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法兰带压堵漏

1、 法兰夹具结构及计算 
  石油化工行业中,法兰处的泄漏是最为常见的。而法兰夹具的设计合理与否是带压堵漏成功与否的关键。 
  1.1 夹具结构 
  法兰夹具的基本结构见下图1。该夹具是由两个半圆形的构件组成,夹具本体经机械加工而成,耳板与夹具采用焊接形式连接,两个构件是用螺栓连接在一起,形成一个整体,最终作为法兰泄漏处的新的密封空腔。 
  1.2 相关尺寸说明 
  夹具的内径D内:原则上等于泄漏的法兰外径,但该尺寸需要通过实际测量确定。因为各生产装置所用的法兰标准种类比较多,又由于法兰制造时的偏差及长期运行造成的金属材料表面氧化等,都影响法兰外径的实际尺寸。所以,夹具的内径D内必须经现场测量法兰外径后确定。 
  夹具内径D内与法兰外径之间的允许间隙尺寸:包括测量法兰外径误差、夹具制造偏差及其热膨胀量在内,总的间隙量应控制在0.10.5mm范围内。允许间隙量的大小与系统压力高低成反比。即系统压力越高,间隙量应越小。 
  夹具的外径D外,先要计算出夹具的厚度a(后面详细介绍a的计算公式),D=D+2a 
  夹具凸台内径d:为了减少空腔的容积和密封剂的消耗量,同时便于安装夹具,法兰夹具设计成带有凸台的结构。凸台内径以不接触原法兰螺栓为原则,按实际尺寸确定。具体方法是:测量泄漏法兰的外边缘与紧固螺栓之间的最小净距,然后用法兰外径减去该距离的二倍即得到凸台内径d的数值。为了得到较准确的数值,需要在泄漏法兰圆周内测量45点,取其中的最大计算尺寸作为凸台内径d的最终数值。 
  夹具凸台宽度b:通过对两片法兰之间的间隙进行测量后确定。最少在法兰圆周内测量45点,取其中的最小尺寸。 
  夹具宽度B:以两片法兰的间隙尺寸b为基础,向两侧分别延伸1020mm。法兰公称直径大,系统压力高,夹具宽度需要相应的加大。 
  密封剂注入孔:孔数与孔位的配置应尽量减少密封剂在注入区段内的流动距离、减少挤压力对夹具的负荷。孔数等于泄漏法兰的紧固螺栓数。泄漏法兰有多少个螺栓就配多少个注入孔。一般设M12内螺纹与标准注射阀连接,配钻φ4mm密封剂通道。夹具上的注入孔在安装时要放在两个螺栓之间的位置。 
  耳板定位:夹具耳板焊接在剖分面上510mm处,用来连接两片法兰夹具。 
  夹具厚度a:由后面的强度计算确定。 
  1.3 夹具计算 
  1.3.1 受力分析 
  密封剂在空腔内以最大挤压力p注作用在夹具的内壁,经多点分别注入后,由局部挤压力过渡到均匀分布。另外,还有系统压力以均布载荷同时作用在夹具内壁。由系统压力和单点挤压到均布挤压的合力F可以用以下公式推导。见图2 
  合力F=dFsinθ 
  dF=dsp=dlBp=R中・B
  合力F=R中・Bpsinθ=2R中・B
  =D中・Bp1 
  式中ds:单位角度所对应的面积,单位mm2 
  p:单位面积上夹具所承受的压力(即压强),单位MPa 
  dl:单位角度所对应的弧长,单位mm 
  B:夹具宽度,单位mm 
  a:夹具厚度,单位mm 
  R中:夹具半中径,单位mm 
  D中:夹具中径,单位mm 
  D内:夹具内径,单位mm 
  1.3.2 夹具的紧固螺栓截面计算 
  夹具是由两个半圆构件组成的,通过螺栓将两侧耳板连接在一起。假设连接螺栓数目为n条,每条螺栓所承受的拉力为T,则两侧紧固螺栓所承受的总拉力nT应与夹具均布内压合力F相平衡。 
  即 nT=F 
  T= 
  螺栓截面积A==2 
  式中,[σ]t――螺栓在t℃时的许用应力,单位MPa 
  1.3.3 夹具的厚度计算 
  为了保证夹具具有足够的强度,应使夹具截面上的应力不高于所用金属材料的许用应力。 
  即=≤[σ] 3 
  式中,S――夹具的截面积,单位mm2 
  把(1)式代入(3)式得≤[σ]4 
  式中,[σ]――金属材料的许用应力,单位MPa 
  如果夹具的各部分不是整体制造,而是由几块焊接组成,则许用应力要乘以一个与焊缝结构等有关的焊缝系数? 
  (4)式变成≤[σ]?5 
  把D=D+a带入(5)式,整理可得夹具的厚度
  a=6 
  由于带温带压封堵泄漏,夹具必然受泄漏介质的温度影响,因此,应把改成金属材料在实际工作温度下的许用应力[σ]t 
  最终公式应为a=+C 7 
  式中,P――系统压力或密封剂挤压力,MPa,按照《中国石油化工总公司带压堵漏技术暂行规定》及经验,P的选取应按照以下原则确定:系统压力低于7 MPa时,以挤压力为主,P7 MPa;系统压力大于7 MPa时,按系统压力选取。 
  D――夹具内径,单位mm 
  [σ]t――t℃夹具材料的许用应力,单位MPa 
  ?――焊缝系数,无单位 
  C――厚度附加量,单位mm 


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