對(duì)3.5MPa 邊界閥法蘭密封———柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片密封的泄漏進(jìn)行了密封失效分析，并提出了改進(jìn)方案，解決了墊片密封短期失效問題。

1、前言
　　某石化公司加氫裂化裝置蒸汽管道系統(tǒng)中，3.5MPa邊界閥法蘭部位采用了柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片密封，墊片規(guī)格為312×260×3mm。當(dāng)蒸汽壓力從1.5MPa、溫度200℃上升至壓力3.2MPa、溫度260℃時(shí)，法蘭密封處發(fā)生蒸汽介質(zhì)泄漏，導(dǎo)致密封短期失效，隨后2次更換了同批次墊片，該處均發(fā)生同樣狀態(tài)的蒸汽泄漏。為了避免類似事故發(fā)生，確定能否繼續(xù)使用該墊片，對(duì)柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊密封失效原因進(jìn)行調(diào)查分析，并對(duì)墊片的制造工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2、密封失效情況及原因分析
2.1、系統(tǒng)工況
　　加氫裂化裝置是原料油在高溫高壓下與氫氣進(jìn)行裂解反應(yīng)的裝置。裝置中3.5MPa 蒸汽管道系統(tǒng)分支較多，在高溫狀態(tài)下，熱膨脹量大，常使管道受力不均，法蘭處受到的扭矩作用較大，尤其在溫度壓力頻繁波動(dòng)情況下，管道法蘭因受力而易產(chǎn)生偏口、錯(cuò)口，造成法蘭墊片密封的強(qiáng)度大。原法蘭也曾使用過軟鐵八角墊密封，但由于墊片補(bǔ)償性差，也常發(fā)生泄漏。本次裝置停工檢修后，法蘭采用了柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊密封，但在裝置壓力溫度波動(dòng)后仍發(fā)生了蒸汽泄漏。

2.2、墊片失效檢查
　　2.2.1、墊片表觀檢查

　　現(xiàn)場(chǎng)拆卸下來的墊片兩密封面破損嚴(yán)重，有的部位已失去柔性石墨材料的覆蓋，表面暴露出金屬波齒的齒尖，柔性石墨復(fù)合層已沿波谷弧線凹陷，內(nèi)徑邊緣有多處鼓泡，并沿直徑方向向外沿伸。墊片的金屬波齒結(jié)構(gòu)比較完整，沒發(fā)現(xiàn)被壓損的裂痕，內(nèi)外徑尺寸經(jīng)測(cè)量變化不大。

　　2.2.2、原墊片力學(xué)密封性能測(cè)試

　　按照GB/T19066.3-2003《柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片技術(shù)條件》的規(guī)定，參照GB/T12622-2008《管法蘭墊片壓縮率、回彈率的試驗(yàn)方法》和GB/T12385-2008《管法蘭墊片密封性能試驗(yàn)方法》對(duì)原工藝生產(chǎn)的同批墊片進(jìn)行了壓縮回彈性能、密封性能測(cè)試。
2.3、失效原因分析
　　綜合分析裝置系統(tǒng)工況條件、失效墊片表觀情況及同批次墊片性能測(cè)試結(jié)果認(rèn)為，造成3.5MPa 邊界閥法蘭密封失效的主要原因是: 墊片石墨復(fù)合層存在缺陷，降低了柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片可壓縮密封力，保證不了墊片的密封性能。

　　2.3.1、柔性石墨復(fù)合層厚度選配不合理

　　柔性石墨材料在墊片組合結(jié)構(gòu)中起著柔彈可壓縮和密封作用。墊片表觀檢查結(jié)果說明，當(dāng)墊片石墨復(fù)合層的厚度和密實(shí)度不足時(shí)，墊片承壓后，表面石墨層斷裂并下陷入金屬波齒波谷內(nèi)，造成波齒尖突出石墨層而外露，失去密封作用，密封力下降，導(dǎo)致墊片密封失效。

　　2.3.2、柔性石墨復(fù)合層粘貼不牢

　　當(dāng)石墨層與金屬波齒粘貼不牢時(shí)，蒸汽易從復(fù)合層的間隙中滲透泄漏。雖有波齒波谷的阻隔作用，在系統(tǒng)溫度、壓力的波動(dòng)下，壓力蒸汽仍容易沿墊片內(nèi)徑邊緣向外沿伸，導(dǎo)致蒸汽泄漏，墊片表面許多鼓泡就是由此產(chǎn)生的。
3、改進(jìn)方案與實(shí)施
　　通過失效原因分析，提出了墊片制造技術(shù)改進(jìn)方案。

3.1、柔性石墨材料復(fù)合層厚度的優(yōu)選
　　柔性石墨層復(fù)合工藝過程中，應(yīng)注意以下2個(gè)方面: 一方面在柔性石墨材料復(fù)合承壓后，金屬波齒尖不應(yīng)突出石墨層而外露，以避免由此降低或破壞柔性石墨層的密封作用。另一方面在柔性石墨材料復(fù)合時(shí)應(yīng)注意填實(shí)金屬波齒結(jié)構(gòu)的波谷，以防止形成波谷的空隙，而影響墊片的壓縮和回彈性?；谝陨峡紤]，選擇了不同厚度的柔性石墨板材復(fù)合后進(jìn)行壓縮回彈性能試驗(yàn)，
根據(jù)GB/T19066.3-2003《柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片技術(shù)條件》的要求，綜合考慮，墊片加工工藝最終選定墊片石墨復(fù)合層厚度為1.5mm。

3.2、高溫粘結(jié)與預(yù)壓復(fù)合
　　為了提高柔性石墨材料層與金屬波齒在高條件下的粘結(jié)牢度，改用高溫粘結(jié)劑。在柔性石墨層粘貼后，為促使柔性石墨材料充分地填實(shí)波谷空隙，提高墊片復(fù)合效果，增強(qiáng)墊片承載能力和回彈性能，墊片加工工藝過程增加了一道預(yù)壓工序，預(yù)壓應(yīng)力為10MPa。

3.3、改進(jìn)后的波齒復(fù)合墊片力學(xué)密封性能試驗(yàn)
　　依據(jù)原墊片進(jìn)行壓縮回彈和密封性能測(cè)試試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和條件，對(duì)改進(jìn)后工藝生產(chǎn)的墊片產(chǎn)品進(jìn)行了力學(xué)密封性能測(cè)試，結(jié)果見表4。壓力循環(huán)密封試驗(yàn)按照現(xiàn)場(chǎng)工況條件，墊片預(yù)緊壓力35MPa，介質(zhì)壓力：1.0MPa→4.5MPa→1.0MPa→4.5MPa→1.0MPa→4.5MPa→1.0MPa，工藝改進(jìn)后生產(chǎn)的柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片產(chǎn)品具有良好的壓縮回彈和密封性能，達(dá)到并超過了GB /T19066. 3-2003《柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片技術(shù)條件》的要求。表5、圖2 壓力循環(huán)密封試驗(yàn)結(jié)果表明，生產(chǎn)工藝在保證墊片金屬波齒結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上[3]，改進(jìn)了石墨層的復(fù)合技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)揮了柔性石墨材料在波齒墊片結(jié)構(gòu)中的密封功能，增強(qiáng)了波齒墊片的組合密封性能，從而提高了柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片產(chǎn)品在壓力波動(dòng)條件下的密封可靠性。

4、結(jié)語(yǔ)
　　通過3.5MPa 邊界閥法蘭用柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片密封失效的分析，對(duì)復(fù)合墊片制造加工工藝技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，新工藝生產(chǎn)的墊片產(chǎn)品已用于加氫裂化裝置蒸汽管道系統(tǒng)，密封效果良好，解決了3.5MPa 邊界閥法蘭密封短期失效問題。