管道承壓墊片高溫密封性能試驗(yàn)方法 編制說明

《管道承壓墊片高溫密封性能試驗(yàn)方法》（征求意見稿）一、工作簡(jiǎn)況1.1任務(wù)來源根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員文件《國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2023年第二批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計(jì)劃的通知》（國標(biāo)委發(fā)〔2022〕37號(hào)）的要求，由全國管路附件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口并組織起草《管道承壓墊片高溫密封性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃編號(hào)為20230612-T-604，計(jì)劃完成時(shí)間為2025年2月。1.2.主要工作過程起草（草案、調(diào)研）階段：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)委下達(dá)的任務(wù)要求，2023年8月，標(biāo)委會(huì)正式啟動(dòng)《管道承壓墊片高溫密封性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，成立了標(biāo)準(zhǔn)編制組，對(duì)國內(nèi)外墊片高溫密封性能試驗(yàn)方法和技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的調(diào)研，廣泛收集和整理相應(yīng)的資料和文件，確定編寫內(nèi)容和方式。2023年11月2日～3日在江蘇無錫，2024年7月11日線上召開了標(biāo)準(zhǔn)工作組會(huì)議，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容大綱進(jìn)行了討論，并根據(jù)專家意見對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文本進(jìn)行了修改和補(bǔ)充，于2024年7月形成征求意見稿及相關(guān)編制說明，提交至全國管路附件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書處。征求意見階段：1.3.主要參加單位和工作組成員及其所做的工作本文件負(fù)責(zé)起草單位為。主要起草人。所作的工作。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容2.1.標(biāo)準(zhǔn)編制原則本文件嚴(yán)格遵循GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的有關(guān)規(guī)定。結(jié)合密封墊片在高溫工況下的應(yīng)用需求，參考國內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)方法，本著理論基礎(chǔ)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的原則，確保試驗(yàn)方法的可操作性和試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性編寫。2.2.標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容2.2.1范圍本文件描述了管道承壓墊片在規(guī)定溫度下泄漏率測(cè)定的試驗(yàn)方法，包括壓降法(方法A)、測(cè)漏空腔增壓法(方法B)和氦質(zhì)譜檢漏法(方法C)。本文件適用于試驗(yàn)溫度不高于900℃、介質(zhì)壓力不高于10MPa條件下管法蘭用圓形墊片泄漏率的測(cè)定。墊片類型包括非金屬平墊片（無纖維增強(qiáng)橡膠墊片，非石棉橡膠墊片，軟木橡膠墊片，聚四氟乙烯類墊片，柔性石墨增強(qiáng)墊片，非金屬聚四氟乙烯包覆墊片）、半金屬墊片（纏繞式墊片，金屬包覆墊片，齒形組合墊片，波形復(fù)合金屬，波齒復(fù)合金屬墊片）、金屬平墊片。其他類型的墊片可參考執(zhí)行。2.2.2規(guī)范性引用文件根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要，本標(biāo)準(zhǔn)主要引用了GB/T12385。2.2.3術(shù)語和定義本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義2.2.4符號(hào)本文件的引用符號(hào)如下：LV——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積泄漏率，單位為立方厘米每秒（Ncm3/s）。PA1——測(cè)漏開始時(shí)密封空腔內(nèi)的絕對(duì)壓力，單位為帕（Pa）。PA2——測(cè)漏結(jié)束時(shí)密封空腔內(nèi)的絕對(duì)壓力，單位為帕（Pa）。PB1——測(cè)漏開始時(shí)測(cè)漏空腔內(nèi)的絕對(duì)壓力，單位為帕（Pa）。PB2——測(cè)漏結(jié)束時(shí)測(cè)漏空腔內(nèi)的絕對(duì)壓力，單位為帕（Pa）。Pst——標(biāo)準(zhǔn)狀況下大氣壓力，單位為帕（Pst=101325）。?P1——測(cè)漏開始時(shí)差壓傳感器兩側(cè)的壓力差，單位為帕（Pa）。?P2——測(cè)漏結(jié)束時(shí)差壓傳感器兩側(cè)的壓力差，單位為帕（Pa）。Q——氦質(zhì)譜檢漏儀測(cè)得的氦氣泄漏率，單位為帕立方米每秒（Pa·m3/s）。TA1——測(cè)漏開始時(shí)密封空腔的絕對(duì)溫度，單位為卡爾文（K）。TA2——測(cè)漏結(jié)束時(shí)密封空腔的絕對(duì)溫度，單位為卡爾文（K）。TB1——測(cè)漏開始時(shí)測(cè)漏空腔的絕對(duì)溫度，單位為卡爾文（K）。TB2——測(cè)漏結(jié)束時(shí)測(cè)漏空腔的絕對(duì)溫度，單位為卡爾文（K）。Tst——標(biāo)準(zhǔn)狀況下大氣絕對(duì)溫度，單位為開爾文（KTst=273.16）。t——測(cè)漏時(shí)間，單位為秒（s）。VB——標(biāo)準(zhǔn)容器的容積，單位為立方厘米（cm3）。VC——測(cè)漏空腔的容積，單位為立方厘米（cm3）。VS——密封空腔的容積，單位為立方厘米（cm3）。2.2.5試樣本文件主要參考了GB/T12385-2008《管法蘭用墊片密封性能試驗(yàn)方法》中試樣的相關(guān)規(guī)定，其中試樣調(diào)節(jié)溫度調(diào)整為（23±2）℃,并規(guī)定試驗(yàn)時(shí)試樣從上述環(huán)境中取出，到試驗(yàn)開始前應(yīng)不超過30min。2.2.6試驗(yàn)方法a)對(duì)試驗(yàn)方法A、試驗(yàn)方法B，規(guī)定了檢漏過程中試驗(yàn)溫度的波動(dòng)應(yīng)不大于±0.2℃。高溫環(huán)境下采用壓力法（壓降法、升壓法）測(cè)量泄漏率時(shí)，試驗(yàn)溫度的波動(dòng)對(duì)試驗(yàn)介質(zhì)壓力的波動(dòng)有明顯的影響，尤其是介質(zhì)壓力較高時(shí)，因此必須嚴(yán)格控制試驗(yàn)溫度的波動(dòng)以減小對(duì)泄漏率測(cè)量準(zhǔn)確性的影響。b)試驗(yàn)方法A和試驗(yàn)方法B規(guī)定檢漏時(shí)間時(shí)，除給出具體的檢漏時(shí)間范圍外，還額外增加了檢漏時(shí)長(zhǎng)應(yīng)至少保證差壓傳感器示值不低于2kPa（方法A）或保證微壓傳感器示值不低于10Pa（方法B）。規(guī)定壓力傳感器示值必須大于規(guī)定值的目的是為了減小溫度波動(dòng)對(duì)壓力變化的影響，從而保證泄漏率測(cè)量的準(zhǔn)確性。c)試驗(yàn)方法C采用氦質(zhì)譜檢漏儀測(cè)量泄漏率時(shí)，通常泄漏率大小是隨著測(cè)漏時(shí)間單調(diào)變化的，因此給出了泄漏率穩(wěn)定的準(zhǔn)則。而對(duì)某些試驗(yàn)，滿足此穩(wěn)定準(zhǔn)則需要十幾小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間，為提高試驗(yàn)效率同時(shí)參考國外標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定最大測(cè)漏時(shí)間不超過5h。對(duì)達(dá)到最大測(cè)漏時(shí)間仍不能滿足泄漏率穩(wěn)定準(zhǔn)則的試驗(yàn)，泄漏率大小取最后1次測(cè)量值，同時(shí)需在報(bào)告中注明測(cè)漏時(shí)間超5h。2.2.7試驗(yàn)報(bào)告本章規(guī)定了試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括試驗(yàn)方法、試樣名稱規(guī)格、試樣編號(hào)數(shù)量、試驗(yàn)條件（預(yù)緊應(yīng)力、試驗(yàn)介質(zhì)和壓力、試驗(yàn)溫度、升溫速率、環(huán)境溫度）、試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)人員、日期及必要的說明。2.3主要條款的解釋說明2.3.1本文件規(guī)定了管道承壓墊片在規(guī)定溫度下泄漏率測(cè)定的試驗(yàn)方法，包括壓降法(方法A)、測(cè)漏空腔增壓法(方法B)和氦質(zhì)譜檢漏法(方法C)。其中，壓降法(方法A)和測(cè)漏空腔增壓法(方法B)分別為GB/T12385-2008中規(guī)定的泄漏率測(cè)量方法。本文件中增加了氦質(zhì)譜檢漏法(方法C)，一方面是由于隨著墊片質(zhì)量的提高，其密封性能也大幅提升，壓降法和測(cè)漏空腔增壓法某些時(shí)候難以測(cè)量如此小的泄漏率；另一方面，也是為了與國外墊片高溫試驗(yàn)方法接軌。2.3.2采用壓降法（方法A）測(cè)量泄漏率時(shí)，規(guī)定了檢漏過程中試驗(yàn)溫度的波動(dòng)應(yīng)不大于±0.2℃。主要原因是高溫環(huán)境下采用壓力法（壓降法、升壓法）測(cè)量泄漏率時(shí)，試驗(yàn)溫度的波動(dòng)對(duì)試驗(yàn)介質(zhì)壓力的波動(dòng)有明顯的影響，尤其是介質(zhì)壓力較高時(shí)。盡管在泄漏率計(jì)算公式中考慮了測(cè)漏開始和結(jié)束時(shí)溫度變化對(duì)介質(zhì)壓力的影響，但由于高溫試驗(yàn)裝置溫度傳感器測(cè)量的溫度難以精確地反映出整個(gè)密封腔室內(nèi)試驗(yàn)介質(zhì)氣體的溫度，因此必須嚴(yán)格控制試驗(yàn)溫度的波動(dòng)以減小對(duì)泄漏率測(cè)量準(zhǔn)確性的影響。2.3.3壓降法（方法A）和測(cè)漏空腔增壓法（方法B）測(cè)量泄漏率時(shí)，對(duì)泄漏率測(cè)量時(shí)間的規(guī)定，除給出測(cè)漏時(shí)間范圍外，還額外增加了“測(cè)漏時(shí)間應(yīng)至少保證差壓傳感器示值不低于2kPa”（方法A）和“測(cè)漏時(shí)間應(yīng)至少保證微壓傳感器示值不低于10Pa”（方法B）。規(guī)定壓力傳感器示值必須大于規(guī)定值的目的是為了減小溫度波動(dòng)對(duì)泄漏率測(cè)量結(jié)果的影響，保證泄漏率測(cè)量的準(zhǔn)確性。2.3.4采用氦質(zhì)譜檢漏法（方法C）測(cè)量泄漏率時(shí)，通常泄漏率大小是隨著測(cè)漏時(shí)間的增加而變化的，因此給出了“最后三次測(cè)量泄漏率的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值不大于0.05”的泄漏率穩(wěn)定的準(zhǔn)則。而對(duì)某些試驗(yàn)（如泄漏率很小時(shí)滿足此穩(wěn)定準(zhǔn)則需要十幾小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間，因此為提高試驗(yàn)效率，同時(shí)借鑒參考國外標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，規(guī)定最大測(cè)漏時(shí)間不超過5h。對(duì)達(dá)到最大測(cè)漏時(shí)間仍不能滿足泄漏率穩(wěn)定準(zhǔn)則的試驗(yàn)，泄漏率大小取測(cè)漏時(shí)間5h時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)值，同時(shí)需在報(bào)告中注明測(cè)漏時(shí)間超5h。2.3.1采用氦質(zhì)譜檢漏法（方法C）測(cè)量泄漏率時(shí)，氦質(zhì)譜檢漏儀測(cè)量的氦氣泄漏率單位通常為Pa·m3/s（mbar·L/s）。本文件中墊片的泄漏率增加了標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積泄漏率，單位為Ncm3/s。二者之間的換算關(guān)系為1Ncm3/s=0.101Pa·m3/s=1.01mbar·L/s。文件給出了相應(yīng)的換算公式。三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況3.1試驗(yàn)裝置墊片高溫密封性能試驗(yàn)驗(yàn)證以國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高溫高壓石化承壓密封件性能檢測(cè)評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)(2020YFB2008000)”為依托，在合肥通用機(jī)械研究院有限公司自主研制的高溫高壓墊片綜合性能試驗(yàn)裝置上進(jìn)行，如圖1所示。該裝置最大試驗(yàn)載荷1000kN，最高試驗(yàn)溫度900℃,集成了壓降法、測(cè)漏空腔增壓法和氦質(zhì)譜檢漏法三種測(cè)漏方法。圖1試驗(yàn)裝置3.2柔性石墨復(fù)合增強(qiáng)墊200℃密封性能試驗(yàn)測(cè)試(方法A)(1)試驗(yàn)墊片試驗(yàn)墊片為浙江某公司生產(chǎn)的突面法蘭用柔性石墨復(fù)合增強(qiáng)墊，復(fù)合增強(qiáng)型式為金屬齒板復(fù)合，金屬齒板材料為304不銹鋼。墊片公稱直徑DN80，公稱壓力Class300，墊片厚度1.5mm，尺寸滿足GB/T19675.2-2023要求。(2)試驗(yàn)條件墊片預(yù)緊應(yīng)力35MPa，試驗(yàn)溫度200℃,試驗(yàn)介質(zhì)為氦氣（純度＞99.9%），介質(zhì)壓力4MPa。6(3)試驗(yàn)過程1)將待測(cè)墊片在室溫（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±6）%的環(huán)境下放置48h；2)取出試樣，測(cè)量并記錄墊片尺寸；3)用丙酮清洗試驗(yàn)法蘭密封面，將墊片對(duì)中放置到下模擬法蘭上；4)按0.2MPa/s的速率將墊片加載至30MPa，保持15min；5)按2℃/min的速率升溫至200℃,保持4h；6)參考GB/T12385-2008對(duì)密封腔容積進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果為88.2cm3；7)采用壓降法測(cè)量墊片泄漏率，測(cè)漏時(shí)間為30min。(4)試驗(yàn)結(jié)果三組試驗(yàn)在測(cè)漏開始和結(jié)束時(shí)，密封腔內(nèi)的絕對(duì)壓力、差壓傳感器兩側(cè)壓力差、試驗(yàn)溫度以及計(jì)算得到的泄漏率分別如表1所示。取三次試驗(yàn)的泄漏率測(cè)量結(jié)果的平均值，得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積泄漏率為4.16×10-3Ncm3/s。表1柔性石墨纏繞墊200℃密封性能試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果(方法A)測(cè)試結(jié)果試樣1試樣2試樣3測(cè)漏開始時(shí)密封腔壓力(MPa)4.004.054.00測(cè)漏開始時(shí)差壓傳感器示值(kPa)00.10.2測(cè)漏開始時(shí)試驗(yàn)溫度(℃)200.0200.1200.0測(cè)漏結(jié)束時(shí)密封腔絕對(duì)壓力(MPa)4.004.054.00測(cè)漏結(jié)束時(shí)差壓傳感器示值(kPa)測(cè)漏結(jié)束時(shí)試驗(yàn)溫度(℃)200.1200.1200.0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積泄漏率(Ncm3/s)3.76×10-34.60×10-33.3柔性石墨纏繞墊200℃密封性能試驗(yàn)(方法B)(1)試驗(yàn)墊片試驗(yàn)墊片為浙江某公司生產(chǎn)的帶內(nèi)外環(huán)的柔性石墨纏繞墊片，金屬材料為304不銹鋼。墊片公稱直徑DN80，公稱壓力Class300，尺寸滿足GB/T4622.2-2022要求。(2)試驗(yàn)條件墊片預(yù)緊應(yīng)力40MPa，試驗(yàn)溫度200℃,試驗(yàn)介質(zhì)為氦氣（純度＞99.9%），介質(zhì)壓力2MPa。(3)試驗(yàn)過程1)將待測(cè)墊片在室溫（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±6）%的環(huán)境下放置48h；2)取出試樣，測(cè)量并記錄墊片尺寸；3)用丙酮清洗試驗(yàn)法蘭密封面，將墊片對(duì)中放置到下模擬法蘭上；4)按0.5MPa/s的速率將墊片加載至40MPa，保持15min；75)按2℃/min的速率升溫至200℃,保持4h；6)參考GB/T12385-2008對(duì)測(cè)漏腔容積進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果為28.6cm3；7)采用測(cè)漏空腔增壓法測(cè)量墊片泄漏率，測(cè)漏時(shí)間為10min。(4)試驗(yàn)結(jié)果測(cè)漏開始和結(jié)束時(shí)，密封腔內(nèi)的絕對(duì)壓力、差壓傳感器兩側(cè)壓力差和試驗(yàn)溫度分別如表2所示。根據(jù)泄漏率計(jì)算公式計(jì)算得到墊片在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積泄漏率為6.04×10-4Ncm3/s。表2柔性石墨纏繞墊200℃密封性能試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果(方法B)測(cè)試結(jié)果試樣1試樣2試樣3測(cè)漏開始時(shí)測(cè)漏空腔壓力(kPa)000測(cè)漏開始時(shí)試驗(yàn)溫度(℃)200.0200.0200.0測(cè)漏結(jié)束時(shí)測(cè)漏空腔壓力(kPa)2.502.022.22測(cè)漏結(jié)束時(shí)試驗(yàn)溫度(℃)200.1200.0200.1標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積泄漏率(Ncm3/s)5.97×10-43.4柔性石墨纏繞墊400℃密封性能試驗(yàn)(方法C)(1)試驗(yàn)墊片試驗(yàn)墊片為浙江某公司生產(chǎn)的帶內(nèi)外環(huán)的柔性石墨纏繞墊片，金屬材料為304不銹鋼，公稱直徑DN80，公稱壓力Class300，尺寸滿足GB/T4622.2-2022要求。(2)試驗(yàn)條件墊片預(yù)緊應(yīng)力70MPa，試驗(yàn)溫度400℃,試驗(yàn)介質(zhì)為氦氣（純度＞99.9%），介質(zhì)壓力2MPa。(3)試驗(yàn)過程1)將待測(cè)墊片在室溫（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±6）%的環(huán)境下放置48h；2)取出試樣，測(cè)量并記錄墊片尺寸；3)用丙酮清洗試驗(yàn)法蘭密封面，將墊片對(duì)中放置到下模擬法蘭上；4)按0.5MPa/s的速率將墊片加載至70MPa，保持15min；5)按2℃/min的速率升溫至200℃,保持4h；6)采用氦質(zhì)譜檢漏法測(cè)量墊片泄漏率，每隔10min記錄一次數(shù)據(jù)，直至泄漏率達(dá)到穩(wěn)定。(4)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)過程中記錄的泄漏率如表3所示。泄漏率達(dá)到時(shí)的時(shí)間約為60min~70min，取三次測(cè)量結(jié)果的平均值，得到氦質(zhì)譜儀測(cè)漏的泄漏率為1.86×10-6Pa·m3/s，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下墊片的體積泄漏率為1.84×10-5Ncm3/s。表3柔性石墨纏繞墊400℃密封性能試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果(方法C)8測(cè)量時(shí)間(min)泄漏率(Pa·m3/s)三次測(cè)量泄漏率的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值試樣1試樣2試樣3試樣1試樣2試樣30-54.46×10-53.30×10-5///2.47×10-64.09×10-63.90×10-6///202.02×10-63.00×10-60.91301.70×10-62.69×10-62.57×10-60.150.170.18401.58×10-62.62×10-60.180.10501.47×10-62.28×10-62.25×10-60.060.070.06601.46×10-62.17×10-62.05×10-60.030.080.0570/2.06×10-6//0.04/3.5蛭石纏繞墊900℃密封性能試驗(yàn)(方法C)(1)試驗(yàn)墊片試驗(yàn)墊片為浙江某公司生產(chǎn)的帶內(nèi)外環(huán)的蛭石纏繞墊片，金屬材料為321不銹鋼，公稱直徑DN80，公稱壓力Class300，尺寸滿足GB/T4622.2-2022要求。(2)試驗(yàn)條件墊片預(yù)緊應(yīng)力70MPa，試驗(yàn)溫度900℃,試驗(yàn)介質(zhì)為氦氣（純度＞99.9%），介質(zhì)壓力1MPa。(3)試驗(yàn)過程1)將待測(cè)墊片在室溫（23±2）℃、相對(duì)濕度（50±6）%的環(huán)境下放置48小時(shí)；2)取出試樣，測(cè)量并記錄墊片尺寸；3)用丙酮清洗試驗(yàn)法蘭密封面，將墊片對(duì)中放置到下模擬法蘭上；4)按0.5MPa/s的速率將墊片加載至70MPa，保持15min；5)按2℃/min的速率升溫至900℃,保持4h；6)采用氦質(zhì)譜檢漏法測(cè)量墊片泄漏率，每隔10min記錄一次數(shù)據(jù)，直至泄漏率達(dá)到穩(wěn)定。(4)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)測(cè)量的泄漏率如表4所示。泄漏率穩(wěn)定時(shí)的測(cè)漏時(shí)間約為50min~60min，取三次測(cè)量結(jié)果的平均值，得到氦質(zhì)譜儀測(cè)漏的泄漏率為2.51×10-5Pa·m3/s，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下墊片的體積泄漏率為2.48×10-4Ncm3/s。表4蛭石纏繞墊900℃密封性能試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果(方法C)測(cè)量時(shí)(min)泄漏率(Pa·m3/s)三次測(cè)量泄漏率的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值試樣1試樣2試樣3試樣1試樣2試樣307.28×10-55.30×10-5///4.05×10-54.44×10-5///203.42×10-53.80×10-52.87×10-50.340.240.25302.96×10-53.37×10-52.44×10-50.130.19403.17×10-52.29×10-50.100.080.10503.04×10-50.070.040.06602.43×10-5/2.05×10-50.05/0.05四、標(biāo)準(zhǔn)