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機(jī)械密封件泄漏的預(yù)測(cè)與防止

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機(jī)械密封件泄漏的預(yù)測(cè)與防止

發(fā)布日期:2021-12-21 作者: 點(diǎn)擊:

隨著現(xiàn)代石油、化工、冶金、原子能、電子、宇航技術(shù)的發(fā)展,對(duì)不同用途的高壓、超高壓、高真空、超 高真空,甚至極 高真空設(shè)備的密封要求越來(lái)越高。其中有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)部有很多管道和傳動(dòng)機(jī)構(gòu);有的體積很大,達(dá)幾百立方米,甚至數(shù)千立方米。在這些設(shè)備中管道的總長(zhǎng)度可達(dá)幾公里,焊縫、密封連接的總長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)十公里,檢漏工作量十分巨大。由于實(shí)際上很難制造出沒(méi)有泄漏的裝置,且從某種意義上實(shí)現(xiàn)無(wú)泄漏也是不可能的,因此,一般情況下,對(duì)制造出的設(shè)備均應(yīng)進(jìn)行檢漏試驗(yàn)。而無(wú)論采用哪種檢漏方法,總要花費(fèi)一定的時(shí)間、人力、物力和財(cái)力,故進(jìn)行檢漏試驗(yàn)時(shí),一定要正確理解和使用檢漏方法,盡量減少“漏診和誤診”,并盡可能從工程或成套裝置的準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)、加工、安裝、試運(yùn)轉(zhuǎn)、正式運(yùn)轉(zhuǎn)等各階段對(duì)密封問(wèn)題作周密的考慮,采取各種有效措施,減少泄漏。以下對(duì)裝置在設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試以及運(yùn)行過(guò)程中的泄漏預(yù)測(cè)與防止以及檢漏程序作一說(shuō)明。

項(xiàng)目準(zhǔn)備階段

一、項(xiàng)目準(zhǔn)備階段需考慮的主要問(wèn)題


在裝置制造、購(gòu)買、檢查階段,須充分重視密封問(wèn)題,特別是項(xiàng)目準(zhǔn)備階段,即在考慮制作和購(gòu)買什么樣裝置才能符合使用要求時(shí),更應(yīng)加倍重視。場(chǎng)地條件、經(jīng)濟(jì)性、裝置的性能、安全性以及環(huán)境問(wèn)題都是預(yù)備階段應(yīng)考慮的事項(xiàng)。實(shí)際上,在該階段,對(duì)可能引起泄漏的主要因素以及發(fā)生泄漏時(shí)應(yīng)采取什么樣的措施等問(wèn)題均應(yīng)作周密的考慮,主要為:

1、了解裝置的工藝原理和方法,即加工制造的裝置安裝在工藝流程的哪一部分,起什么作用,如何使用等;

2、了解設(shè)備、裝置的工況條件,包括使用的溫度、壓力、介質(zhì)特性以及可能承受的沖擊、振動(dòng)和工藝狀況的波動(dòng)等;

3、確定允許的泄漏率,即規(guī)定指標(biāo)泄漏率,并明確出現(xiàn)泄漏時(shí)如何檢測(cè),如何維修;

4、如何保證裝置的耐久性,即保證裝置在正常運(yùn)行條件下泄漏率不再增加;制定在使用過(guò)程中出現(xiàn)異常情況時(shí)應(yīng)采取的措施;

5、對(duì)裝置的危險(xiǎn)性、可能出現(xiàn)的突發(fā)事故進(jìn)行分析,預(yù)測(cè)裝置在操作失誤時(shí)能否經(jīng)受突發(fā)事故,以及發(fā)生突發(fā)事故時(shí)的危險(xiǎn)程度和影響范圍;

6、制定明確有效的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)以及相應(yīng)的措施,判斷所需的經(jīng)費(fèi)和可能取得的效果。


二、指標(biāo)泄漏率

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可見不論什么情況,都很難籠統(tǒng)地規(guī)定允許泄漏率。即使是裝置相同,由于設(shè)計(jì)、加工制造和使用工況等千差萬(wàn)別,其中一個(gè)條件變化,允許泄漏率也要隨之變化。如果不考慮成本,對(duì)允許泄漏率要求越嚴(yán),越有利于安全。

如表7-1所示,確定壓力裝置的允許泄漏率時(shí),要考慮到各種復(fù)雜因素,其中最難以估量的是漏出的氣體、液體對(duì)周圍環(huán)境的污染,或由此產(chǎn)生的危險(xiǎn)

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泄漏出的氣體或液體氣化后向周圍擴(kuò)散,由于氣體的擴(kuò)散系數(shù)、性質(zhì)、氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、地形等條件的不同,擴(kuò)散速度和擴(kuò)散狀態(tài)變化很大,因而即使是同樣的泄漏率,其對(duì)環(huán)境和人員的危險(xiǎn)性也會(huì)不一樣。

三、泄漏狀況與裝置運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系

任何裝置在使用過(guò)程中隨著服役時(shí)間的增加,性能會(huì)不斷下降。通常裝置的泄漏率會(huì)隨著服役時(shí)間的增加而增加。如圖7-1所示,裝置在繼續(xù)使用過(guò)程中,泄漏率也會(huì)不斷增大,直到某一時(shí)刻,突然超過(guò)允許的泄漏率,發(fā)生嚴(yán)重泄漏,造成裝置無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn),甚至帶來(lái)環(huán)境污染或造成人員和財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。因此,在計(jì)劃、設(shè)計(jì)、制造、購(gòu)買、組裝和建設(shè)的每個(gè)階段都應(yīng)以符合允許泄漏率為目標(biāo),并使裝置的緊密性狀態(tài)盡可能長(zhǎng)期地維持下去。但實(shí)際上這種要求是很難達(dá)到的,因此,只能通過(guò)定期檢修和日常維護(hù)加以補(bǔ)救。任何部門都應(yīng)制定裝置的維修標(biāo)準(zhǔn)和定期維修計(jì)劃。

事實(shí)上,在許多企業(yè)的裝置維修方案中,對(duì)泄漏問(wèn)題常常沒(méi)有做明確規(guī)定,有的甚至在項(xiàng)目裝備階段也沒(méi)有認(rèn)真做過(guò)考慮。

對(duì)裝置運(yùn)行過(guò)程中泄漏率的增加,突發(fā)性泄漏事故的產(chǎn)生及其預(yù)防、解決措施等均應(yīng)做認(rèn)真考慮,這不僅對(duì)防止危險(xiǎn)和事故的發(fā)生十分必要,而且對(duì)了解裝置和部件的可靠性、耐久性也很重要。另外,通過(guò)裝置實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和理想狀態(tài)的比較,可以獲得重要的技術(shù)數(shù)據(jù),對(duì)裝置的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)均有十分重大的意義。

進(jìn)行嚴(yán)格的檢漏試驗(yàn)、提高允許泄漏率指標(biāo)是提高裝置可靠性、延長(zhǎng)裝置維修周期的重要保證。但是,即使已經(jīng)進(jìn)行了嚴(yán)格的檢漏試驗(yàn),使用過(guò)程中,也必須經(jīng)常注意泄漏的發(fā)生,可能情況下,要了解泄漏發(fā)生的概率和應(yīng)該采取的措施,完善日常檢修和定期檢修的標(biāo)準(zhǔn),確定定期檢修的時(shí)間間隔。

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設(shè)計(jì)階段

從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)到包括每一張零部件圖和組裝圖的實(shí)際設(shè)計(jì),中間要經(jīng)歷很多階段,每一階段都不應(yīng)忽略泄漏問(wèn)題。雖然設(shè)備制造階段和檢查階段同樣存在引起泄漏的各種原因,但是,經(jīng)驗(yàn)表明,泄漏問(wèn)題大多出在設(shè)計(jì)階段。因而,如果在設(shè)計(jì)階段就能加以重視,就有可能大大減少泄漏的發(fā)生和由此引起的各種事故。在設(shè)計(jì)階段,對(duì)泄漏問(wèn)題主要應(yīng)考慮如下幾項(xiàng)內(nèi)容。

(1)合理規(guī)定設(shè)備的最大允許泄漏率,由此再規(guī)定各零、部件的最大允許泄漏率。

(2)加工、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,對(duì)不同零部件(或整個(gè)設(shè)備)采用哪種檢漏儀器和檢漏方法。

如果用壓力檢漏方法時(shí),要考慮:

1、容器充氣后的耐壓性能;

2、容器中有無(wú)會(huì)被示漏氣體腐蝕的材料;

3、檢漏時(shí)焊縫的位置是否暴露在外面;

4、如何通入示漏氣體;

5、檢漏過(guò)程中若采用氨、放射性氣體等,則設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮排除、沖洗和回收等裝置。

如果用真空檢漏法時(shí),要考慮:

1、容器是否允許處于負(fù)壓狀態(tài);

2、采用什么樣的真空泵;

3、檢漏儀的連接方法。

( 1)工藝設(shè)計(jì)要合理。例如,通常只允許真空容器的一側(cè)有焊縫,如需增加焊縫的強(qiáng)度,在真空一側(cè)應(yīng)采用連續(xù)焊,在非真空一側(cè)則采用斷續(xù)焊。

(2)選擇材料時(shí)也應(yīng)考慮泄漏問(wèn)題。選擇金屬材料時(shí)應(yīng)考慮材料的抗拉、抗壓強(qiáng)度以及高溫強(qiáng)度、低溫脆性、硬化特性、切削性、焊接性、使用過(guò)程中的耐腐蝕性等。有機(jī)材料的選擇通常比金屬材料的選擇困難得多。對(duì)有機(jī)材料,應(yīng)根據(jù)使用目的、溫度、壓力、力學(xué)性能(壓縮率、回彈率、復(fù)原力)、耐久性等進(jìn)行選擇。選擇過(guò)程中應(yīng)全面考慮與泄漏有關(guān)的因素,如材料的致密性、透氣率、表面蒸汽壓等。

(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮密封、檢漏和修復(fù)等方面要求。設(shè)計(jì)中要盡可能避免“寄生空間”,以縮短檢漏的反應(yīng)時(shí)間。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)如表7-3 所示。

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加工制造階段


加工制造過(guò)程中出現(xiàn)的泄漏,通常與制造水平和加工人員的素養(yǎng)有關(guān),例如電焊工的水平低,或者沒(méi)有按照?qǐng)D紙要求加工等。有時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)密封問(wèn)題考慮不周造成的后果,可以通過(guò)加工制造階段加以彌補(bǔ)。因此,加工制造人員具備密封的基本知識(shí),時(shí)時(shí)關(guān)注泄漏問(wèn)題十分重要。

在加工制造過(guò)程中,對(duì)泄漏問(wèn)題主要應(yīng)作如下考慮。

一、 焊接件的檢漏

設(shè)備零部件的焊縫是否需要進(jìn)行檢漏,應(yīng)根據(jù)焊接質(zhì)量和設(shè)備所允許的最大泄漏率來(lái)確定。焊縫的檢漏是在零部件的加工過(guò)程中進(jìn)行還是在總裝以后進(jìn)行,需視具體情況而定。例如,某些設(shè)備由于裝配后焊縫不暴露在外面,此時(shí),即使發(fā)現(xiàn)了漏孔也無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)焊。又如某些大容器在總裝后其容積過(guò)大,因而檢漏靈敏度可能很低,檢不出小漏孔,從而達(dá)不到檢漏的要求。對(duì)于類似這樣的容器和設(shè)備,應(yīng)在零部件的加工過(guò)程中就對(duì)焊縫進(jìn)行檢漏。

經(jīng)過(guò)檢漏的零件在對(duì)焊縫進(jìn)行切削加工后,應(yīng)再次進(jìn)行檢漏,補(bǔ)焊后的焊縫也需重新檢漏。

二、其他加工件的檢漏

金屬板材一般不需檢漏(除鑄件外),但對(duì)表面和內(nèi)部有缺陷(夾渣、氣孔、裂紋)的金屬材料,則必須進(jìn)行檢漏。

機(jī)械加工后的工件一般也不需要檢漏。但薄壁管材經(jīng)彎曲后可能出現(xiàn)裂紋,因此需要對(duì)彎曲部位進(jìn)行檢漏。

三、機(jī)械加工

與焊接加工相比,機(jī)械加工一般不會(huì)引起泄漏。機(jī)械加工時(shí),尺寸和精度符合圖紙要求就可以了,通常無(wú)需另外采取措施。

鑄造件進(jìn)行機(jī)加工時(shí),去掉表層氧化皮后,里面的鑄造氣孔可能暴露出來(lái)。雖然鑄造氣孔未必都會(huì)引起泄漏,但對(duì)泄漏率要求很嚴(yán)的裝置和部件,這樣的鑄造件就應(yīng)報(bào)廢,或應(yīng)采取有效的修補(bǔ)措施。密封面的光潔度對(duì)連接的密封性能有明顯影響,對(duì)金屬密封件來(lái)說(shuō),通常密封面光潔度越高,密封效果越好。對(duì)非金屬墊片,則不必采用很高的光潔度。密封面光潔度的選擇,除了應(yīng)考慮連接的密封效果外,還應(yīng)考慮機(jī)加工成本。此外,連接的密封面部分必須采取保護(hù)措施,以免在加工、組裝和使用過(guò)程中出現(xiàn)劃傷等缺陷。

四、組裝過(guò)程

組裝過(guò)程中認(rèn)真注意泄漏問(wèn)題十分重要。組裝階段,可以對(duì)以前各階段出現(xiàn)的問(wèn)題作綜合檢查,也可對(duì)設(shè)計(jì)或加工階段采取的防止泄漏措施作進(jìn)一步的檢驗(yàn)。在組裝過(guò)程中,可以對(duì)各零部件的尺寸精度、表面加工狀態(tài)、有無(wú)傷痕等進(jìn)行再次檢查。根據(jù)組裝狀況,還可大致判斷出設(shè)備是否會(huì)發(fā)生泄漏。組裝人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水準(zhǔn),將對(duì)組裝后的設(shè)備質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。


安裝調(diào)試階段

在以前各個(gè)階段中,認(rèn)真注意了泄漏問(wèn)題,而且又進(jìn)行了檢漏試驗(yàn),但是否真有效果還有待于在安裝調(diào)試階段作綜合判斷。

安裝調(diào)試階段應(yīng)考慮的檢漏問(wèn)題如下:

1、經(jīng)過(guò)檢漏的零、部件如受到過(guò)較大的機(jī)械沖擊或振動(dòng),需在總裝前再次進(jìn)行檢漏。

2、根據(jù)安裝順序按步驟進(jìn)行檢漏。最好是在每裝好一個(gè)部件后,便對(duì)該部件和連接處進(jìn)行檢漏,檢漏合格后再安裝下一個(gè)部件。

3、在安裝過(guò)程中,對(duì)經(jīng)過(guò)再次加工過(guò)的某些零部件應(yīng)重新檢漏。例如有些管道在裝配時(shí)承受了較大的載荷,或者重新彎曲過(guò),都會(huì)造成焊縫和母材的開裂,此時(shí),必須重新檢漏。

4、安裝后首先應(yīng)對(duì)密封連接處進(jìn)行檢漏,其次再做分段和總體檢漏試驗(yàn)。

5、總體檢漏試驗(yàn)通??刹捎脡航捣ɑ蜢o態(tài)升壓法。如果系統(tǒng)允許的泄漏率較低,就應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)間。使用經(jīng)過(guò)校正過(guò)的壓力計(jì)、真空計(jì)或傳器。由于檢測(cè)元件通常受氣溫、氣壓變化影響,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行修正。如果系統(tǒng)總的泄漏率低于允許的泄漏率,便可結(jié)束試驗(yàn),進(jìn)入運(yùn)行階段。相反,如果系統(tǒng)總的泄漏率高于允許的泄漏率,就應(yīng)作進(jìn)一步的檢漏,找出泄漏原因和泄漏點(diǎn),并采取修補(bǔ)、更換等措施。

6、在做總體檢漏試驗(yàn)前,最好先進(jìn)行分段檢漏。試驗(yàn)時(shí)關(guān)閉連接各種裝置的閥門,或臨時(shí)安裝盲板,將整個(gè)裝置分為幾段。然后,對(duì)每一段進(jìn)行檢漏。檢漏時(shí)亦可采用壓降法或靜態(tài)升壓法。為縮短試驗(yàn)時(shí)間,各段檢漏可同時(shí)進(jìn)行。必要時(shí)應(yīng)采用其他檢測(cè)儀器和方法進(jìn)行檢漏,以確定每段的泄漏狀況,找出泄漏點(diǎn)。對(duì)于需進(jìn)行烘烤或冷卻的部件,必須經(jīng)冷、熱沖擊試驗(yàn)后再進(jìn)行檢漏。例如冷阱、冷卻障板等部件,在烘烤除氣后,應(yīng)立即注入冷卻劑(液氮、氟里昂等),然后測(cè)量其泄漏率。值得注意的是,在這些過(guò)程中,泄漏不一定是在最冷態(tài)或最熱態(tài)出現(xiàn)。

7、如果檢測(cè)出泄漏,又確定了泄漏點(diǎn),就應(yīng)立即進(jìn)行修補(bǔ)或更換。修補(bǔ)或更換后的部件或設(shè)備應(yīng)重新進(jìn)行檢漏,直至合格為止。表7-4列出了部分泄漏原因和應(yīng)采取的措施。

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運(yùn)行維修階段

如果在以前各階段中,作了徹底檢漏并進(jìn)行了修補(bǔ),通常短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)泄漏。正式運(yùn)轉(zhuǎn)階段中,如果經(jīng)常出現(xiàn)泄漏,就應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生泄漏的不同性質(zhì),重新進(jìn)行計(jì)劃、設(shè)計(jì)和加工階段的審查。運(yùn)行維修階段主要應(yīng)做好以下幾項(xiàng)工作。

一、運(yùn)轉(zhuǎn)日記

為了能對(duì)事先制定的維修計(jì)劃不斷進(jìn)行修正,使之趨于完善,應(yīng)該詳細(xì)記錄設(shè)備每天的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)日記里同時(shí)應(yīng)記錄泄漏方面的情況。不僅要記錄系統(tǒng)壓力、溫度、流量等的變化,而且應(yīng)把與泄漏有關(guān)的情況都記錄下來(lái)。由于泄漏與工況、介質(zhì),設(shè)備的結(jié)構(gòu)、材料等諸多因素有關(guān),所以有時(shí)很難檢查出泄漏的原因,如果有詳細(xì)的記錄,就便于依據(jù)記錄作出正確的判斷,并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。此外,對(duì)維修檢查內(nèi)容也應(yīng)作詳細(xì)記錄。

二 、 維修、檢查

在設(shè)備運(yùn)行維修工作中應(yīng)高度重視泄漏問(wèn)題,并采取相應(yīng)的措施。例如,積極地進(jìn)行檢漏試驗(yàn),也屬于維修工作的一部分。對(duì)加壓裝置,可采用檢漏器每天巡回檢測(cè)一次;對(duì)真空裝置,可暫時(shí)關(guān)閉排氣系統(tǒng)的閥門,采用靜態(tài)升壓法作短時(shí)間的檢漏試驗(yàn)。某些部件更換后,如出現(xiàn)泄漏故障,與更換前的狀況比較后往往可以判斷出具體的泄漏點(diǎn)。若能每天堅(jiān)持記錄設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,則除了突發(fā)性泄漏外,一般可以預(yù)測(cè)系統(tǒng)何時(shí)將出現(xiàn)超過(guò)允許泄漏率的泄漏問(wèn)題。實(shí)際使用過(guò)程中應(yīng)逐步修改維修計(jì)劃以使之更符合實(shí)際情況。

三、定期檢修

定期檢修對(duì)防止泄漏十分重要。平時(shí)發(fā)生泄漏,設(shè)備不能停止運(yùn)轉(zhuǎn),只能采取臨時(shí)性措施。定期檢修時(shí),由于設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn),因而可以做徹底的修補(bǔ),也可以更換新的部件,對(duì)更換的部件要進(jìn)行檢漏。另外,定期檢修可以進(jìn)一步查明泄漏原因,找出防止泄漏事故發(fā)生的方法。

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