一起压力容器法兰密封失效事故的分析及处理

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某单位-在用液氨储罐(Ⅲ类容器)，在连续工作两年十个月后。设备上部人孔法兰连接处出现泄漏，且泄漏量逐渐增大。技术人员经多次调整和紧固，均未有实质性效果 。遂要求提前进行检验。在检验合格进行气密性试验过程中。当压力升至 1.20MPa时，用肥皂液检漏，法兰连接处再次出现轻微泄漏。氨罐规格，内径2200ram。长 8730mm，壁厚 20mm，设计压力 2.20MPa，容积 32m3，材质 16MnR，最高使用压力 1.80MPa。下面将对法兰密封失效原因进行分析。并提出解决方案。

2 法兰泄漏情况2.1 法兰泄漏情况据受检单位现场工作人员介绍，人孔法兰连接处开始是向外不断渗液，后经调整和紧固后，出现气泡，且呈逐渐增大趋势，罐体附近有浓烈的氨气味道。

2.2 泄漏原因分析- 般来说。根据法兰发生泄漏的形式，-是垫片渗透泄漏，二是界面泄漏(亦称压紧面泄漏)，其情况如图1所示。由图 1可见，垫片密封-般由连接件 (如法兰)、垫片(是-种夹持在两个独立的连接件之间的材料或材料的组合。其作用是在预定的使用寿命中保持E澄耘垂薹蒜誊 垫片/誊 、图 1收稿 日期：2013-05-30两个连接件间的密封)和紧固件(如螺栓螺母)等组成，因此决定某个接头的密封性时，必须将整个连接结构作为-个系统进行考虑。其中垫片是整个连接系统中的关键元件，垫片工作正常或失效与否。除了撒于设计选用的垫片本身的性能外.还撒于系统的刚度和变形、结合面的表面粗糙度和不平行度、紧固载荷的大型均匀性等因素。

垫片渗透泄漏是被密封介质通过垫片内部微小缝隙所致。常用的垫片材料多为植物纤维(棉麻丝)、矿物纤维(石棉、石墨等)和化学纤维(尼龙、聚四氟乙烯等塑料纤维)，它们都具有-定的纤维间的微小缝隙，致密性差，渗透是难免的。特别是在流体介质的压力作用下，被密封介质会通过纤维间的微小缝隙渗透到低压- 侧来。渗透泄漏-般与被密封介质的工作压力、温度和粘度有关，约占法兰泄漏事故的 1O%～20%。

界面泄漏是被密封介质通过垫片与两法兰之间的缝隙产生的。法兰表面从机械加工的微观纹理来看，存在粗糙度和变形，与垫片之间总是存在泄漏通道。要想使法兰连接紧密不漏，必须将压紧面紧紧压在垫片上，使垫片变形。从而填满压紧面上凹进的空隙，增加密封处流体阻力，从而达到密封的目的。在实际工作中，影响法兰连接密封的因素是多方面和复杂的。有正常因素也有非正常因素(如不正确的安装方法、压紧面和垫片损伤等)。从设计角度来看，主要因素有垫片性能、压紧面形式、螺栓压紧力、法兰刚度、操作条件等。密封垫片压紧力不足、法兰结合面上的粗糙度不恰当、机械振动等都可能引起泄漏。另外，法兰连接后，螺栓变形、伸长及密封垫片长期使用后塑性变形、回弹力下降、材料老化龟裂变质等。也能引起泄漏。法兰泄漏绝大多数都是这种泄漏，约占8O%～90%，是密封失效的主要形式。

将液氨储罐人孑L法兰拆卸后。发现法兰压紧面采用凹凸型密封面，使用石棉橡胶垫片，垫片内部部分已经浸湿。周边有裂痕存在。根据情况判断密封垫片是先发生渗透泄漏，后由于调整紧固时不慎，垫片发生塑性变形产生裂痕。回弹力下降.最终发生界面泄漏。

根据人孔法兰泄漏情况及环保要求.我们建议对垫片升级使用。采用具有良好回弹性和耐蚀性不易渗- 6o· 2013年第 4期漏的非金属垫片或金属垫片。但现场负责人以时间紧迫没有备件且价格较贵为由没有同意。由于对方坚持且根据介质(液氨)的实际情况选用石棉橡胶垫片也是符合有关规定的，于是检验合格后仍然采用了石棉橡胶垫片。

气密性试验时法兰泄漏情况3.1 法兰泄漏情况由于介质易燃易爆且对人体眼口鼻有强烈的刺激作用.按照受检单位要求检验合格封罐后对储罐进行。气密性试验。按照《压力容器定期检验规则》制定了气密性试验方案，采用氮气做试验介质。当缓慢升压至1.20MPa。采用肥皂液检漏时，发现在法兰-侧有气泡冒出；继续升压至 1.25MPa，气泡持续不断地冒出，法兰密封宣告失效。

3.2 泄漏原因分析由于是新安装且试验介质为氮气.可以排除垫片渗透泄漏的可能性，应属于界面泄漏，但引起界面泄漏的原因是复杂和多方面的。经过对有关影响因素和安装过程分析，怀疑是垫片本身的质量问题。因为封罐时已对上下密封面进行检查没有发现机械划痕、毛刺和其他机械损伤，粗糙度在 Ra20～13之间，密封面洁净无残留物；安装位置正确，螺栓预紧力按垫片系数和预紧比压值的有关参数选择，螺栓对称逐渐鹏，并使用了力矩扳手等。

后经了解 .该垫片是上个检验周期留下的备件 ，也就是说至少已经储存了两年多。长期存放在仓库里，没有采取任何防潮防霉防尘措施 ，武汉的气候温差很大且空气潮湿，垫片受潮变质，回弹力下降，导致此次密封失效。

经历了上述事故后。受检单位同意购买金属缠绕垫片。由于与金属垫片接触的密封面要求尺寸精度很高，按规定对密封面部分做了处理，使其粗糙度在Ra6.3 3.2。按有关规程重新封罐完毕后进行气密性试验，试验过程中，储罐无异常响声，经肥皂液检漏未发现漏气。无可见的变形 ；达到试验压力后，保压 3O分钟。压力无下降，气密性试验合格。

4 结 论引起垫片密封失效的原因是多方面和复杂的，密封失效不仅会造成经济损失，还会污染环境甚至酿成人身伤害事故。只要合理选材、正确安装、安全操作、提高垫片及螺栓质量，必要时对垫片升级使用.认真执行标准和规范。密而不漏是完全可以实现的。

5 结束语5.1 万能垫片”-石棉橡胶垫片在大多数中小型企业，只要提到法兰密封中应用的垫片，不论何种流体何种工况，许多人的第-选择 ，更有甚者唯-的选择就是石棉橡胶垫片。他们不管压力容器或管道内的介质是什么 ，也不考虑万能”的石棉橡胶垫片能否满足生产工艺需求。当技术人员提出更换其它类型的密封垫片时。个别企业管理者以各种理由拒绝，认为技术人员是在推卸自己密封失效的责任。

另外，国际上已公认石棉是-种致癌物质。上世纪 90年代美国环保部门颁布法规禁止使用石棉材料及其制品.近年来出现了用合成纤维或其他无机纤维单独或混杂替代石棉纤维的无石棉垫片。如今世界发达国家 已将无石棉材料推广至各个领域 .全面禁用石棉材料 .无石棉垫片取代石棉垫片将是未来的发展趋势。

5.2 领导不重视。就容易出问题几乎所有企业都将密封垫片作为低值易耗品管理.当然从它占有企业生产成本的角度上看，所占份额的确很校但从安全生产角度来看，却是非常关键的。

在承压设备密封系统中，垫片是最薄弱的地方，工厂的跑、冒、滴、漏 90%以上是垫片引起的，可是在企业很少有领导关注低值易耗品。企业领导不重视，垫片自然得不到重视。这也是企业跑、冒、滴、漏难以杜绝的原因之-。

5.3 使用便宜的垫片，降低企业成本近几年国际国内经济形势不好，部分企业想尽-切办法降低生产成本，连作为低值易耗品的密封垫片也不放过。旧能的使用便宜的垫片，应该使用特种垫片的诚改用普通垫片。如有机热载体锅炉高温导热油系统，导热油在高温情况下渗透性很强，最适合的垫片是石棉石墨压缩垫片或柔性石墨垫片。但这种垫片的成本是同规格耐油石棉橡胶垫片的几倍或十几倍。

企业管理者认为买个垫片花太多钱不值得，买便宜的，坏了再换。单只垫片的成本是降下来了，但密封不住 ，容器或管道法兰经常泄漏，停车更换，跑、冒、滴、漏的损失以及开停车的成本大大超过了使用性能优良垫片的费用。总的算下来，使用便宜垫片，不仅成本没降下来。反而适得其反。更易造成事故。 (下转第56页)· 56· 特 种 设 备 安 全 技 术 2013年第4期陷时，使深度、水平指示均发生了变化。

根据超声波探伤仪原理，缺陷反射波在示波屏上横轴上反映的实质是声波传播时间。也就是说超声波探伤仪示波屏横轴上 下值实质代表的是声波传播时间。

如普通试块上按深度调整好时基扫描比例后 ，用同-探头去探测同-深度 H的反射体时 (如图 1)，在普通低合金钢和 l钢声波反射时间分别为：图 1t91St91/Ct91 St9lH/cosl3t9lt9lH/cosl3 1★Ct91同理：t钢H/cosl3锶-kC铜推导出： t91/t钢-CO8钢★C钢/cosl3ol★Co1 公式 2t91-声波在 T91钢中探测到H深度的时间t铜-声波在普通钢中探测到 H深度的时间13，-声波在 T91钢中的折射角13锯-声波在普通钢中的折射角C -声波在 T91钢中的横波声速C钢-声波在普通钢中的横波声速如果用 K2的探头在普通试块上调整好扫描速度去探测 T91钢时。即把 K2代入公式 1中得：t91/t钢1.09超声波探伤仪示波屏上下值实质代表的是声波传播时间。所以也可以说：T91/'r钢 1.09如果时基线扫描比例是按深度调整的，K值为 2的斜探头在普通试块上调整好扫描速度后探测 ，I91钢.深度显示是实际深度的 1.09倍。

不同 K值探头在普通试块上调整好扫描速度后去探测 T91钢，深度显示变化也不同，我们分别用-系列不同K值探头代入公式 2中得出-系列T91/丁钢的值。

具体变化见表23.3 实验结果通过不同K值的探头在普通试块上调整好扫描表 2K值 r91中K值 9l，T 反射体深度 理论值 实测值5 5.45 5.6 2.O 2.27 1.0910 10.9 115 5.5 5.62.1 2.44 1.1O10 11 11.15 5.55 5.7 2.2 2.59 1.1110 11.1 11.25 5.7 5.82-3 2.76 1.1410 11.4 11.45 5.8 5.92-4 2.92 1.161O 11.6 l1.65 5.9 6.1 2.5 3.1 1.1810 11.8 11.7速度后，去实测 T91钢中反射体深度显示(，r值)，实测结果表明，深度显示与实际之比与计算结果相符。即以后工作中，选用-定 K值的探头之后 ，可根据 Tq /下钢比值直接来换算出来反射体的实际深度。

3.4 检测结果验证根据修正后的测试数据来检测工件，将测试结果解剖计量，实际深度与仪器读数十分相当。漏检和误判的几率大大减少，保证了检测结果的可靠性，为设备的安全运行提供了保障。

4 结 论4.1 实际检测时要注意探头 K值的选择.标称值不能大于 K2.5，否则，检测时将有严重的表面波反射。

4.2 尽量选择效片探头。但检测时应注意波形发散导致的声程定位误差。

4.3 仪器调整后应注意修正 ，检测结果应以修正值记录。

作者 卢丽芳 河南省锅炉压力容器安全检测研究院河南·郑州 邮编 450000