馬 馳，程亞川，劉 偉

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834000）

0 引言

為有效提高液氨充裝安全可靠性，企業(yè)將液氨充裝過程中使用的金屬軟管更換為萬向充裝管道系統(tǒng)，即“鶴管”。車間液氨裝車鶴管在裝車過程中，多次發(fā)生拉斷閥、旋轉(zhuǎn)接頭、卡箍式密封和密封圈等部件密封失效泄漏的問題；與液氨金屬軟管失效相比較，液氨鶴管失效不會(huì)造成大的液氨泄漏事故，但少量液氨泄漏也會(huì)造成環(huán)境污染或人員中毒事件的發(fā)生。本文通過升級(jí)密封圈材料、更換拉斷閥結(jié)構(gòu)型式和加強(qiáng)設(shè)備附件維護(hù)等措施，進(jìn)一步提高了液氨裝車鶴管的可靠性，對(duì)液氨鶴管及低溫裝卸設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)有很好的借鑒意義。

1 液氨鶴管整體描述

1.1 液氨鶴管設(shè)備介紹

車間采用液氨裝車鶴管為雙管型（50/25LAY），氣相液相鶴管獨(dú)立使用。

（1）液相鶴管。DN50 mm液相鶴臂，旋轉(zhuǎn)接頭（圖1），DN50 mm拉斷閥，DN50 mm液相管快速接頭等。

（2）氣相鶴管。DN50 mm氣相鶴臂，旋轉(zhuǎn)接頭，DN50 mm/DN25 mm異徑接頭，DN25 mm拉斷閥，DN25 mm氣相鶴臂，DN25 mm氣相管快速接頭等。

1.2 鶴管泄漏事例（表1）

表1 液氨裝車鶴管密封失效泄漏事例

2 液氨鶴管密封失效分析

2.1 旋轉(zhuǎn)接頭主密封失效原因分析

（1）旋轉(zhuǎn)接頭主密封圈是由聚四氟乙烯及內(nèi)襯304不銹鋼膨脹圈組彈片成（圖2），內(nèi)襯膨脹圈彈片以增大密封圈的彈性，在一定程度范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)密封補(bǔ)償。主密封直接與液氨介質(zhì)接觸，在鶴管泄壓時(shí)易產(chǎn)生冷流現(xiàn)象，致使密封PTFE聚四氟乙烯密封圈冷縮失彈，密封性能下降。若主密封圈在高彈狀態(tài)迅速進(jìn)入冷流狀態(tài)，PTFE聚四氟乙烯密封圈急劇收縮，304彈片由于硬度相對(duì)較高，彈片在密封圈冷縮后發(fā)生翅片脆斷，造成主密封失效泄漏。

圖1 旋轉(zhuǎn)接頭

圖2 旋轉(zhuǎn)接頭主密封

（2）鶴管在旋轉(zhuǎn)過程中，由于旋轉(zhuǎn)接頭滾道滾球潤(rùn)滑不到位，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)卡澀，在自身部件重量和外力作用下，導(dǎo)致滾道滾球和主密封圈受力不均。運(yùn)轉(zhuǎn)過程中造成主密封圈不均勻磨損，內(nèi)襯膨脹圈無法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，造成旋轉(zhuǎn)接頭細(xì)微泄漏。

2.2 拉斷閥失效泄漏原因分析

（1）拉斷閥O形密封圈脆斷失效。拉斷閥閥體內(nèi)有3個(gè)O形密封圈，材料為氟橡膠；由于氟橡膠的耐低溫性能一般，它能保持彈性的極限溫度一般為，氟橡膠玻璃化溫度在左右：橡膠在達(dá)到玻璃化溫度后，分子鏈段會(huì)凍結(jié)，橡膠硬化變脆，呈現(xiàn)玻璃態(tài)，喪失橡膠彈性。液氨在充裝過程中，鶴管泄壓時(shí)液氨迅速氣化可導(dǎo)致鶴管內(nèi)壁溫度快速下降至，氟橡膠由高彈狀態(tài)迅速進(jìn)入玻璃化溫度而彈性消失，在介質(zhì)壓力作用下，出現(xiàn)O形圈脆斷（圖3），即氟橡膠O形密封圈無法滿足低溫運(yùn)行要求。

（2）拉斷閥拉斷螺桿斷裂密封失效（圖4）。DN50 mm拉斷閥拉斷強(qiáng)度應(yīng)力為13 kN，DN25 mm拉斷閥拉斷強(qiáng)度應(yīng)力為4.8 kN。拉斷閥最大拉力強(qiáng)度原則上將純軸向張力作為計(jì)算基礎(chǔ)，即管線收到的張力平均分配到3顆拉斷螺桿上。在實(shí)際工況下，拉斷閥受到斜向張力，斜拉角度越大，張力負(fù)荷越集中在一顆或最多兩顆拉斷螺桿上，這時(shí)拉斷閥在較低閾值發(fā)生斷裂。而受到斜線張力更接近實(shí)際工況，在裝車過程中拉斷閥長(zhǎng)期受到一個(gè)方向斜向張力作用（拉斷閥外側(cè)一段的重量及拉斷閥內(nèi)側(cè)一段鶴臂拉簧拉力），導(dǎo)致一顆螺桿集中受力，使得一顆拉斷螺桿延伸預(yù)緊力不夠，導(dǎo)致拉斷閥中體密封泄漏。由于N25 mm拉斷閥拉斷強(qiáng)度較低，在鶴管對(duì)接安裝及充裝過程中受到斜線張力大于單個(gè)拉斷螺桿閾值，導(dǎo)致了N25 mm拉斷閥拉斷螺桿斷裂。

圖3 拉斷閥O形密封圈脆斷

圖4 拉斷閥拉斷螺桿斷裂

圖5 卡箍式連接拉斷閥

圖6 卡箍密封圈擠壓咬傷

（3）拉斷閥卡箍密封失效（圖5）。拉斷閥卡箍連接結(jié)構(gòu)裝配缺陷將嚴(yán)重影響卡箍密封的可靠性和穩(wěn)定性?？ü垦b配過松：裝配過松致使裝配完成后連接部位沒有被完全約束，受到擾動(dòng)可以在一定范圍內(nèi)位移，密封效果降低。卡箍裝配過緊：裝配過勁致使密封圈處于壓縮狀態(tài)，使用時(shí)間越長(zhǎng)、壓縮率越大，則由橡膠應(yīng)力松弛而產(chǎn)生的應(yīng)力下降就越大，以致密封圈彈性下降密封能力降低?？ü?jī)蓚?cè)無支撐或吊架：卡箍密封處不能承受過大的徑向力，一般要求在卡箍?jī)蓚?cè)安裝支撐或吊架。由于拉斷閥卡箍?jī)蓚?cè)無固定支撐，裝車過程中卡箍密封部位承受一定的扭力和彎矩，卡箍密封圈擠壓形成擠壓咬傷，致使卡箍密封圈密封性能下降（圖6）。

2.3 快速接頭O形圈密封失效

（1）扭曲現(xiàn)象。快速接頭（圖7）與槽車對(duì)接時(shí)，O形圈沿周向發(fā)生扭轉(zhuǎn)滾動(dòng)，造成O形圈扭曲損壞和泄漏（圖8）。

（2）磨粒磨損現(xiàn)象。當(dāng)工作環(huán)境中的灰塵和沙粒等被粘附在密封的間隙表面，成為侵入O形密封圈表面的磨粒，加速了O形圈的磨損，以致失去密封性。

3 改進(jìn)措施

3.1 旋轉(zhuǎn)接頭改進(jìn)措施

（1）液氨裝車過程中，鶴管泄壓時(shí)應(yīng)平穩(wěn)操作，防止液氨汽化后鶴管表面結(jié)霜，可有效降低冷流現(xiàn)象導(dǎo)致主密封圈失彈，確保主密封圈密封效果。

圖7 快速接頭及防塵蓋

圖8 快速接頭密封圈損傷

表2 各種常用橡膠玻璃化溫度

（2）將原304材料不銹鋼彈片改為316L材料不銹鋼彈片，降低彈片硬度，在滿足密封圈彈性同時(shí)降低了主密封彈片脆斷風(fēng)險(xiǎn)。

（3）合理制定旋轉(zhuǎn)接頭滾道滾球加脂潤(rùn)滑周期，防止卡澀造成主密封面不均勻磨損。根據(jù)鶴管使用頻率，旋轉(zhuǎn)接頭加脂周期應(yīng)13月為宜。

3.2 拉斷閥密封改進(jìn)措施

（1）拉斷閥O形密封圈采用三元乙丙橡膠：三元乙丙橡膠有良好耐氨性、耐低溫性，其玻璃化溫度Tg約-60左右，可滿足低溫運(yùn)行要求，有效避免了裝車過程冷流導(dǎo)致密封圈脆斷。各種常用橡膠玻璃化溫度可參考表2。

（2）氣相鶴管DN25 mm拉斷閥拉斷強(qiáng)度應(yīng)力較低，在充裝鶴管拉斷閥受到斜向張力作用致使拉斷螺桿斷裂，由于拉斷閥所受斜向張力無法消除，車間通過換大拉斷閥規(guī)格型號(hào)，即將DN25拉斷閥更換為DN50 mm拉斷閥，有效地提高氣相鶴管拉斷閥抗拉斷能力，確保氣相拉斷閥安全可靠。氣相鶴管變更為：DN50 mm氣相鶴臂，旋轉(zhuǎn)接頭，DN50 mm拉斷閥，DN50 mm/DN25 mm異徑接頭，DN25 mm氣相鶴臂，DN25 mm氣相管快速接頭。

（3）拉斷閥卡箍密封結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，較難控制安裝部位同心度和卡箍螺栓預(yù)緊力；由于拉斷閥卡箍?jī)蓚?cè)無固定支撐，卡箍密封處承受了一定的徑向力，使得卡箍密封效果無法保障。為了徹底消除卡箍密封帶來的隱患，將卡箍式連接拉斷閥更換為螺紋連接拉斷閥，密封型式由卡箍式密封變?yōu)槁菁y+靜密封圈密封，密封可靠性大幅提高。

3.3 快速接頭O形圈整改措施

（1）選用硬度合適的密封材料控制密封間隙。O形圈的硬度范圍，低硬度者用于低壓，高硬度者用于高壓。同時(shí)，安裝時(shí)應(yīng)在密封部位和接頭部位進(jìn)行潤(rùn)滑，可有效防止O形圈發(fā)生扭轉(zhuǎn)損傷。

（2）快速接頭的防塵蓋在裝車完成后一定要蓋好，防止沙塵等顆粒進(jìn)入。

4 總結(jié)

通過對(duì)液氨裝卸鶴管密封部位失效分析和改進(jìn)，有效地提高了鶴管裝車可靠性，降低了鶴管密封部位泄漏的風(fēng)險(xiǎn)和隱患，確保了液氨裝車安全可靠，對(duì)液氨裝卸鶴管及低溫裝卸設(shè)備維修保養(yǎng)均具有較好的借鑒意義。