帶壓堵漏夾具的設計及應用

李 江

北京燕華工程建設有限公司 北京 102502

帶壓堵漏技術，又稱在線強注膠密封或帶壓密封技術。其特點是，在連續生產的裝置中，當設備、管道（包括三通、彎頭）、閥門填料函等發生物料、蒸汽等泄漏時，采用帶壓堵漏技術進行應急處理，保證裝置正常生產；當裝置全部或部分工藝停工檢修時，再對泄露部位進行更換處理的一種應急技術。該技術可以在不降低系統運行壓力和溫度，不改變原流量、流速，不停產的情況下，消除各種泄漏，可以避免因非計劃停車而造成的經濟損失。

帶壓堵漏的工作原理：在生產裝置中的設備、法蘭、管道、閥門等，由于某種原因在正常生產工藝狀況下發生泄漏，在不破壞原密封結構的情況下用專用的包容物包容泄漏點，建立一個新的封閉空腔；然后用高于原系統壓力的推力將具有彈塑性的專用密封劑注入到空腔內，并填滿壓緊，在一定的時間和溫度的作用下使密封劑固化，最終形成一個新的密封結構，從而達到封堵泄漏的目的。

1 夾具的結構

帶壓堵漏用的夾具形式要根據泄露部位的特點進行設計，各類很多，最常用的是法蘭密封墊片泄漏用固定夾具。該類夾具使用機率高，應用范圍廣，它的基本結構見圖1。它是用2 個半圓形的構件組成的夾具，本體經機械加工而成，耳板與本體的組成采用焊接結構[1]。

圖1 法蘭夾具結構圖

（1）夾具的內徑（D內）以法蘭外徑為基準，該尺寸通過實際測量確定。因為各生產裝置所用的法蘭標準種類較多，又由于法蘭制造時的偏差及長期運行造成的金屬材料表面氧化等，都影響法蘭外徑的實際尺寸。所以，夾具的內徑必須經現場測量法蘭外徑后確定。夾具內徑與法蘭外徑之間的允許間隙包括測量法蘭外徑誤差、夾具制造偏差及其熱膨脹量在內，總的間隙量應控制在0.1～0.5mm。允許間隙量的大小與系統壓力的高低成反比，即系統壓力越高，間隙量應越小。

（2）夾具厚度（S）由強度計算確定。

（3）夾具凸臺寬度（b）通過對兩片法蘭之間的間隙進行測量后確定。最少應在法蘭圓周內測量4—5 點，取其最小尺寸。

（4）夾具凸臺內徑（d）是為了減少空腔的容積和密封劑的消耗，同時有利于封堵操作和便于安裝夾具。凸臺內徑以不接觸原法蘭螺栓為原則，按實際尺寸確定。確定方法是先測量法蘭邊緣與螺栓之間的距離，然后用法蘭外徑減去該距離的二倍，圓周內測量4—5 點，取其中的最大計算尺寸作為凸臺內徑的值。

（5）夾具寬度（B）以兩片法蘭的間隙尺寸b 為基礎，向兩側分別延伸10～20mm。法蘭公稱直徑大，系統壓力高，夾具寬度需要相應加大。

（6）密封劑注入孔與法蘭螺栓孔數相同，孔數與孔位的配置應盡量減少密封劑在注入區段內的流動距離、減少擠壓力對夾具的負荷。一般設M12 內螺紋與標準注射閥連接，配鉆φ4mm 密封劑通道。夾具上的注入孔在安裝時要放在兩個螺栓之間的位置。

（7）夾具耳板焊接在剖分面上5～10mm 處。

2 夾具的尺寸計算

2.1 夾具的受力分析

密封劑在空腔內以最大擠壓力（p注）作用在夾具的內壁，經多點分別注入后，由局部擠壓力過渡到均勻分布。系統壓力以均布載荷同時作用在夾具內壁，由系統壓力和單點擠壓到均布擠壓的合力（F）可以用公式（1）推導。夾具受力分析[1]示意圖見圖2。

圖2 夾具受力分析示意圖

B——夾具寬度；

p——夾具承受的內壓力；

S——夾具厚度。

2.2 夾具的緊固螺栓截面確定

夾具是由兩個半圓構件組成的，通過螺栓將兩側耳板連接在一起。假設連接螺栓數目為n 條，每條螺栓所承受的拉力為T，則兩側緊固螺栓所承受的總拉力（nT）應與夾具均布內壓合力（F）相平衡。

即nT=F

螺栓截面積（A）計算見式（2）。

式中：[σ]t——螺栓在t℃時的許用應力

2.3 夾具厚度的確定

為了保證夾具具有足夠的強度，應使夾具截面上的應力不高于所用金屬材料的許用應力（[σ]），見式（3）。

如果夾具的各部分不是整體制造，而是由若干部件焊接組成，則許用應力要乘以焊縫系數（φ），即得式（5）。

把D中=D內+S 帶入（5）式，可得夾具的厚度（S），見式（6）。

由于帶溫帶壓封堵泄漏，夾具必然受泄漏介質的溫度影響。因此，應把［σ］修正為金屬材料在實際工作溫度下的許用應力[σ]t。最終公式應為式（7）。

式中：D內——夾具內徑；

［σ］t——t℃時夾具材料的許用應力，MPa；

φ——焊縫系數；

C——厚度附加量；

P——系統壓力或密封劑擠壓力，MPa。

按照《帶壓堵漏技術暫行規定》及經驗，P 的選取原則為，系統壓力低于7MPa 時，以擠壓壓力選取，P 取7MPa；系統壓力大于7MPa 時，按系統壓力選取。

3 夾具的設計

某煉油廠延遲焦化裝置焦炭塔框架二層四通閥前有一對法蘭發生泄漏，應業主要求對該法蘭進行帶壓堵漏作業。該法蘭公稱直徑DN300，PN10.0，系統壓力3.5 MPa，溫度500℃，介質為渣油。按照圖1 確定夾具的相關尺寸[2]。

（1）夾具內徑（D內）經現場用外徑千分尺測量兩片法蘭外徑分別為，左側φ568.3mm，右側φ570.6mm。

（2）夾具凸臺寬度（b）的確定：由于法蘭之間有塊八字盲板，盲頭在外已經被切割掉，法蘭之間還夾著八字盲板環，故法蘭間隙比較大，測量的最小值是62mm。

（3）夾具凸臺內徑（d）的確定：現場測量法蘭邊緣到螺栓之間的深度最小為15mm，故d=570.6- 15×2=540.6mm。

（4） 夾 具 寬 （B） 按 照 選 取 原 則 取62+19+19=100mm。

（5）夾具厚度（S）按照式（7）計算。由于系統壓力小于7MPa，其中P 取7MPa，D內取570.6mm。由于夾具采用整板加工，焊縫系數φ 取1，材料選擇16MnR，許用應力[σ]t查表取64MPa，厚度附加量C 取7，帶入式（7）得：

（6）注膠孔數與法蘭孔數一致，取20 個孔。

（7） 螺栓規格由式（2） 確定，n 取4，D中=D內+S=570.6+40=610.6 mm，B=100mm，P=7MPa，材料選擇35CrMoA，[σ]t查表得193 MPa，則得：

故，螺栓的公稱直徑選M27。

4 夾具加工圖

按照計算結果，設計出了夾具加工圖[2]，加工圖及制作說明見圖3。

圖3 法蘭夾具加工圖及制作說明

5 結論

（1）經過對泄露部位進行分析、調研并科學核算，采用帶壓堵漏夾具進行應急處理的方法是可行的，對于保證裝置非計劃停車，把握泄露點處理的時機具有積極意義。

（2）在石油化工企業生產和運營過程中，其生產設備、管道、閥門等部位在受到某種因素的影響而造成泄漏時，為了降低安全風險和減少因泄漏對環境的污染破壞，尤其是大型系統緊急退料停車可能也需要一定時間，所以帶壓堵漏是異常情況下的不得已為之的應急處置作業。

（3）帶壓堵漏存在一定的安全風險，在未對管壁腐蝕狀況、泄露原因進行有效檢測和分析前，嚴禁盲目進行帶壓堵漏。更要嚴禁帶壓堵漏后認為萬事大吉，長期“帶病”運行。正確的做法是選擇適當時機減負荷、降壓力，退盡料、停裝置，及時進行更換。