第三組高壓設(shè)備和管道的墊片密封

1、高壓設(shè)備和管道的墊片密封一、高壓容器密封結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與選用高壓設(shè)備的密封特點(diǎn) 高壓設(shè)備密封在石油化工行業(yè)中應(yīng)用較廣，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造要求也高，與中低壓設(shè)備和管道相比，有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 采用金屬墊片： 為使墊片達(dá)到足夠的預(yù)緊密封比壓和操作密封比壓，以 保證密封性能而又不至于將墊片壓潰，一般采用金屬墊片。常用的金屬墊片材料為延性好的退火鋁、退火紫銅、軟鋼及不銹鋼。 采用窄面密封： 窄面密封有利于提高墊片比壓，減少總的密封力減小螺栓、法蘭和封頭的尺寸。有時(shí)亦采用線接觸密封代替窄面密封以大大降低總的密封力。高壓設(shè)備的密封特點(diǎn)盡可能采用自緊密封： 利用介質(zhì)的壓力在密封部位產(chǎn)生附加的密封比壓，以阻止介質(zhì)

2、的泄漏。介質(zhì)壓力越高，墊片壓得越緊，密封就愈可靠。因此，預(yù)緊力不需很大，相應(yīng)的連接件尺寸就可減小，并能保證壓力和溫度有波動(dòng)時(shí)連接的緊密性。因此，自緊密封要比中低壓容器中常用的強(qiáng)制密封的結(jié)構(gòu)更為緊湊、可靠。因高壓設(shè)備的高壓空間十分寶貴，所以密 封結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量少占用高壓空間。 高壓密封的分類 按密封墊片受力情況，高壓密封可分為：強(qiáng)制式密封： 完全靠外力(如螺栓)對(duì)墊片施 加載荷實(shí) 現(xiàn)。如平墊密封、卡扎里密封、透鏡墊密封。自緊式密封： 主要利用介質(zhì)的壓力對(duì)墊片施加載荷。如“C”形環(huán)密封、“O”形環(huán)密封、三角墊密封、楔形墊密封、伍德密封。半自緊式密封： 上述兩種方法兼而有之者，則稱為半自緊式密封。如雙錐

3、環(huán)密封、八角墊、橢圓墊。1、平墊密封金屬平墊密封是最常見的強(qiáng)制密封。預(yù)緊和工作壓力下，依靠筒體端部大法蘭上的主螺栓施加足夠的壓緊力來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。預(yù)緊力的大小與墊片的寬度、墊片材料的屈服強(qiáng)度有關(guān)。工作時(shí)介質(zhì)壓力上升，軸向力通過(guò)頂蓋傳遞至主螺栓，使主螺栓發(fā)生彈性伸長(zhǎng)，墊片隨之發(fā)生回彈，此時(shí)仍保持墊片上有一定的比壓。平墊密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、使用成熟，在直徑小、壓力不太高的場(chǎng)合密封可靠。當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸大壓力高時(shí)，螺栓尺寸也較大，結(jié)構(gòu)笨重，裝拆不便，每次檢修都要更換墊片。金屬平墊密封的上述特點(diǎn)決定了它的適用范圍，一般僅用于溫度低于200、壓力小于32MPa、容器內(nèi)徑不大于800mm 的場(chǎng)合。2、卡扎里密封

4、卡扎里密封有外螺紋、內(nèi)螺紋和改進(jìn)卡扎里密封三種結(jié)構(gòu)形式?？ㄔ锩芊鈱儆趶?qiáng)制式密封，它其特點(diǎn)是利用壓環(huán)和預(yù)緊螺栓將三角形墊片壓緊來(lái)保證密封，因而裝卸方便，安裝時(shí)預(yù)緊力小。介質(zhì)產(chǎn)生的軸向力由螺紋套筒承擔(dān)，不需要大直徑主螺栓。這種密封結(jié)構(gòu)適用于大直徑和較高的壓力范圍，但鋸齒形螺紋加工精度要求高，造價(jià)較高。3、雙錐環(huán)密封雙錐密封是一種半自緊密封結(jié)構(gòu)，保留了主螺栓。采用軟鋼和不銹鋼制作雙錐面密封墊，密封面為錐面。密封面上各開有兩條半圓形或三角形溝槽，密封面上設(shè)置軟金屬墊片。雙錐環(huán)用托環(huán)、螺釘固定在平蓋上。雙錐面的內(nèi)圓柱面與平蓋的圓柱支承面的間隙應(yīng)控制在一定范圍，保證預(yù)緊時(shí)內(nèi)圓柱面與平蓋貼緊，且雙錐環(huán)不發(fā)

5、生壓縮屈服。當(dāng)內(nèi)壓升高頂蓋上浮時(shí)，一方面靠雙錐環(huán)自身的彈性擴(kuò)張而保持密封面上的比壓；另一方面靠介質(zhì)壓力使雙錐環(huán)沿徑向向外擴(kuò)張，使密封面上的密封比壓進(jìn)一步增大，進(jìn)而達(dá)到密封效果。雙錐密封的特點(diǎn)： 加工精度要求不太高，生產(chǎn)周期短，可以用在較大的壓力、溫度、直徑范圍內(nèi)，由于徑向自緊作用，在壓力和溫度波動(dòng)下密封性能良好，主螺栓預(yù)緊力比平墊密封小。但仍需大螺栓承受預(yù)緊力和軸向力，密封元件大，零件較多。4、伍德密封伍德密封結(jié)構(gòu)是一種最早使用的自緊式密封結(jié)構(gòu)。安裝時(shí)，將頂蓋、壓墊、四合環(huán)、牽制環(huán)依次裝入，擰緊拉緊螺栓，使四合環(huán)貼住筒體，用牽制螺栓將頂蓋吊起而壓緊楔形壓墊，達(dá)到初始預(yù)緊密封。操作時(shí)，壓力載荷全

6、部加到浮動(dòng)頂蓋上，密封比壓隨介質(zhì)壓力上升而增加。伍德密封的特點(diǎn)是： 溫度和壓力波動(dòng)時(shí)，能保持良好的密封性能；介質(zhì)壓力產(chǎn)生的軸向力通過(guò)頂蓋傳遞給壓墊和四合環(huán)，最后全部傳遞到上部筒體，沒(méi)有主螺栓，密封可靠。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重、零件多，加工精度要求高，安裝要求高。5、C形環(huán)密封C 形環(huán)密封是依靠環(huán)的兩個(gè)凸出圓弧部份與頂蓋及筒身緊密接觸而達(dá)到的, 當(dāng)擰緊緊固件時(shí), 密封環(huán)受到彈性壓縮, 環(huán)的兩圓弧接觸處產(chǎn)生初密封比壓而達(dá)到預(yù)緊密封。當(dāng)內(nèi)壓上升后, 頂蓋由于介質(zhì)壓力有離開筒身而上移的趨勢(shì), 同時(shí)密封環(huán)內(nèi)腔也受到介質(zhì)壓力作用, 使密封環(huán)軸向張開, 而保證了密封性。此種密封的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)緊力小, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 制造方

7、便, 還可用于無(wú)主螺栓的快開連接裝置。6、O形環(huán)密封O型橡膠圈密封圈簡(jiǎn)稱O型圈，是一種截面形狀為圓形的橡膠圈。O型密封圈是液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)中使用最廣泛的一種密封件。O型圈有良好的密封性能，既可用于靜密封，也可用于動(dòng)密封中；不僅可單獨(dú)使用，而且是許多組合式密封裝置中的基本組成部分。它的使用范圍很寬，如果材料選擇得當(dāng)，可以滿足各種介質(zhì)和各種運(yùn)動(dòng)條件的要求。 O型密封圈是一種擠壓型密封，擠壓型密封的基本工作原理是依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓，則不發(fā)生泄漏，反之則發(fā)生泄漏。 7、三角墊密封 三角墊的直徑略大于聯(lián)接后的兩端V 形槽深, 以便使管端壓緊后在

8、密封面上產(chǎn)生較大的應(yīng)力而形成預(yù)緊密封。在壓力上升時(shí), 三角墊向外彎曲, 兩個(gè)斜面便緊貼V 形槽的兩個(gè)錐面, 壓力愈高, 徑向自緊作用愈強(qiáng), 此時(shí)線接觸轉(zhuǎn)為面接觸的密封。當(dāng)壓力下降時(shí), 便由面接觸轉(zhuǎn)為線接觸。因此, 這種密封形式適用于壓力、溫度經(jīng)常波動(dòng)的高壓容器。8、其他形式的高壓密封 這些密封結(jié)構(gòu)的密封面小，加工要求高。B形環(huán)屬自緊密封，要求在密封槽內(nèi)有一定的過(guò)盈量，故制造與裝配要求均大大提高。半自緊式的八角環(huán)墊、橢圓環(huán)墊密封在石油和石油化工行業(yè)應(yīng)用較為廣泛二、高壓管道的密封結(jié)構(gòu)與選用 高壓管道的密封通常為強(qiáng)制密封。由于高壓管道是在現(xiàn)場(chǎng)安裝，所以對(duì)連接的尺寸精度要求不如容器高，加之管道振動(dòng)、有

9、熱載荷等給法蘭連接帶來(lái)很大的附加彎矩或剪力，造成密封困難。因此高壓管道的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)給予特殊的考慮。如管道與法蘭的連接不用焊接，而采用螺紋連接，這樣當(dāng)連接管道不直或管道振動(dòng)、有熱載荷時(shí)，法蘭的附加彎矩大為減少。其二是采用球面或錐面的金屬墊片，形成球面與錐面或錐面與錐面的接觸密封1、透鏡墊密封在高壓管道中，廣泛使用透鏡墊密封結(jié)構(gòu)，如上圖所示。透鏡墊兩側(cè)的密封面均為球面，與管道的錐形密封面相接觸，初始狀態(tài)為一環(huán)線。在預(yù)緊力作用下，透鏡墊在接觸處產(chǎn)生塑性變形，環(huán)線狀變?yōu)榄h(huán)帶狀。透鏡墊密封性能好，但由于它屬于強(qiáng)制型密封，結(jié)構(gòu)較大。密封面為球面與錐面相接觸，易出現(xiàn)壓痕，零件的互換性較差。2、八角環(huán)、橢

10、圓環(huán)密封 八角環(huán)、橢圓環(huán)密封在石油和石油化工行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，其結(jié)果如上圖所示。墊片安裝在法蘭面的梯形環(huán)槽內(nèi)，當(dāng)擰緊螺栓時(shí)，受軸向壓縮與上、下梯形槽貼緊，產(chǎn)生塑性變形，形成一環(huán)狀密封帶，建立初始密封。升壓后，介質(zhì)壓力的作用將使八角環(huán)或橢圓環(huán)徑向擴(kuò)張，墊片與梯形槽的斜面更加貼緊，產(chǎn)生自緊作用。但是，介質(zhì)壓力的升高同樣使螺栓和法蘭變形，造成密封面間的相對(duì)分離、墊片比壓的下降。因而，八角環(huán)、橢圓環(huán)密封可認(rèn)為是一種半自緊式的密封連接。3、齒形墊片密封 高壓管道的連接亦可采用金屬齒形墊片密封結(jié)構(gòu)。金屬齒形墊片上下表面加工有多到同心三角形溝槽。螺栓預(yù)緊后，墊片的齒尖與上下法蘭密封面相接觸，產(chǎn)生塑性變形，

11、形成多個(gè)具有壓差空間的線接觸密封。與平墊片相比，其所需的密封力大大減小。目前在大直徑場(chǎng)合，該墊片常用來(lái)替代金屬纏繞墊片。三、超高壓容器的密封結(jié)構(gòu)超高壓常見的幾種密封結(jié)構(gòu)是： （1）B形環(huán)密封 （2）Bridgman密封 （3）楔形墊密封 （4）組合型密封1、 B形環(huán)密封B 形環(huán)密封是一種自緊密封，依靠B 形環(huán)波峰和筒體、頂蓋上的密封槽之間的徑向過(guò)盈來(lái)產(chǎn)生密封面的初比壓，以達(dá)到預(yù)密封。當(dāng)內(nèi)壓作用后，B 形環(huán)向外擴(kuò)張，密封比壓增加，保持很好的密封效果。B 形環(huán)密封的特點(diǎn)：對(duì)連接結(jié)構(gòu)剛度要求低，適用于高壓和溫度波動(dòng)較大的場(chǎng)合，壓力越高、直徑越大，密封效果越好。加工精度要求高，制造困難，拆卸不便，容易

12、擦傷接觸面。2、 Bridgman密封Bridgman密封是在容器的內(nèi)壁和墊環(huán)之間放一墊片，利用作用在凸肩頭蓋端面上的壓力使頭蓋在軸向作一定范圍的自由移動(dòng)而壓緊墊片，從而形成自緊密封。Bridgman密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有需要特殊加工或者加工要求很高的零件，所以加工方便、制造成本低廉。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是主要元件都裝于容器筒體內(nèi)部，占據(jù)較多的高壓空間。在操作狀態(tài)下，由壓力產(chǎn)生的軸向載荷是由壓緊頂蓋與筒體的螺紋連接來(lái)承受的，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是螺紋受載很大，容易損壞。當(dāng)容器直徑較大時(shí)，不但凸肩頭蓋、壓緊頂蓋十分笨重，擰緊頂蓋也不甚容易，而且大直徑并有精度要求的螺紋也不易加工。3、楔形墊密封 楔形墊密封的原理與Bridgman密封一樣，它的初始密封是通過(guò)壓環(huán)壓緊楔形墊來(lái)達(dá)到的。操作時(shí)，內(nèi)部介質(zhì)壓力升高，作用在凸肩頭蓋上，使凸肩頭蓋在軸向有向上自由移動(dòng)的趨勢(shì)，從而壓緊楔形墊，達(dá)到自緊密封的效果。內(nèi)壓力越高，密封力越大，密封也就越