高溫高壓下法蘭密封失效的原因

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溫差應力

在高溫下,由于法蘭的工作溫度比螺栓高,法蘭的軸向伸長比螺栓大,引起螺栓的溫差應力,這種溫差應力與由壓力引起的拉伸應力疊加,會造成螺栓的屈服或蠕變。另外,在高溫流體作用下,筒壁溫度高,會產生膨脹變形,引起法蘭偏轉,增加螺栓負荷。螺栓拉長和法蘭變形,使墊片壓緊力降低,造成泄漏。

自緊式密封

自緊式密封的法蘭連接(例如透鏡式金屬墊)在高溫下也可能泄漏。原因是在升溫時,由于法蘭大,升溫慢,透鏡墊卻升溫快,透鏡墊熱膨脹受到法蘭約束,產生較大的熱應力,與墊片所受預緊應力疊加,其合成應力很易超過屈服限,產生應力松弛和墊片殘余變形,在降溫時,由于墊片冷卻比法蘭快,造成壓緊力不足而泄漏。如此循環多次,殘余變形均積累將使壓緊力越來越不足,以致造成泄漏。

墊片

墊片負荷由于筒體、法蘭及螺栓之間存在溫差而發生變化,當法蘭連接承受的內壓由低到高時,墊片負荷減小,但當法蘭溫度高于螺栓溫度時,墊片載荷隨著增大,而當筒體溫度高于法蘭溫度時,墊片載荷隨著減小,當墊片載荷小于密封所需的載荷時,則發生泄漏現象。因此,殼體和法蘭溫差越大,就越要加大預緊載荷,或者在運轉中,必須再緊螺栓。在操作時,墊片變形和載荷處于平衡狀態,但在停止操作時,平衡被破壞,墊片及墊片壓緊面則承受過大的壓力,容易引起墊片疲勞和螺栓松弛。

非對稱熱變形

非對稱熱變形引起法蘭泄漏,當法蘭周向有溫差時,其變形也不同,墊片負荷也在周向上變化。預緊螺栓時,栽荷也不可能是均勻的。加上不均勻的熱變形,局部處的墊片載荷小于密封所需的載荷時,也會發生泄漏。

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