封环厚度依据GB150-1998《钢制压力容器》所规定的壁厚强度计算公式确定，见图2
图2 口环密封夹具图
4.2 夹具的改进
4.2.1改变夹具注胶空间
2009年10月，甲醇LIC30前法兰泄漏，由于法兰有错边现象，在现场测量泄漏点时，按照标准夹具结构型式设计在此位置使用效果不明显。

标准夹具的设计只适合与两法兰比较规整，没有错边的情况，而且要求密封胶的流动要好，且夹具的注胶空间较少，一旦出现跑胶现象时只能是用垫子沿着跑胶位置堑，因而标准夹具的设计在使用过程中效果差。

针对以上存在的问题，根据现场实际情况，泄漏法兰有明显的错边并且螺栓的强度较差，两法兰端面的紧力也不一致，夹具设计时在夹具的外端面增加了凸边增强措施，减少了注胶时注胶的压力对螺栓的影响。

通过在夹具的内圆径向加工一注胶腔，形成一个大的
注胶填充室，并在两边同时加挖两道填料槽，弥补现场夹具安装时法兰本体的错边缺陷，加工完成后在现场安装进行带压堵漏，注剂过程完成后夹具虽有跑胶现象但总体效果比改进前要好。

经过对夹具结构进行修改，提高了带压堵漏的安全性，同时也提高了错边法兰带压堵漏的成功率。

夹具改进如图3所示。

图3 改型夹具图
4.2.3 修改设计增强夹具的适应性
2008年9月20日，二套聚甲醛P-421A法兰泄漏，两法兰错变量8mm多，而且不规则，若采用常规方法则无法解决，系统停车不可避免。

此次的泄漏法兰外形极不规则，大小不一错边量大，如果用前面的设计是不能满足本次的堵漏要求。

在以往多次的带压堵漏中不断摸索，夹具设计方面积累了大量的经验，经过调整设计，研制出注剂顶压夹具，即在夹具填料槽的后方挖出一道容胶槽并加注胶孔注入密封胶，安装夹具后首先在填料槽后方注胶，把填料抵死在法兰上补偿吻合超差间隙，更有效的防止了夹具的跑胶，实施后效果良好，成功的完成了带压堵漏，避免了系统全面停车，保证了装置正常运行。

另外，该方法同样使用与铸造性法兰和圆度较差的法兰堵漏，效果非常好。

注剂顶压夹具如图4所示。

图4 注剂顶压夹具图
4.3 注剂方法
夹具安装前保证密封空腔的排放阀开启，减轻安装难度及注剂压力。

注剂时先注密封环配合面间隙较小的部位，然后从两侧向配合间隙大的部位依次逐步注剂。

密封剂注剂完成后关闭排放阀进行二次补充注剂，避免密封剂与介质接触后溶解、失重，夹具受压产生微量变形等原因，引起密封间隙产生或密封比压达不到要求而产生泄漏。

5 结论
通过采用口环密封形式，夹具结构型式及注胶方法的改进，有效地解决了设备泄漏缺陷部位的吻合超差补偿，夹具结构更为合理，降低夹具的注胶次数，从而提高了夹具使用的安全可靠性，同时也提高了带压堵漏的工作效率，降低了施工人员暴露于危险作业区的时间并可以节省密封材料的消耗。

同时还大大增加了不停车带压堵漏的一次成功率，消除了带压堵漏中的夹具泄漏环节，降低了施工人员因反复施工造成的工作量，和不停车带压堵漏的成本。

还解决了夹具跑胶密封效果差引起泄漏而对操作人员的安全威胁，消除了泄漏对环境的污染。

参考文献
[1]《压力容器压力管盖带压密封技术》.王金荣.天津大学出版社.2007年第一版.
[2]《堵漏技术》.胡忆为.杨世儒.化学工业出版社 20年第11版.
[3] GB150-1998.钢制压力容器。