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机械密封件泄漏的预测与防止

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机械密封件泄漏的预测与防止

发布日期:2021-12-21 作者: 点击:

随着现代石油、化工、冶金、原子能、电子、宇航技术的发展,对不同用途的高压、超高压、高真空、超 高真空,甚至极 高真空设备的密封要求越来越高。其中有的结构复杂,内部有很多管道和传动机构;有的体积很大,达几百立方米,甚至数千立方米。在这些设备中管道的总长度可达几公里,焊缝、密封连接的总长度可达数十公里,检漏工作量十分巨大。由于实际上很难制造出没有泄漏的装置,且从某种意义上实现无泄漏也是不可能的,因此,一般情况下,对制造出的设备均应进行检漏试验。而无论采用哪种检漏方法,总要花费一定的时间、人力、物力和财力,故进行检漏试验时,一定要正确理解和使用检漏方法,尽量减少“漏诊和误诊”,并尽可能从工程或成套装置的准备、设计、加工、安装、试运转、正式运转等各阶段对密封问题作周密的考虑,采取各种有效措施,减少泄漏。以下对装置在设计、制造、安装调试以及运行过程中的泄漏预测与防止以及检漏程序作一说明。

项目准备阶段

一、项目准备阶段需考虑的主要问题


在装置制造、购买、检查阶段,须充分重视密封问题,特别是项目准备阶段,即在考虑制作和购买什么样装置才能符合使用要求时,更应加倍重视。场地条件、经济性、装置的性能、安全性以及环境问题都是预备阶段应考虑的事项。实际上,在该阶段,对可能引起泄漏的主要因素以及发生泄漏时应采取什么样的措施等问题均应作周密的考虑,主要为:

1、了解装置的工艺原理和方法,即加工制造的装置安装在工艺流程的哪一部分,起什么作用,如何使用等;

2、了解设备、装置的工况条件,包括使用的温度、压力、介质特性以及可能承受的冲击、振动和工艺状况的波动等;

3、确定允许的泄漏率,即规定指标泄漏率,并明确出现泄漏时如何检测,如何维修;

4、如何保证装置的耐久性,即保证装置在正常运行条件下泄漏率不再增加;制定在使用过程中出现异常情况时应采取的措施;

5、对装置的危险性、可能出现的突发事故进行分析,预测装置在操作失误时能否经受突发事故,以及发生突发事故时的危险程度和影响范围;

6、制定明确有效的各项标准以及相应的措施,判断所需的经费和可能取得的效果。


二、指标泄漏率

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可见不论什么情况,都很难笼统地规定允许泄漏率。即使是装置相同,由于设计、加工制造和使用工况等千差万别,其中一个条件变化,允许泄漏率也要随之变化。如果不考虑成本,对允许泄漏率要求越严,越有利于安全。

如表7-1所示,确定压力装置的允许泄漏率时,要考虑到各种复杂因素,其中最难以估量的是漏出的气体、液体对周围环境的污染,或由此产生的危险

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泄漏出的气体或液体气化后向周围扩散,由于气体的扩散系数、性质、气温、风速、风向、地形等条件的不同,扩散速度和扩散状态变化很大,因而即使是同样的泄漏率,其对环境和人员的危险性也会不一样。

三、泄漏状况与装置运行时间的关系

任何装置在使用过程中随着服役时间的增加,性能会不断下降。通常装置的泄漏率会随着服役时间的增加而增加。如图7-1所示,装置在继续使用过程中,泄漏率也会不断增大,直到某一时刻,突然超过允许的泄漏率,发生严重泄漏,造成装置无法运转,甚至带来环境污染或造成人员和财产的严重损失。因此,在计划、设计、制造、购买、组装和建设的每个阶段都应以符合允许泄漏率为目标,并使装置的紧密性状态尽可能长期地维持下去。但实际上这种要求是很难达到的,因此,只能通过定期检修和日常维护加以补救。任何部门都应制定装置的维修标准和定期维修计划。

事实上,在许多企业的装置维修方案中,对泄漏问题常常没有做明确规定,有的甚至在项目装备阶段也没有认真做过考虑。

对装置运行过程中泄漏率的增加,突发性泄漏事故的产生及其预防、解决措施等均应做认真考虑,这不仅对防止危险和事故的发生十分必要,而且对了解装置和部件的可靠性、耐久性也很重要。另外,通过装置实际运转状态和理想状态的比较,可以获得重要的技术数据,对装置的设计、制造和维护均有十分重大的意义。

进行严格的检漏试验、提高允许泄漏率指标是提高装置可靠性、延长装置维修周期的重要保证。但是,即使已经进行了严格的检漏试验,使用过程中,也必须经常注意泄漏的发生,可能情况下,要了解泄漏发生的概率和应该采取的措施,完善日常检修和定期检修的标准,确定定期检修的时间间隔。

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设计阶段

从基础设计到包括每一张零部件图和组装图的实际设计,中间要经历很多阶段,每一阶段都不应忽略泄漏问题。虽然设备制造阶段和检查阶段同样存在引起泄漏的各种原因,但是,经验表明,泄漏问题大多出在设计阶段。因而,如果在设计阶段就能加以重视,就有可能大大减少泄漏的发生和由此引起的各种事故。在设计阶段,对泄漏问题主要应考虑如下几项内容。

(1)合理规定设备的最大允许泄漏率,由此再规定各零、部件的最大允许泄漏率。

(2)加工、安装、运转过程中,对不同零部件(或整个设备)采用哪种检漏仪器和检漏方法。

如果用压力检漏方法时,要考虑:

1、容器充气后的耐压性能;

2、容器中有无会被示漏气体腐蚀的材料;

3、检漏时焊缝的位置是否暴露在外面;

4、如何通入示漏气体;

5、检漏过程中若采用氨、放射性气体等,则设计时就应考虑排除、冲洗和回收等装置。

如果用真空检漏法时,要考虑:

1、容器是否允许处于负压状态;

2、采用什么样的真空泵;

3、检漏仪的连接方法。

( 1)工艺设计要合理。例如,通常只允许真空容器的一侧有焊缝,如需增加焊缝的强度,在真空一侧应采用连续焊,在非真空一侧则采用断续焊。

(2)选择材料时也应考虑泄漏问题。选择金属材料时应考虑材料的抗拉、抗压强度以及高温强度、低温脆性、硬化特性、切削性、焊接性、使用过程中的耐腐蚀性等。有机材料的选择通常比金属材料的选择困难得多。对有机材料,应根据使用目的、温度、压力、力学性能(压缩率、回弹率、复原力)、耐久性等进行选择。选择过程中应全面考虑与泄漏有关的因素,如材料的致密性、透气率、表面蒸汽压等。

(3)结构设计时应充分考虑密封、检漏和修复等方面要求。设计中要尽可能避免“寄生空间”,以缩短检漏的反应时间。结构设计时的注意事项如表7-3 所示。

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加工制造阶段


加工制造过程中出现的泄漏,通常与制造水平和加工人员的素养有关,例如电焊工的水平低,或者没有按照图纸要求加工等。有时,设计时对密封问题考虑不周造成的后果,可以通过加工制造阶段加以弥补。因此,加工制造人员具备密封的基本知识,时时关注泄漏问题十分重要。

在加工制造过程中,对泄漏问题主要应作如下考虑。

一、 焊接件的检漏

设备零部件的焊缝是否需要进行检漏,应根据焊接质量和设备所允许的最大泄漏率来确定。焊缝的检漏是在零部件的加工过程中进行还是在总装以后进行,需视具体情况而定。例如,某些设备由于装配后焊缝不暴露在外面,此时,即使发现了漏孔也无法进行补焊。又如某些大容器在总装后其容积过大,因而检漏灵敏度可能很低,检不出小漏孔,从而达不到检漏的要求。对于类似这样的容器和设备,应在零部件的加工过程中就对焊缝进行检漏。

经过检漏的零件在对焊缝进行切削加工后,应再次进行检漏,补焊后的焊缝也需重新检漏。

二、其他加工件的检漏

金属板材一般不需检漏(除铸件外),但对表面和内部有缺陷(夹渣、气孔、裂纹)的金属材料,则必须进行检漏。

机械加工后的工件一般也不需要检漏。但薄壁管材经弯曲后可能出现裂纹,因此需要对弯曲部位进行检漏。

三、机械加工

与焊接加工相比,机械加工一般不会引起泄漏。机械加工时,尺寸和精度符合图纸要求就可以了,通常无需另外采取措施。

铸造件进行机加工时,去掉表层氧化皮后,里面的铸造气孔可能暴露出来。虽然铸造气孔未必都会引起泄漏,但对泄漏率要求很严的装置和部件,这样的铸造件就应报废,或应采取有效的修补措施。密封面的光洁度对连接的密封性能有明显影响,对金属密封件来说,通常密封面光洁度越高,密封效果越好。对非金属垫片,则不必采用很高的光洁度。密封面光洁度的选择,除了应考虑连接的密封效果外,还应考虑机加工成本。此外,连接的密封面部分必须采取保护措施,以免在加工、组装和使用过程中出现划伤等缺陷。

四、组装过程

组装过程中认真注意泄漏问题十分重要。组装阶段,可以对以前各阶段出现的问题作综合检查,也可对设计或加工阶段采取的防止泄漏措施作进一步的检验。在组装过程中,可以对各零部件的尺寸精度、表面加工状态、有无伤痕等进行再次检查。根据组装状况,还可大致判断出设备是否会发生泄漏。组装人员的经验和技术水准,将对组装后的设备质量产生很大影响。


安装调试阶段

在以前各个阶段中,认真注意了泄漏问题,而且又进行了检漏试验,但是否真有效果还有待于在安装调试阶段作综合判断。

安装调试阶段应考虑的检漏问题如下:

1、经过检漏的零、部件如受到过较大的机械冲击或振动,需在总装前再次进行检漏。

2、根据安装顺序按步骤进行检漏。最好是在每装好一个部件后,便对该部件和连接处进行检漏,检漏合格后再安装下一个部件。

3、在安装过程中,对经过再次加工过的某些零部件应重新检漏。例如有些管道在装配时承受了较大的载荷,或者重新弯曲过,都会造成焊缝和母材的开裂,此时,必须重新检漏。

4、安装后首先应对密封连接处进行检漏,其次再做分段和总体检漏试验。

5、总体检漏试验通常可采用压降法或静态升压法。如果系统允许的泄漏率较低,就应适当延长试验时间。使用经过校正过的压力计、真空计或传器。由于检测元件通常受气温、气压变化影响,必要时应进行修正。如果系统总的泄漏率低于允许的泄漏率,便可结束试验,进入运行阶段。相反,如果系统总的泄漏率高于允许的泄漏率,就应作进一步的检漏,找出泄漏原因和泄漏点,并采取修补、更换等措施。

6、在做总体检漏试验前,最好先进行分段检漏。试验时关闭连接各种装置的阀门,或临时安装盲板,将整个装置分为几段。然后,对每一段进行检漏。检漏时亦可采用压降法或静态升压法。为缩短试验时间,各段检漏可同时进行。必要时应采用其他检测仪器和方法进行检漏,以确定每段的泄漏状况,找出泄漏点。对于需进行烘烤或冷却的部件,必须经冷、热冲击试验后再进行检漏。例如冷阱、冷却障板等部件,在烘烤除气后,应立即注入冷却剂(液氮、氟里昂等),然后测量其泄漏率。值得注意的是,在这些过程中,泄漏不一定是在最冷态或最热态出现。

7、如果检测出泄漏,又确定了泄漏点,就应立即进行修补或更换。修补或更换后的部件或设备应重新进行检漏,直至合格为止。表7-4列出了部分泄漏原因和应采取的措施。

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运行维修阶段

如果在以前各阶段中,作了彻底检漏并进行了修补,通常短时间内不会出现泄漏。正式运转阶段中,如果经常出现泄漏,就应根据产生泄漏的不同性质,重新进行计划、设计和加工阶段的审查。运行维修阶段主要应做好以下几项工作。

一、运转日记

为了能对事先制定的维修计划不断进行修正,使之趋于完善,应该详细记录设备每天的运转状况。设备的运转日记里同时应记录泄漏方面的情况。不仅要记录系统压力、温度、流量等的变化,而且应把与泄漏有关的情况都记录下来。由于泄漏与工况、介质,设备的结构、材料等诸多因素有关,所以有时很难检查出泄漏的原因,如果有详细的记录,就便于依据记录作出正确的判断,并采取相应的预防措施。此外,对维修检查内容也应作详细记录。

二 、 维修、检查

在设备运行维修工作中应高度重视泄漏问题,并采取相应的措施。例如,积极地进行检漏试验,也属于维修工作的一部分。对加压装置,可采用检漏器每天巡回检测一次;对真空装置,可暂时关闭排气系统的阀门,采用静态升压法作短时间的检漏试验。某些部件更换后,如出现泄漏故障,与更换前的状况比较后往往可以判断出具体的泄漏点。若能每天坚持记录设备的运转情况,则除了突发性泄漏外,一般可以预测系统何时将出现超过允许泄漏率的泄漏问题。实际使用过程中应逐步修改维修计划以使之更符合实际情况。

三、定期检修

定期检修对防止泄漏十分重要。平时发生泄漏,设备不能停止运转,只能采取临时性措施。定期检修时,由于设备停止运转,因而可以做彻底的修补,也可以更换新的部件,对更换的部件要进行检漏。另外,定期检修可以进一步查明泄漏原因,找出防止泄漏事故发生的方法。

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