SEC襯膠管道法蘭密封問題分析

張倩 葉碧鋒

引言：螺栓擰緊力矩和法蘭的平行度是法蘭密封的重要因素。SEC系統(tǒng)管道經(jīng)受長周期海水的沖刷腐蝕，工藝操作條件越來越苛刻，使得設(shè)備和管道法蘭密封泄漏問題更加突出。本文針對海南昌江項(xiàng)目SEC系統(tǒng)襯膠管道的法蘭安裝出現(xiàn)的問題，進(jìn)行分析總結(jié)。

前言

安全廠用水系統(tǒng)（SEC）既是冷卻系統(tǒng)的一個重要部分，也是核島與外界連接的第一個系統(tǒng)。SEC系統(tǒng)每個機(jī)組分AB兩個系列設(shè)計(jì)，從位于PX泵房的CFI系統(tǒng)鼓形濾網(wǎng)濾后水，經(jīng)PX泵房取水，經(jīng)GA溝、核島LX、NX廠房最終實(shí)現(xiàn)板式熱交換器及其他安全相關(guān)構(gòu)筑物、系統(tǒng)進(jìn)行熱量傳遞，排水則是通過NX廠房NEF區(qū)的SEC溢流井排入GS溝，然后由GS溝流至CC虹吸井，最終排入大海。

一、概述

海南昌江核電廠SEC系統(tǒng)主管線采用28”（外徑711mm）碳鋼鋼管，并采用鋼管襯膠或帶陰極保護(hù)并涂防腐涂層的防海水腐蝕處理工藝。SEC系統(tǒng)一個機(jī)組每個系列在GA溝有313米管道布置設(shè)計(jì)，整個LX廠房管道有53.45米的管道布置。LX廠房接入NX廠房后至貝類捕集器入口的母管中有50米管道布置設(shè)計(jì)。考慮到SEC大管徑的現(xiàn)場就位困難和便于后期因海水沖蝕進(jìn)行管道更換以及后期防腐檢查維護(hù)，核島廠房管段連接采用法蘭連接形式，部分連接處加入楔形墊塊，用于調(diào)整管道長度偏差，補(bǔ)償管道因熱脹冷縮產(chǎn)生的變形。本文針對SEC系統(tǒng)襯膠管道法蘭現(xiàn)場安裝存在的問題進(jìn)行論述。

二、現(xiàn)場案例描述

海南昌江核電現(xiàn)場SEC管段襯膠后進(jìn)行法蘭組對安裝過程中發(fā)現(xiàn)，由于法蘭兩側(cè)襯膠不規(guī)則，厚度不一致，尤其是法蘭邊緣襯膠層被延展，導(dǎo)致從襯膠法蘭組對安裝后的剛性面90°四點(diǎn)測量得到平行度最大值為2mm，而SEC管法蘭的平行度理論值為0.3mm，和企標(biāo)給定值不符。經(jīng)核查法蘭螺栓栓接記錄，每個螺栓扭緊力矩值均在廠家給定的合格范圍內(nèi)。法蘭是管道的重要部件，安裝的要點(diǎn)就是必須保證法蘭平行度和螺栓的擰緊力矩，確保法蘭連接面的密封性良好。現(xiàn)場SEC系統(tǒng)由于冷試施工節(jié)點(diǎn)的要求，施工單位趕工期，在一號機(jī)組A系列SEC襯膠管道安裝就位，水壓試驗(yàn)已經(jīng)完畢，施工單位才提出上述問題。對于普通工藝管道，我們可以通過切割焊口調(diào)整偏差，而襯膠管道的特殊工藝要求，所有的焊接都在襯膠之前完成，襯膠后不允許再對管道進(jìn)行切割焊口調(diào)整偏差，是為了保護(hù)管道內(nèi)部襯膠層不被破壞。襯膠工藝在秦山預(yù)制廠進(jìn)行，如果通過焊口調(diào)整平行度偏差，那么需要現(xiàn)場拆卸、預(yù)安裝后返回秦山重新襯膠，然后再重返昌江現(xiàn)場，造成人力，時間上的損失。隨后我們了解到，0426等項(xiàng)目SEC襯膠管道也存在同樣的問題。

三、技術(shù)分析

3.1 螺栓擰緊力矩對法蘭密封的影響

法蘭密封是通過螺栓的預(yù)緊力，使墊片和法蘭密封面之間產(chǎn)生足夠的壓力，通過墊片表面產(chǎn)生的變形來填補(bǔ)法蘭密封面的微觀不平度，實(shí)現(xiàn)初始安裝時密封的條件，達(dá)到不泄漏的目的。為達(dá)到密封所作用到墊片上的最小單位壓緊力，稱為比壓力y。墊片的有效緊固力與管系的工作壓力的比值稱為墊片系數(shù)m。兩片法蘭密封面之間的距離在操作狀態(tài)要比初始狀態(tài)大，這時墊片與法蘭密封面的緊密性是靠墊片的回彈力來保證的。綜上所述在初始密封階段，墊片的表面塑性變形填補(bǔ)法蘭密封面的微觀不平度起決定作用；而在操作狀態(tài)下的法蘭密封，墊片內(nèi)部的彈性回復(fù)起主導(dǎo)作用。螺栓預(yù)緊力是影響法蘭密封的一個重要因素，那么配合不同材質(zhì)的墊片法蘭螺栓的擰緊力矩是如何得到的，我們以海南昌江項(xiàng)目SEC系統(tǒng)1號機(jī)組A系列1SEC0009C-20” 管道BN.9N60.046.T03管段中一組DN500，150級凸面對焊法蘭為例。

法蘭等級為PN2.0MPa，公稱直徑DN500，設(shè)計(jì)溫度48.2℃，螺栓材料42CrMo4。法蘭用密封墊片材料為氯丁橡膠，墊片為IBC墊片，墊片外緣延伸至與螺栓相切。墊片接觸寬度 =38mm；墊片接觸面平均直徑為546mm；設(shè)計(jì)壓力P=2.0MPa，常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力 =212MPa；法蘭密封面型式為凸臺面（RF）；設(shè)計(jì)溫度下螺栓材料的許用應(yīng)力為 =205MPa；螺栓公稱直徑 =30mm；螺栓個數(shù)n=20。經(jīng)計(jì)算法蘭每個螺栓所需的緊固力矩T值是418N.m，根據(jù)廠家提供，配用氯丁橡膠墊片的20”，150LB碳鋼法蘭，螺栓的擰緊力矩給定值是408N.m，安全系數(shù)K取值0.16∽0.2，參考值在367∽449 N.m；而一般石化行業(yè)按安全系數(shù)按0.11∽0.15取值，一般取0.13.

3.2 平行度對法蘭密封的影響

安裝的另一個要點(diǎn)就是必須保證法蘭平行度，確保法蘭連接面的密封性良好。法蘭的平行度檢查，在法蘭的外緣，相距90°的四點(diǎn)處用塞尺或者游標(biāo)卡尺檢查法蘭的平行度。法蘭連接應(yīng)與管道同心，保證螺栓自由穿入。在工業(yè)管道施工驗(yàn)收規(guī)范（GB50235）中，提到管道法蘭間的平行度偏差不得大于法蘭外徑的千分之1.5，且不得大于2mm。而對于不同等級的設(shè)備連接法蘭平行度則有更加嚴(yán)格的平行度偏差要求。安裝過程中不得用強(qiáng)緊螺栓的方法消除平行度偏差。

3.3 解決方案

經(jīng)上述分析，SEC系統(tǒng)管道已安裝就位的襯膠管道組對法蘭，通過四點(diǎn)測量硬面的平行度控制在2mm內(nèi)，同時保證每個螺栓的扭緊力矩在10%范圍內(nèi)；未安裝的襯膠管道法蘭平行度控制在0.3mm，同時每個螺栓滿足扭緊力矩值。

四、技術(shù)改進(jìn)

工業(yè)裝置設(shè)備和管道法蘭密封問題，不僅涉及到節(jié)能和環(huán)境污染問題，更重要的是關(guān)系到設(shè)備的長周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。SEC系統(tǒng)長周期海水的沖刷腐蝕，工藝操作條件越來越苛刻，使得設(shè)備和管道法蘭密封泄漏問題更加突出。有時為了解決密封問題，往往采用提高法蘭等級的做法。其實(shí)為了比較合理的解決法蘭密封泄漏問題，更應(yīng)重視的是密封墊片的選型；其次，螺栓預(yù)緊力是影響法蘭密封的一個重要因素，要達(dá)到良好的密封，預(yù)緊力必須均勻的作用于墊片，因此，當(dāng)密封所需的預(yù)緊力一定時，采取減小螺栓直徑，增加螺栓個數(shù)的措施，對密封也是有利的。

參考文獻(xiàn)

[1]李新華.葉寶龍.國外管道法蘭用密封墊片標(biāo)準(zhǔn)匯編.

[2]于浦義.張?jiān)气F.石油化工鋼制管法蘭.SH3406-96.北京.

[3]ASME B16.5管道法蘭和法蘭管件.2003.

[4]GB150.1～GB150.4-2011.壓力容器.

（作者單位：中國核電工程有限公司鄭州分公司）