第三章过程装备与管道的静密封PPT讲稿.ppt

第三章过程装备与管道的静密封第1页，共41页，编辑于2022年，星期二前言前言1.垫片的定义垫片的定义垫片是一种夹持在两个独立垫片是一种夹持在两个独立的连接件之间的材料或材料的连接件之间的材料或材料的组合，其作用是在预定的的组合，其作用是在预定的使用寿命内，保持两个连接使用寿命内，保持两个连接件间的密封。件间的密封。三点要求三点要求：密封结合面、对密：密封结合面、对密封介质不渗透和不被腐蚀、能封介质不渗透和不被腐蚀、能经受温度和压力的作用）经受温度和压力的作用）由上图，垫片密封一般由（由上图，垫片密封一般由（1）连接件（如法兰）、（）连接件（如法兰）、（2）垫片、（垫片、（3）紧固件（如螺栓、螺母等）等组成）紧固件（如螺栓、螺母等）等组成第2页，共41页，编辑于2022年，星期二第3页，共41页，编辑于2022年，星期二决定某个接头的密封性时，必须将整个连接结构作为一决定某个接头的密封性时，必须将整个连接结构作为一个个系统系统进行考虑进行考虑垫片工作正常与否，除取决于垫片本身的性能外，还取决于垫片工作正常与否，除取决于垫片本身的性能外，还取决于系系统统的的刚度和变形刚度和变形、结合面的、结合面的表面粗糙度表面粗糙度和和不平行度不平行度、紧固载荷紧固载荷的的大小大小和和均匀性均匀性等等所以，研究密封：把系统的各个结构所以，研究密封：把系统的各个结构单独单独分析特性，然后分析特性，然后在在整合整合到一起到一起第4页，共41页，编辑于2022年，星期二2.垫片密封的泄漏方式垫片密封的泄漏方式（1）界面泄漏：占总泄漏的）界面泄漏：占总泄漏的80-90%（2）渗透泄漏：占总泄漏的）渗透泄漏：占总泄漏的10-20%（3）吹出泄漏：事故性泄漏）吹出泄漏：事故性泄漏解决方法：解决方法：对于对于（2）渗透泄漏，可通过选用不同材料的复合或渗透泄漏，可通过选用不同材料的复合或机械组合形成不渗透性结构，或者使用较大的夹紧力使材料更加机械组合形成不渗透性结构，或者使用较大的夹紧力使材料更加密实，减少以至消除泄漏密实，减少以至消除泄漏对于对于（1）（）（3）与垫片的材料性质、接头的机械特征、密与垫片的材料性质、接头的机械特征、密封面的性质和状态、密封流体的特性以及紧固件夹紧程度封面的性质和状态、密封流体的特性以及紧固件夹紧程度等有关。等有关。第5页，共41页，编辑于2022年，星期二3.垫片的密封机理垫片的密封机理(1)初始密封初始密封连接件初始装配时需要的密封连接件初始装配时需要的密封产生初始密封的产生初始密封的要求要求压缩垫片，使其与密封面间产压缩垫片，使其与密封面间产生足够的压力（垫片预紧应力或称初始垫片比压）生足够的压力（垫片预紧应力或称初始垫片比压）压缩垫片的压缩垫片的作用作用使垫片发生弹性或弹塑性变形，能够填使垫片发生弹性或弹塑性变形，能够填塞密封面的变形和表面粗糙度，以堵塞界面泄漏的通道塞密封面的变形和表面粗糙度，以堵塞界面泄漏的通道第6页，共41页，编辑于2022年，星期二螺栓紧固件的垫片预紧应力的计算螺栓紧固件的垫片预紧应力的计算垫片应力垫片应力螺栓的数量螺栓的数量N、拧紧螺栓的转矩、拧紧螺栓的转矩M、螺栓系、螺栓系统的摩擦状况和垫片的压缩面积统的摩擦状况和垫片的压缩面积A，既，既或或（2）（1）d螺栓的名义直径；螺栓的名义直径；K系数；系数；F单个螺栓的紧固力单个螺栓的紧固力 N螺栓数目；螺栓数目；Ag垫片压缩面积垫片压缩面积垫片的预紧应力垫片的预紧应力第7页，共41页，编辑于2022年，星期二系数系数K变化范围：变化范围：0.160.2与润滑状况有关，与润滑状况有关，0.16指良好润滑的螺纹，指良好润滑的螺纹，0.2指润滑较差指润滑较差预紧垫片应力能否做到初始密封，与使用的垫片材料密切相关，预紧垫片应力能否做到初始密封，与使用的垫片材料密切相关，不同的材料在不同的材料在相同的压缩量相同的压缩量下得到的垫片下得到的垫片应力是不相同应力是不相同的，的，相同密封相同密封要求下所能密封的要求下所能密封的介质压力也不一样介质压力也不一样，或者说相，或者说相同的介质压力下，得到的同的介质压力下，得到的密封度不同密封度不同第8页，共41页，编辑于2022年，星期二（2）工作密封）工作密封设备连接系统进行工作时，接头受到介质压力作用，设备连接系统进行工作时，接头受到介质压力作用，密封面被迫发生分离。此时对垫片的要求密封面被迫发生分离。此时对垫片的要求:1）垫片能够垫片能够释放足够的弹性应变能，以弥补分离量；释放足够的弹性应变能，以弥补分离量；2）留下足以保留下足以保持密封所需要的工作（残留）垫片应力；持密封所需要的工作（残留）垫片应力；3）弹性变形弹性变形能还要补偿装置长期运行过程中任何可能发生的垫片应能还要补偿装置长期运行过程中任何可能发生的垫片应力松弛。力松弛。此外，接头的不均匀的此外，接头的不均匀的热变形热变形，导致垫片应力的波动；，导致垫片应力的波动；因因受热受热引起紧固件应力的松弛而减少了作用在垫片上的引起紧固件应力的松弛而减少了作用在垫片上的应力。应力。第9页，共41页，编辑于2022年，星期二可以用下式表示工作情况下垫片应力应变情况可以用下式表示工作情况下垫片应力应变情况（3）如图所示，曲线表示上述两个过程中垫片的应力和如图所示，曲线表示上述两个过程中垫片的应力和变形的关系。变形的关系。第10页，共41页，编辑于2022年，星期二所以，任何形式的垫片密封，首先要在连接件的密封面所以，任何形式的垫片密封，首先要在连接件的密封面和垫片表面之间产生一种和垫片表面之间产生一种垫片预紧应力垫片预紧应力。在理论上在理论上，垫片预紧力越大，垫片中贮存的弹性应变能，垫片预紧力越大，垫片中贮存的弹性应变能越大，可用于补偿分离或松弛的余地越大。越大，可用于补偿分离或松弛的余地越大。实际上实际上，垫片预紧应力的合理值取决于密封材料的结构、，垫片预紧应力的合理值取决于密封材料的结构、密封度、环境因素、使用寿命和经济性等因素。密封度、环境因素、使用寿命和经济性等因素。第11页，共41页，编辑于2022年，星期二一一.中低压设备和管道的垫片密封中低压设备和管道的垫片密封1.法兰连接的一般考虑法兰连接的一般考虑垫片垫片-法兰法兰-螺栓组成的连接结构的影响因素螺栓组成的连接结构的影响因素结构的结构的完整性完整性整个结构的机械或热应力必须在材料的允许整个结构的机械或热应力必须在材料的允许范围内范围内设计的一般设计的一般目的目的：对于已知的垫片特性，确定法兰和螺栓：对于已知的垫片特性，确定法兰和螺栓等结构的安全、经济尺寸，同时整个系统达到规定的密封等结构的安全、经济尺寸，同时整个系统达到规定的密封要求要求（2）性能受到各个零件弹性的制约，尤其存在垫片时，整个）性能受到各个零件弹性的制约，尤其存在垫片时，整个结构表现出弹性行为。结构表现出弹性行为。（1）螺栓与螺母之间的摩擦关系复杂）螺栓与螺母之间的摩擦关系复杂连接的连接的密封性密封性泄漏率在允许范围内泄漏率在允许范围内第12页，共41页，编辑于2022年，星期二2.法兰连接标准法兰连接标准（1）法兰类型）法兰类型用途用途容器法兰容器法兰管道法兰管道法兰密封面宽窄密封面宽窄宽面法兰宽面法兰窄面法兰窄面法兰制造材料制造材料金属法兰金属法兰非金属法兰非金属法兰连接方式连接方式焊接法兰焊接法兰非焊接法兰非焊接法兰本节主要介绍钢制圆形法兰和管道法兰本节主要介绍钢制圆形法兰和管道法兰第13页，共41页，编辑于2022年，星期二典型法兰的结构示意图典型法兰的结构示意图（插图（插图3-4）第14页，共41页，编辑于2022年，星期二（2）法兰密封面型式）法兰密封面型式法兰密封面的型式与大小和垫片的型式、使用场合和工法兰密封面的型式与大小和垫片的型式、使用场合和工作条件有关作条件有关根据标准，将法兰密封面分为以下常用的几种，如图根据标准，将法兰密封面分为以下常用的几种，如图所示所示第15页，共41页，编辑于2022年，星期二第16页，共41页，编辑于2022年，星期二无约束无约束全平面法兰全平面法兰接触面积大，压缩应力较低，适用接触面积大，压缩应力较低，适用于软材料垫片或铸铁、搪瓷、塑料等低压法兰的于软材料垫片或铸铁、搪瓷、塑料等低压法兰的场合场合突面法兰突面法兰较高的垫片应力，适用于较硬垫较高的垫片应力，适用于较硬垫片材料和较高压力的场合片材料和较高压力的场合半约束半约束凹凸密封面凹凸密封面使垫片免于遭受吹出的危险使垫片免于遭受吹出的危险自紧式自紧式O形环密封面形环密封面主要用于金属或弹性体主要用于金属或弹性体O形环的形环的密封，依靠工作时的压力挤压密封，依靠工作时的压力挤压O形环变形达到密封目的形环变形达到密封目的有约束有约束榫形面和环连接面榫形面和环连接面更具密封性，适用于压力、更具密封性，适用于压力、温度有波动，对介质密封性要求较高的场合温度有波动，对介质密封性要求较高的场合第17页，共41页，编辑于2022年，星期二“控制压缩垫片控制压缩垫片”界面存在垫片，但螺栓预紧后，法兰面界面存在垫片，但螺栓预紧后，法兰面会发生金属与金属的接触（如会发生金属与金属的接触（如图图所示）所示）特点特点：介质压力和温度波动时，垫片上的载荷不发生：介质压力和温度波动时，垫片上的载荷不发生改变，接头保持在最佳的泄漏控制状态，同时螺栓也改变，接头保持在最佳的泄漏控制状态，同时螺栓也不承受循环载荷。不承受循环载荷。第18页，共41页，编辑于2022年，星期二3.垫片垫片（1）垫片的一般结构）垫片的一般结构第19页，共41页，编辑于2022年，星期二上图为垫片的一般结构上图为垫片的一般结构b密封元件，阻止泄漏，通常为非金属材料，也可以密封元件，阻止泄漏，通常为非金属材料，也可以是金属材料是金属材料e对于非金属材料的密封元件，可以插入金属材料予以增强对于非金属材料的密封元件，可以插入金属材料予以增强d或或f密封元件上的表面层，增加密封效果和防止与密封密封元件上的表面层，增加密封效果和防止与密封面粘结面粘结c外环，作用：外环，作用：1）帮助密封元件对中；）帮助密封元件对中；2）防止密封）防止密封元件过分压缩；元件过分压缩；3）防止垫片吹出或防止法兰转动）防止垫片吹出或防止法兰转动a内环，作用：内环，作用：1）防止向内屈曲；）防止向内屈曲；2）填补密封件与）填补密封件与容器或管道内孔的空隙容器或管道内孔的空隙第20页，共41页，编辑于2022年，星期二（2）垫片的基本类型）垫片的基本类型第21页，共41页，编辑于2022年，星期二（3 3）垫片的重要性能）垫片的重要性能1.1.垫片的力学性能垫片的力学性能载荷载荷-变形行为变形行为压缩性和回复性压缩性和回复性拉伸强度拉伸强度压缩（溃）强度压缩（溃）强度吹出抗力吹出抗力蠕变松弛行为蠕变松弛行为P*T2.垫片的高温力学行为垫片的高温力学行为3.3.垫片的密封行为垫片的密封行为第22页，共41页，编辑于2022年，星期二（4 4）垫片应力）垫片应力1.1.垫片应力下限值或最小装配垫片应力垫片应力下限值或最小装配垫片应力2.2.垫片应力上限值或最大装配垫片应力垫片应力上限值或最大装配垫片应力3.3.设计装配垫片应力设计装配垫片应力4.4.垫片应力松弛垫片应力松弛5.5.热膨胀和热滞后引起的垫片应力降低热膨胀和热滞后引起的垫片应力降低6.6.实际螺栓载荷的不确定性实际螺栓载荷的不确定性第23页，共41页，编辑于2022年，星期二4.4.垫片的安装和密封失效垫片的安装和密封失效（1 1）垫片的安装方法）垫片的安装方法安装工具安装工具安装准备安装准备法兰调整法兰调整紧固件安装和拧紧紧固件安装和拧紧再次拧紧再次拧紧（2）垫片密封的失效分析）垫片密封的失效分析密封失效密封失效密封不能起作用或不能保持满意的密封状态，密封不能起作用或不能保持满意的密封状态，即发生超过即发生超过“允许泄漏量允许泄漏量”。（课本。（课本P64）第24页，共41页，编辑于2022年，星期二二二.高压设备和管道的垫片密封高压设备和管道的垫片密封与中低压容器相比，高压容器的密封特点：与中低压容器相比，高压容器的密封特点：1.一般采用金属垫片一般采用金属垫片2.采用窄面密封采用窄面密封3.尽可能采用自紧密封尽可能采用自紧密封高压密封高压密封密封作用力不同密封作用力不同强制密封强制密封平垫、卡扎里密封等平垫、卡扎里密封等半自紧密封半自紧密封双锥环密封等双锥环密封等自紧密封自紧密封C形、形、O形等形等第25页，共41页，编辑于2022年，星期二（1）平垫密封）平垫密封依靠端部大法兰上的主螺栓施加依靠端部大法兰上的主螺栓施加足够的压紧力实现密封足够的压紧力实现密封形式简单、结构笨重、装拆不便、形式简单、结构笨重、装拆不便、不适合压力和温度波动较大的场不适合压力和温度波动较大的场合合第26页，共41页，编辑于2022年，星期二（2）卡扎里密封）卡扎里密封螺纹套筒代替主螺栓螺纹套筒代替主螺栓装拆方便装拆方便第27页，共41页，编辑于2022年，星期二（3）双锥环密封）双锥环密封径向自紧作用径向自紧作用结构简单、加工精度要求不结构简单、加工精度要求不是很高、装拆方便、能适用是很高、装拆方便、能适用于压力与温度波动的场合于压力与温度波动的场合第28页，共41页，编辑于2022年，星期二（4）伍德密封）伍德密封主要优点主要优点：1.全自紧式全自紧式2.无须主螺栓、装拆方便无须主螺栓、装拆方便3.密封面可以自行调整密封面可以自行调整缺点缺点：结构笨重、零件多、加工要求结构笨重、零件多、加工要求高、顶盖占据筒体高压空间较高、顶盖占据筒体高压空间较多多第29页，共41页，编辑于2022年，星期二（5）C形环、形环、O形环密封、形环密封、三角形密封三角形密封第30页，共41页，编辑于2022年，星期二(6)Bridgman(6)Bridgman密封密封1.1.结构特点结构特点利用作用在凸肩头盖端面上的压力利用作用在凸肩头盖端面上的压力是头盖在轴向作一定范围的自由移是头盖在轴向作一定范围的自由移动而压紧垫片。内压越高密封约可动而压紧垫片。内压越高密封约可靠。靠。结构简单、没有特殊加工或加工要结构简单、没有特殊加工或加工要求很高的零件。缺点：主要元件都求很高的零件。缺点：主要元件都装于容器筒体内部，装于容器筒体内部，2.2.材料的选择材料的选择第31页，共41页，编辑于2022年，星期二（7）楔形垫密封）楔形垫密封特点：课本特点：课本P78第32页，共41页，编辑于2022年，星期二（8）组合式密封）组合式密封第33页，共41页，编辑于2022年，星期二三三.胶密封胶密封1.带压注剂密封技术带压注剂密封技术带压堵漏，即不停车堵漏，指在发现生产系统中的介质泄漏带压堵漏，即不停车堵漏，指在发现生产系统中的介质泄漏后，在无须停车和降低操作压力及温度的情况下所进行的密后，在无须停车和降低操作压力及温度的情况下所进行的密封操作，亦即不停车密封封操作，亦即不停车密封带压注剂密封技术的主要内容带压注剂密封技术的主要内容：（1）制定安全可靠的堵漏施工方案）制定安全可靠的堵漏施工方案（2）设计合理的承压卡具）设计合理的承压卡具（3）选择合适的密封剂）选择合适的密封剂（4）由经过训练的操作人员使用专门的堵漏工具）由经过训练的操作人员使用专门的堵漏工具第34页，共41页，编辑于2022年，星期二注意事项：注意事项：1.必须保证施工人员的安全施工必须保证施工人员的安全施工2.设备或系统必须具有堵漏的价值设备或系统必须具有堵漏的价值3.必须选择合适的密封剂必须选择合适的密封剂4.对某些特殊的密封连接，堵漏还需进一步探索对某些特殊的密封连接，堵漏还需进一步探索第35页，共41页，编辑于2022年，星期二2.带压注剂堵漏的基本方法带压注剂堵漏的基本方法（1）基本原理）基本原理第36页，共41页，编辑于2022年，星期二第37页，共41页，编辑于2022年，星期二（2）所用设备和工具）所用设备和工具第38页，共41页，编辑于2022年，星期二（3）密封方法）密封方法1.法兰密封法兰密封整体密封和局部密封整体密封和局部密封法兰密封程序：法兰密封程序：（1）选择密封剂型号和用量）选择密封剂型号和用量（2）确定卡具的型式及注射接头）确定卡具的型式及注射接头安装的位置和数量安装的位置和数量（3）装设注射接头）装设注射接头（4）注入密封剂）注入密封剂第39页，共41页，编辑于2022年，星期二卡具的型式卡具的型式第40页，共41页，编辑于2022年，星期二2.管道三通、弯头的密封管道三通、弯头的密封与法兰密封相同，除了卡具选用盒式卡具与法兰密封相同，除了卡具选用盒式卡具3.阀门填料的密封阀门填料的密封第41页，共41页，编辑于2022年，星期二