李 江

北京燕華工程建設(shè)有限公司 北京 102502

帶壓堵漏技術(shù)，又稱在線強注膠密封或帶壓密封技術(shù)。其特點是，在連續(xù)生產(chǎn)的裝置中，當(dāng)設(shè)備、管道（包括三通、彎頭）、閥門填料函等發(fā)生物料、蒸汽等泄漏時，采用帶壓堵漏技術(shù)進行應(yīng)急處理，保證裝置正常生產(chǎn)；當(dāng)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(yīng)急技術(shù)。該技術(shù)可以在不降低系統(tǒng)運行壓力和溫度，不改變原流量、流速，不停產(chǎn)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(jīng)濟損失。

帶壓堵漏的工作原理：在生產(chǎn)裝置中的設(shè)備、法蘭、管道、閥門等，由于某種原因在正常生產(chǎn)工藝狀況下發(fā)生泄漏，在不破壞原密封結(jié)構(gòu)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(tǒng)壓力的推力將具有彈塑性的專用密封劑注入到空腔內(nèi)，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(jié)構(gòu)，從而達到封堵泄漏的目的。

1 夾具的結(jié)構(gòu)

帶壓堵漏用的夾具形式要根據(jù)泄露部位的特點進行設(shè)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(yīng)用范圍廣，它的基本結(jié)構(gòu)見圖1。它是用2 個半圓形的構(gòu)件組成的夾具，本體經(jīng)機械加工而成，耳板與本體的組成采用焊接結(jié)構(gòu)[1]。

圖1 法蘭夾具結(jié)構(gòu)圖

（1）夾具的內(nèi)徑（D內(nèi)）以法蘭外徑為基準(zhǔn)，該尺寸通過實際測量確定。因為各生產(chǎn)裝置所用的法蘭標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)徑必須經(jīng)現(xiàn)場測量法蘭外徑后確定。夾具內(nèi)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(nèi)，總的間隙量應(yīng)控制在0.1～0.5mm。允許間隙量的大小與系統(tǒng)壓力的高低成反比，即系統(tǒng)壓力越高，間隙量應(yīng)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(yīng)在法蘭圓周內(nèi)測量4—5 點，取其最小尺寸。

（4）夾具凸臺內(nèi)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(nèi)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(nèi)測量4—5 點，取其中的最大計算尺寸作為凸臺內(nèi)徑的值。

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

（6）密封劑注入孔與法蘭螺栓孔數(shù)相同，孔數(shù)與孔位的配置應(yīng)盡量減少密封劑在注入?yún)^(qū)段內(nèi)的流動距離、減少擠壓力對夾具的負荷。一般設(shè)M12 內(nèi)螺紋與標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)以最大擠壓力（p注）作用在夾具的內(nèi)壁，經(jīng)多點分別注入后，由局部擠壓力過渡到均勻分布。系統(tǒng)壓力以均布載荷同時作用在夾具內(nèi)壁，由系統(tǒng)壓力和單點擠壓到均布擠壓的合力（F）可以用公式（1）推導(dǎo)。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(nèi)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(gòu)件組成的，通過螺栓將兩側(cè)耳板連接在一起。假設(shè)連接螺栓數(shù)目為n 條，每條螺栓所承受的拉力為T，則兩側(cè)緊固螺栓所承受的總拉力（nT）應(yīng)與夾具均布內(nèi)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(yīng)力

2.3 夾具厚度的確定

為了保證夾具具有足夠的強度，應(yīng)使夾具截面上的應(yīng)力不高于所用金屬材料的許用應(yīng)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(yīng)力要乘以焊縫系數(shù)（φ），即得式（5）。

把D中=D內(nèi)+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(zhì)的溫度影響。因此，應(yīng)把［σ］修正為金屬材料在實際工作溫度下的許用應(yīng)力[σ]t。最終公式應(yīng)為式（7）。

式中：D內(nèi)——夾具內(nèi)徑；

［σ］t——t℃時夾具材料的許用應(yīng)力，MPa；

φ——焊縫系數(shù)；

C——厚度附加量；

P——系統(tǒng)壓力或密封劑擠壓力，MPa。

按照《帶壓堵漏技術(shù)暫行規(guī)定》及經(jīng)驗，P 的選取原則為，系統(tǒng)壓力低于7MPa 時，以擠壓壓力選取，P 取7MPa；系統(tǒng)壓力大于7MPa 時，按系統(tǒng)壓力選取。

3 夾具的設(shè)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(fā)生泄漏，應(yīng)業(yè)主要求對該法蘭進行帶壓堵漏作業(yè)。該法蘭公稱直徑DN300，PN10.0，系統(tǒng)壓力3.5 MPa，溫度500℃，介質(zhì)為渣油。按照圖1 確定夾具的相關(guān)尺寸[2]。

（1）夾具內(nèi)徑（D內(nèi)）經(jīng)現(xiàn)場用外徑千分尺測量兩片法蘭外徑分別為，左側(cè)φ568.3mm，右側(cè)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(jīng)被切割掉，法蘭之間還夾著八字盲板環(huán)，故法蘭間隙比較大，測量的最小值是62mm。

（3）夾具凸臺內(nèi)徑（d）的確定：現(xiàn)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(tǒng)壓力小于7MPa，其中P 取7MPa，D內(nèi)取570.6mm。由于夾具采用整板加工，焊縫系數(shù)φ 取1，材料選擇16MnR，許用應(yīng)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(shù)與法蘭孔數(shù)一致，取20 個孔。

（7） 螺栓規(guī)格由式（2） 確定，n 取4，D中=D內(nèi)+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(jié)果，設(shè)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(jié)論

（1）經(jīng)過對泄露部位進行分析、調(diào)研并科學(xué)核算，采用帶壓堵漏夾具進行應(yīng)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(yè)生產(chǎn)和運營過程中，其生產(chǎn)設(shè)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(fēng)險和減少因泄漏對環(huán)境的污染破壞，尤其是大型系統(tǒng)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(yīng)急處置作業(yè)。

（3）帶壓堵漏存在一定的安全風(fēng)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(dāng)時機減負荷、降壓力，退盡料、停裝置，及時進行更換。