法蘭密封面

【學員問題】換熱器法蘭密封面墊子失效原因分析？

【解答】一、前言

長輸管線沿線各站使用的浮頭式換熱器經(jīng)常發(fā)生刺漏，馬5中轉(zhuǎn)站安裝投運的兩臺BES700型浮頭式換熱器投運不到8個月，浮頭法蘭、管箱法蘭墊失效刺漏達4次之多，其中最嚴重的一次，泄漏的原油從蒸汽管路進進鍋爐鍋筒中，直接影響了長輸管線的正常運行。更換墊子時發(fā)現(xiàn)：①拆卸1#換熱器浮頭蓋法蘭密封面上有一處撞擊形成的凹坑，凹坑周邊約有1/2突出。2#換熱器浮頭蓋法蘭密封面上有五處撞擊形成的凹坑，多數(shù)凹坑周邊約有1/2以上突出；②目測浮頭管板密封面在管束處高，周邊低；③按圖紙要求，換熱器墊片使用的是JB/T4720—92橡膠石棉墊，符合圖紙要求；④浮頭管板邊沿管束焊縫離密封面間隔6～8mm.

二、換熱器法蘭密封面墊子失效刺漏的原因分析

2.1溫度的影響

馬5中轉(zhuǎn)站擔負著逐日1200m3原油液量的外輸任務，為順利地把原油輸送到距其8 2km的黃玨聯(lián)合站，要求出換熱器原油的溫度為60～70℃。

（1）溫度對材質(zhì)性能的影響。馬5中轉(zhuǎn)站換熱器浮頭蓋與浮頭管板的密封是兩塊鉤圈鉤卡在管板背面，形成卡鉤法蘭，用螺栓連接，卡鉤法蘭是整體加工后切成兩瓣。鉤圈、螺栓等材料在使用過程中，因長期處在100～120℃的高溫的環(huán)境下，其機械性能降低，還會發(fā)生蠕變和應力松弛現(xiàn)象（同質(zhì)的鉤卡不同的部位其熱脹量也不同），使螺栓的拉緊力減小。導致法蘭對墊子的壓緊量減小而刺漏。

（2）溫度對墊片的影響。馬5中轉(zhuǎn)站換熱器法蘭使用的是耐油石棉橡膠板做的墊子，墊片長期在55～120℃的高溫作用下會使其老化而失往彈性造成墊子漏失。

（3）溫度差的影響。換熱器法蘭、筒體、螺栓、管箱、墊片之間存在溫度差，使各部分熱脹冷縮不均，導致馬5中轉(zhuǎn)站換熱器法蘭墊子泄漏。

（4）熱疲憊的影響。換熱器在工作過程中，受反復加熱和冷卻，使之產(chǎn)生較大的熱應力，特別是螺栓反復受此力作用，結(jié)構遭到破壞，螺母松動擰緊力減小，致?lián)Q熱器法蘭墊子泄漏。

2.2壓力波動的影響

（1）馬5中轉(zhuǎn)站定期用1000m3事故罐底水，大排量對8 2km的長輸管線進行清蠟，或上游來水量增加，因此當管線內(nèi)輸大量水時，其粘滯阻力減小，外輸干壓減小，此時產(chǎn)生壓力波動，壓力波動量約為0 15～0 25MPa.

（2）加大外輸排量時干壓升高，產(chǎn)生的壓力波動量約為0 15～0 25MPa

（3）因各種故障需頻繁停、啟時，產(chǎn)生的壓力波動量在0～2 5MPa之間。換熱器法蘭、螺栓、墊子在上述交變的壓力作用下輕易產(chǎn)生變形，造成墊子失效。

2.3設計方面的原因

（1）馬5中轉(zhuǎn)站換熱器浮動管板的邊部換熱管距密封面間隔小。在更換墊子時，目測浮頭管板邊沿管束焊縫離密封面間隔只有6～8mm，這樣在焊接換熱管過程中輕易使換熱器浮動管板產(chǎn)生變形變化，影響了原加工尺寸的穩(wěn)定性，從而使法蘭密封面發(fā)生變化，影響了浮頭法蘭密封程度，導致泄漏。（2）馬5中轉(zhuǎn)站換熱器選用耐油石棉橡膠板做換熱器法蘭墊子，由于石棉橡膠墊性質(zhì)比較軟，在制造、焊接、組裝施工過程輕易變形破損，從而導致法蘭墊片失效剌漏。

2.4加工精度的影響

換熱器固定管板法蘭密封面的管板與管束不垂直，使兩法蘭對口平行度有偏差。密封面之間若發(fā)生0 15mm的偏差（見圖1），上法蘭螺栓時很難將墊片壓緊，導致該點優(yōu)先泄漏。

2.5人為方面的原因

法蘭密封面上的凹坑、突有缺陷，影響法蘭的密封程度。馬5換熱器在11月上旬更換墊子時發(fā)現(xiàn)1#、2#換熱器浮頭蓋法蘭密封面上的凹坑深度多數(shù)小于1mm，1#換熱器浮頭蓋法蘭密封面內(nèi)圈邊上約有3mm長，深度大于1mm的徑向刮傷凹坑，邊上1/2突出。根據(jù)現(xiàn)場施工情況分析，這些凹坑、突有缺陷的產(chǎn)生，可能都是在拆卸、組裝時損傷。拆下浮頭蓋后其下部的鉤圈在往里碰撞后脫落，砸到浮頭蓋法蘭密封面而損壞法蘭密封面。

2.6腐蝕的影響

螺栓的絲扣腐蝕影響螺栓的擰緊力致?lián)Q熱器法蘭墊子泄漏，或密封面腐蝕致?lián)Q熱器法蘭墊子泄漏。

三、解決方法

換熱器是大型焊接的壓力容器設備，長期經(jīng)受高溫、高壓的工作環(huán)境，其設計、制造、維修都需嚴格遵守各種規(guī)程，針對目前換熱器法蘭經(jīng)常刺漏現(xiàn)象，本文提出以下幾點解決方法。

（1）現(xiàn)場發(fā)生換熱器換熱管漏失時，因換熱器殼程內(nèi)結(jié)垢、銹蝕難以將損壞的換熱管抽出更新熱管。建議將固定管板與換熱器筒體法蘭焊為一體，即在筒體上焊上盲法蘭，盲法蘭上開孔眼穿換熱管，這樣可以減少設計上造成的漏點數(shù)目。用此方法，在發(fā)生多根換熱管泄漏，影響過流面積和換熱面積時，割開法蘭更換全部的管程。

（2）由于耐油石棉橡膠板墊子存在諸多不利因素，建議使用金屬墊片作為法蘭密封墊。由于金屬墊片的密壓比為110MPa，比3mm厚的橡膠石棉板墊片整整大10倍（現(xiàn)已經(jīng)采用金屬墊片，使用效果很好）。法蘭墊片不應有疙瘩、裂縫、凸坑、皺紋、毛刺等缺陷，特別不能有徑向刻痕，不答應使用斜墊片和雙墊片，安裝墊片時，必須處理法蘭密封面上一切影響密封的缺陷。

（3）馬5中轉(zhuǎn)站換熱器浮動管板的邊部換熱管距密封面間隔小，受焊接熱影響作用大，在焊接換熱管過程中輕易使換熱器浮動管板產(chǎn)生焊接變形變化，影響密封面的密封程度。在浮頭管板上焊接換熱管時，為了減少焊接時引起法蘭密封面變形，可將浮頭蓋法蘭（不焊封頭）及鉤圈用螺栓上緊，法蘭面與管板對記號。若在此基礎上增加其他鋼性固定，減少焊接時熱影響區(qū)內(nèi)的焊接變形。

（4）上、下兩塊鉤圈在設計上采用螺栓固定，以防人為脫落，砸傷人及法蘭密封面。

（5）法蘭連接的留意事項。

法蘭連接時應留意：①法蘭與筒體組裝前，要用角尺對筒體端面進行檢查，端面傾斜尺寸不能大于1 5mm；②法蘭與筒體組裝時，要用法蘭彎尺檢查法蘭的垂直度；③固定管板與換熱管組裝時，同樣也要用法蘭彎尺檢查固定管板與換熱管及折流板的垂直度；④法蘭與法蘭連接時密封面應保持平行。

以上內(nèi)容均根據(jù)學員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。