化工管路设备中阀门泄漏的原因及带压堵漏方法分析

    调节阀在化工厂中被广泛运用于控制各种设备及其管路上化工介质的运行，阀门泄漏常发生在填料、法兰密封及阀体上。阀门泄漏使化工厂消耗增加、经济效益下降。如果介质有毒、易燃、易爆、腐蚀性等则容易发生中毒、火灾、爆炸等伤亡事故以及腐蚀设备和污染环境。因此，防止阀门泄漏及时带压堵漏尤为重要。本文介绍阀门泄漏的原因、堵漏方法和夹具设计。
一、阀门泄漏形式及原因
    1、阀门填料泄漏
    阀门在使用过程中，阀杆同填料间存在相对运动，随着开关次数的增加以及温度、压力和介质的影响，阀门填料是最容易发生泄漏的地方。泄漏原因是由于填料接触压力逐渐减弱，填料自身的老化失去弹性引起的。
    2、法兰的泄漏
    阀门的法兰密封主要依靠连接螺栓的预紧力，通过垫片达到足够的密封比压，来阻止介质的泄漏的。泄漏原因包括密封垫片的压紧力不足、接合面粗糙度不符合要求、垫片变形等引起密封垫片与法兰结合面密合不严而发生泄漏。密封垫片装偏，使局部密封比压不足或预紧力过度以及法兰紧固中用力不均、两法兰中心线偏移等也容易发生泄漏。
    3、阀体泄漏
    阀体泄漏主要是阀门制造过程中铸造或锻造缺陷和化学介质冲刷、腐蚀所引起的。
二、阀门带压堵漏的原理
    带压堵漏是在泄漏部位安装专用夹具，利用密封部位和专用夹具之间形成的空腔，采用专用的高压注剂工具将密封胶注入腔室，并充满整个空间，使密封胶的挤压力与泄漏介质的压力相平衡，建立一个新的密封结构来堵塞泄漏通道，阻止介质的外泄一种堵漏方法。
三、阀门带压堵漏方法
    1、阀门填料室泄漏的带压堵漏处理
    A、直接钻孔法：当阀门填料腔的壁厚大于8mm，在动态条件下采用注剂式带压堵漏消除缺陷时，可以直接在阀门的填料函壁面上开设注剂孔作业，图1所示为阀门钻孔示意。
    首先在阀门填料函外壁的适当位置用直径10.5mm或8.7mm的钻头开孔，孔不能钻透，大约留1mm-3mm左右，撤出钻头，用M12或M10的丝锥攻丝，攻丝结束后，把注剂专用旋塞阀拧上，并使之处于开的位置，用直径3mm的长杆钻头把余下的阀门填料函壁钻透，这时泄漏介质会沿着钻头排削去方向喷出，为了防止钻孔时高温，高压，有毒或腐蚀性强的介质喷出伤人，钻小孔前可采用一挡板，先在挡板上用钻头钻一个直径5mm的孔，使之能套过长钻头，加上挡板钻余下的壁厚则不会有危险（如图2所示）。钻透小孔后取出钻头，把注剂专用旋塞阀拧到关的位置，切断介质连接高压注剂枪进行注射密封注剂的操作。如果阀门填料函内介质压力低，也可以用直径3mm的长钻头直接钻透小孔，再进行密封注剂操作作业。
    B、夹具堵漏法：对于泄漏阀门填料函壁较薄，小于8mm时，在壁上钻孔即不安全攻丝也困难，则可以采用辅助夹具进行动态密封作业（如图3所示）。辅助夹具四川100理工学院学报（自然科学版）2008年8月只是为了弥补阀门填料函壁厚的不足，相当于一个固定在阀门填料函外壁的特殊接头，用以连接高压注剂枪。如果泄漏阀门的填料外壁形状复杂或修整条件不允许时，可在辅助夹具底部垫一块石棉橡胶板或橡胶板，拧紧夹具螺栓，使垫在下面的橡胶板能很好地堵塞贴合面缝隙。辅助夹具上应有一个与注剂旋塞阀相配的螺纹贴块，接下来同壁厚的填料函带压堵漏操作一致，整个密封作业完成后，不要立刻开关阀门，等密封注剂固化后，才可投入正常使用。
  

    2、阀门法兰泄漏的带压堵漏方法
    A、铜丝围堵法
    它适用于两法兰间隙较小、间隙量均匀、泄漏介质压力低的带压堵漏，方法是在拆下的螺栓上直接安放螺栓专用注剂接头，一般不少于2个，选18号或20号铜丝将一端固定到螺栓上，另一端缠在木棒上，逐步环法兰间隙缠绕，直到整个法兰间隙被填满，最后将铜丝的末端固定到螺栓上，不能松动（如图4所示）。安装注剂接头时应松开一个螺母，安装好注剂接头，迅速重新拧紧螺母，然后再安装另外的注剂接头，不能同时将所需接头螺母松开，以免造成垫片上的密封比压明显下降，泄漏量增加，甚至会出现泄漏介质将垫片吹走，导致无法弥补的后果。如果原来泄漏量较大，可用G形夹子来维持密封比压的均衡，安装完注剂螺栓后，用工具将直径等于或略小于泄漏法兰间隙的铜丝嵌入到法兰间隙中，同时将法兰的外缘冲出唇口，使铜丝固定后在法兰间隙内，这样就组成新的密封腔。然后可连接高压注剂枪进行动态密封作业，注剂方向应从泄漏点相反处依次进行，终点应在漏点附近。

    B、钢带围堵法
    当两法兰间隙稍大且不超过8mm，介质压力小于2.5MPa时，可采用钢带围堵法进行运态密封作业。该方法是用钢带围住两法兰，使法兰间隙形成密封空腔，再用专用注胶接头注胶。它对两法兰同轴度有较高要求，对法兰间隙均匀程度要求不高。钢带一般选用1.5mm-3.0mm的厚度，宽度20mm-30mm即可，制作时可采用焊接或铆接，两接头下方需加设过渡垫片，根据法兰尺寸确定安装注剂接头的数量。安装钢带时，应将钢带位于两法兰的间隙上（如图5所示），把连接螺栓稍拧几扣，再把两个过渡垫片加入，全部包住法兰间隙，继续拧紧螺栓，最终形成完整的密封空腔，这时就可以进行动态密封作业。
    C、法兰的凸形夹具堵法
    当泄漏法兰间隙大于8mm，介质压力大于2.5MPa时，从安全和可靠性考虑，应设计制作成加工尺寸精确，整体密封性能好，耐高压的法兰夹具，它动态密封作业的成功率较高，是一种广泛使用的密封技术。安装时，夹具的注剂孔应处于两法兰连接螺栓的中间，并保证泄漏处附近有注剂孔，不要使注剂孔对准螺栓，以免增加注剂进入的阻力。夹具螺栓拧紧后，夹具与法兰接触最大间隙不应超过0.5mm，注剂应先从离泄漏点最远处开始注入，逐渐靠近泄漏，直至泄漏停止。
四、法兰夹具设计计算
    法兰夹具受力如图6所示，夹具的壁厚、连接螺栓直径及耳板厚度设计如下：


    1、法兰夹具的壁厚
    （1）当法兰外直径dF<500mm时，夹具应分成2等份，法兰夹具壁厚为：

    （2）当法兰外直径dF≥500mm时，夹具宜分成4等份，法兰夹具壁厚为：

    式中：S-夹具的计算厚度（mm），Se=S+S0
    Se-夹具的实际厚度（mm）
    S0-舌环（突缘）厚度（mm）
    Di-夹具的内径（mm），Di=dF
    dF-法兰的外直径（mm）
    B_i-两法兰间的距离（mm）
    P_c-计算压力（MPa），P_c=P_L+5
    P_L-泄漏系统内介质压力（MP_a）
    B₀-夹具宽度（mm）

    2、夹具连接螺栓的最小直径

    式中：d1-螺栓计算最小直径（mm）
    C-预紧和刚度系数，C=1.5
    n-夹具连接螺栓的数量，n=2或n=4
    （σ）t-法兰夹具了解螺栓在使用温度下的许用应力（MP_a）
    其余参数同前

    3、法兰夹具连接耳板的厚度
    （1）当法兰夹具为2（图7）个连接螺栓时，耳板厚度按下式计算

    式中：t-耳板厚度（mm）
    L₁-耳板单螺栓孔中心至法兰夹具外圆周边（焊接部位）的距离（mm）
    b-耳板长度（mm）
    其余参数同前


    （2）当法兰夹具为4个（图8）连接螺栓时，耳板厚度按下式计算

    式中：L₂-耳板双螺栓孔中心至法兰夹具外侧面的距离（mm）
    a-耳板的宽度（mm）
    其余参数同前


五、结论
    带压堵漏由于不需要停机或对系统进行隔离，不需要对系统进行泄压，因此可以节省大量的物力和财力，大大减少了因设备非计划停机检修而造成的经济损失，防止恶性事故发生，产生较大的社会效益。从事化工设备安装、检修和维护的技术人员熟练掌握带压堵漏技术是化工厂安全生产的保障，带压堵漏是一种新技术，它还在不断的改进和完善中。
    参考资料
    （1）刘凯。几种实用的带压堵漏技术（J）。化工建设工程，2003，（3）:37-40。
    （2）黄志明。带压堵漏的关键技术（J）。福建化工，2003，（3）:50-55。
    （3）张骥。管道泄漏及带压堵漏夹具（J）。石油化工设备，2005，（1）:37-39。
    （4）马歆，郑津洋。注剂式带压密封夹具设计新方法（J）。化工机械，2004，（2）:40-43。
    （5）赵良。带压堵漏技术实例（M）。郑州:河南科学技术出版社，2007。

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