化工廠不停車帶壓堵漏夾具設計應用總結

高鴻翔

(河南工業貿易職業學院，河南 鄭州 450012)

1 概述

由于化工生產的連續性，一旦投入原料開車，系統運行周期的長短直接關系到工廠的經濟效益。由于化工生產過程中介質的高溫、高壓、強腐蝕、配件缺陷等原因，設備不可避免地會出現跑、冒、滴、漏現象。一旦出現較大泄漏，如不及時處理，輕則造成工藝介質的浪費，重則引起系統停車，甚至造成重大環境污染或火災事故。近20年來，我國化工企業對不停車帶壓堵漏技術進行了較好的應用，減少了非正常的停車次數，保證了生產穩定長周期運行，取得了明顯的經濟效益。不停機帶壓堵漏技術就是利用高壓注射槍將特制的堵漏密封膠強行注入到裝有專用夾具的泄漏處，并在短時間內形成新的密封結構，從而阻斷介質的泄漏。該項技術主要設備由密封夾具、注射閥、注射泵和堵漏密封膠等組成。本文對不停車帶壓堵漏夾具設計及封堵的一些經驗進行總結，并提出了改進的建議。

2 密封夾具的設計

密封夾具的設計要依據泄漏部位的介質種類、溫度、壓力及幾何外形，合理地選擇夾具適合的材料和結構，是夾具設計的首要工作。

2.1 密封夾具材質的選擇

密封夾具的材質選擇要以材料允許的最高使用溫度和最佳承載性能為依據，常綜合考慮泄漏介質、溫度、壓力以及各種材料的基本性能等因素。一般情況下應首選普通碳素鋼，因其機械性能可滿足夾具強度的要求，且具有良好的及加工和焊接性能，常用的普通碳素鋼為Q235;對中高壓泄漏介質可選用合金鋼，如20R、16MnR;強酸強堿等具有腐蝕性的介質可選用不銹鋼，如1Crl8Ni9Ti;高溫高壓的介質，應選用與設備材質相同或耐熱鋼。同時，夾具材質的選擇要符合《鋼制壓力容器(GB150－1998)》中的規定。

2.2 夾具壁厚的確定方法

式中:S－夾具壁厚(mm)，且不應小于60mm;P－夾具設計壓力(MPa)，;D－夾具的最大內徑，mm;［σ］－夾具實際使用溫度下材料的許用應力(MPa);Φ－焊接接頭系數，取O.7，當夾具為整體材料加工時，取l.0.;C——厚度附加量;ψ－修正系數。

2.2.1 夾具設計壓力的確定

根據工程實際，一般取泄漏介質內壓加5MPa 作為夾具強度計算時，高壓介質的設計壓力可取1.2 倍的系統內壓。

2.2.2 修正系數ψ 的確定

夾具的寬度B 與注膠孔直徑相差不大是，注劑螺栓孔對夾具強度的削弱是不可忽視的，因此對計算出的夾具壁厚進行修正。夾具的寬度B 取泄漏點寬度加30mm 計算，且應符合(Bb)/2≥S，一般注膠孔為M12，則修正系數ψ=B/(B－12)。

2.2.3 夾具壁厚附加量C 的確定

在夾具設計時，除考慮強度外還必須考慮剛性問題，以防止在注射過程中因擠壓力致使夾具變形，導致注劑堵漏失敗。在強度計算后，必須以提高剛性為目的增加厚度6mm，在高溫高壓下取計算厚度的1.5 倍。

2.3 密封腔的確定

夾具是將泄漏點包容起來，通過注膠孔打入密封膠，形成新的密封，從而達到堵漏的目的。密封腔的幾何尺寸大小，直接決定了堵漏的成敗。密封腔過小，密封膠流動性差，不能均勻布滿腔體，難以形成新的密封;密封腔過大，夾具外形相應增大，堵漏膠消耗也相應增加。

2.3.1 密封腔最大直徑D 與寬度b 的確定

根據實際密封效果與密封膠流動性考慮，密封腔的最大直徑應在需堵漏的構件外形尺寸基礎上，增加10mm，密封腔寬度應較泄漏點寬度增加30mm。

2.3.2 與構件配合處尺寸的確定

為使夾具密封腔形成有效密封，夾具與構件配合處必須有尺寸配合要求，如不考慮熱膨脹問題，夾具與構件的配合間隙應控制在0.5mm 內。由于化工廠介質化學反應溫度往往比較高，高溫作用導致熱膨脹，引起夾具幾何尺寸發生變化。實際工作中，介質溫度超過100 度時，夾具尺寸的確定必須考慮到熱膨脹的問題，熱膨脹量δ=a ×ΔT ×d，式中a－材料的熱膨脹系數，鋼材的熱膨脹系數為1.2 ×10－2mm/℃;ΔT－介質溫度與室溫的差值(℃);d－夾具與構件配合處的孔徑(mm)，不同的孔徑需分別計算熱膨脹量。

2.3.3 與構件接觸處密封槽的選擇

對于高壓高溫介質的泄漏，為防止膠的泄漏，必須增強夾具與構件接觸處的封閉性能。在保證夾具強度和剛度前提下，可在夾具的接觸處開設5 ×5mm 密封槽，可在密封槽內嵌入銅絲。對于壁厚≥24mm 的夾具可采用兩道密封槽。夾具一般做成兩瓣或四瓣瓣式，以便于加工、安裝。

2.4 連接螺栓直徑和耳板厚度的確定

2.4.1 夾具連接螺栓直徑的計算

2.4.2 連接耳板厚度的計算

2.4.3 注膠孔的確定

注膠孔的位置和數量，決定了密封膠能否充滿密封腔，是堵漏夾具的關鍵參數之一。一般注劑孔的中心距離不應大于lOOmm，高壓高溫堵漏夾具注膠孔應適當加密，法蘭堵漏夾具的注劑孔的數量不應少于該法蘭連接螺栓的個數，壓力低、幾何尺寸小于100mm 的堵漏夾具注劑孔不應少于2個。

3 密封劑的選擇

正確選擇的密封劑，是堵漏成功的主要保證。密封劑的選擇主要依據泄漏部位介質及操作溫度而定，同時，基于考慮堵漏成本，應需表一:密封膠選用。

要適宜溫度的密封膠，使用過程注意節約。在密封劑選擇中，可以對照進行選用，各個廠家牌號不同，表一為天津某品牌密封膠。

4 帶壓堵漏技術的應用

中原某大型化肥廠自1996年引進了帶壓堵漏技術以來，成功應用不停車帶壓堵漏技術對尿素合成塔下法蘭密封面泄漏、高壓甲銨冷凝器出口閥門泄漏和一段爐裂紋泄漏等一系列高壓、高壓和易燃易爆介質的管道、法蘭、閥門的封堵，多次避免了系統非正常停車，挽回經濟損失上千萬元，保證了生產長周期穩定運行。但化工廠泄漏介質大多是高溫、高壓、且是有毒有害、易燃易爆的的危險介質，帶壓堵漏施工帶有很高的危險性。因此，帶壓堵漏人員必須經過專門的培訓，考核合格后方可進行施工操作，施工前必須做好現場清理，制定好疏散預案，現場操作人員要做好監控，施工中必須遵守防火、防爆、防靜電、防燙傷等國家有關規定，配戴好安全防護用品。

5 結語

不停車帶壓堵漏技術是化工廠設備應急修補技術，夾具設計的優劣直接關系到堵漏作業能否成功。盡管可以應用公式和經驗參數設計出各種不同的夾具結構，但實際工作中遇到泄漏問題千差萬別，夾具的設計需要在現場實踐中，不斷對夾具進行優化設計。