带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法
专利名称带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法
技术领域本发明涉及垫片密封技术，尤其是一种带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预 测方法。
背景技术螺栓法兰垫片密封广泛应用于过程工业的设备和管道连接中，连接结构的失效极少是 因强度不足引起的，泄漏是失效的主要原因。尤其在高温工况下，由于垫片性能的劣化， 加之由介质压力、温度共同作用下螺栓伸长和法兰偏转，法兰密封面和垫片间出现相对分 离倾向导致的垫片压紧应力减小，更易造成连接系统密封性能下降甚至产生泄漏。
在螺栓法兰连接系统中，预紧时垫片的压缩性能是保证其表面与法兰面形成初始密套才 的基本条件；而在操作工况下，垫片的回弹性能是补偿密封面相对分离、保持垫片压紧应 力的必要前提。然而要求垫片同时具备良好密封性能和较高的回弹性能，往往是难以做到 的，因为初始密封时垫片中有较大密封应力，在高温工况下，具有较大预应力的垫片受温 度和介质压力的共同作用，将产生显著的蠕变和应力松弛，其压縮回弹性能明显下降；此 外，垫片材料发生氧化或热分解，屈服强度降低，塑性变形量增大，必将导致垫片回弹性 能下降。国内外研究人员就垫片在高温下的力学性能进行了大量的试验研究，试图找到一 种表面屈服性能和高温下整体回弹性能较好的垫片以提高系统的密封性能，然而并未得出 满意的结果。要解决该问题，可在如图1所示的连接系统中引入弹性元件，即在螺母和法 兰之间加入若干个防松弛垫圈，如图2，利用防松弛垫圈优异的回弹性能补偿高温下垫片与 法兰密封面间的松弛，维持足够的工作比压，解决因垫片上残余应力下降造成的介质泄漏 问题。
在静载荷和温度变化不太大的情况下，拧紧的螺纹连接件因满足自锁条件， 一般不会 自行松脱。但受振动、冲击或变载荷时，螺纹之间的摩擦力可能瞬时消失，连接有可能松 动，而影响正常工作，因此， 一般需采取一定的防松措施，比如加入防松弛的各种垫圈、 销、双螺母、紧定螺钉等。而作为传统的防松紧固件，弹簧垫圈由于其制作成本低廉，安装使用方便，在普通机电产品中已被广泛采用。但普通弹簧垫圈存在防松可靠性差、适用 温度范围小等缺陷，不能较好满足高可靠、高安全性的螺栓法兰连接要求，故近年来国内 外许多学者在螺栓连接结构用高性能防松弛垫圈的研究与开发方面开展了较多的工作。
防松弛垫圈在结构与碟形弹簧相近，常用于高温、高压、载荷波动、危险介质等苛刻 工况以及对紧密性要求很高的螺栓法兰连接中。1998年，芬兰的Keto-Tokoi发明了一种由 可变形金属构成的活压垫圈，用来保证螺栓连接结构的紧密性。当工作温度达到一定值时, 该垫圈变成杯形，低于一定温度时则变成碟形，保证了螺栓法兰连接结构的预紧力在期望 的范围内，确保连接的密封性能。日本学者土川善司于2000年开发了一种螺母防松垫圈， 所发明的垫圈具有贯通螺栓轴心的贯通孔，其环状垫圈下表面为倾斜面，当螺栓以规定的 扭矩上紧时，螺母的下表面与垫圈的上表面贴紧，使垫圈倾斜面与被紧固构件的上表面咬 合，产生沿螺栓轴向的附加压力，从而可有效防止螺母的松动。2003年，Muhammad等人 对管道系统的螺栓法兰连接在有无垫圈情况下的密封性能进行了研究，介绍了在静载条件 下满足零泄漏要求的最优螺栓法兰垫圈连接系统模型。Chesterton和Klinger等公司的防松 弛垫圈产品已在我国部分石油化工企业得到了应用。
在国内，早在1991年，段英贤、张放等人已经将这一新型垫圈引入到国产起重机的设 计与制造中，并从设计计算、制造工艺等方面进行了理论分析和试验研究，得出了其防松 效果优于一般弹簧垫圈的结论。1999年，西南工学院的夏静波、鲁绪芝等人在分析弹簧垫 圈性能的基础上，阐述了将其引入受轴向载荷的螺栓连接后对系统承载能力的影响，结果 表明在系统中引入弹性元件提高了螺栓的疲劳强度。武汉工业大学的刘德安、刘隽等人于 同年应用螺栓一垫圈应力理论对FRP结构搭接点预紧力进行了研究，试验结果表明，接点 的应力松弛状况得到非常明显的改善。Tseng Shao-Chien在2002年发明了一种防锁死、防 震、密封性好的螺栓螺母结构，该结构由活压垫圈、外螺套、衬垫和螺母等组成。国内顾 伯勤、陈晔等对螺栓法兰连接用弹性垫圈载荷变形特性进行了研究，提出了弹性垫圈优化
设计方法，探讨了带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的紧密性评价方法。
法兰连接的紧密性定义为在一定的操作条件下，法兰连接的泄漏率是否低于某一规 定的指标泄漏率；或者在某一规定的泄漏率指标下，密封连接能够承受的最高操作条件如 温度、压力等是否符合实际工况要求。满足上述条件的连接是紧密的，反之则认为是不紧 密的。
现行ASME规范所规定的法兰密封设计方法中，将垫片的基本性能用垫片预紧密封比 压Y和垫片系数m来表示，认为实现密封只需保证预紧时垫片上的单位预紧载荷大于y值，而操作时垫片上的残余应力大于M与/7的乘积，并由此计算出所需的螺栓载荷。该设计方 法未涉及定量泄漏的概念，没有将法兰连接作为一个静不定系统进行分析，也没有考虑到 高温条件下螺栓、垫片的蠕变和松弛会使垫片应力显著降低而引起泄漏。
原西德的DIN2505-90标准虽然考虑了操作温度下垫片的蠕变松弛会降低法兰连接的密 封性能以及停工和开工时垫片的受力的变化，但是，该方法主要引用预紧和操作时垫片的 特性值&、 ^作为基本参数，认为Ko和/d对同一垫片和同一介质为常数，并以此分别计 算预紧和操作时所需的螺栓载荷。因而该方法也存在着一些与ASME规范类似的不足，整 个计算过程(包括垫片系数本身)与法兰连接的密封性能没有明确的定量关系。
ASME锅炉和压力容器委员会(PVRC)在近30年中进行了广泛的垫片试验研究工作， 在积累了大量数据的基础上，提出了基于紧密度要求的螺栓法兰载荷计算方法，形成了 ASME规范附录的螺栓法兰连接设计新方法。该方法采用具有紧密度或泄漏率特性的垫片 系数Gb、 a和Gs代替了规范中的加和》从而使法兰设计建立在密封准则之上。紧密度是 包含了介质压力和泄漏率的一个综合概念，用以度量在给定螺栓载荷下法兰接头限制泄漏 的能力。
综上所述，国内外学者对防松弛垫圈的研究主要集中在防松弛垫圈结构设计和连接密 封性能试验研究基础上，尚未有与工程实际相结合、对带防松弛垫圈螺栓法兰连接结构泄 漏率进行准确预测的理论和方法。
本发明所要解决的技术问题是，针对现有带防松弛垫圈螺栓法兰连接结构泄漏率无法 预测的缺陷，通过建立带防松弛垫圈的螺栓法兰连接的变形协调方程、计算垫片的预紧和 工作应力，依据紧密性理论，建立带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法， 从而实现连接结构的泄漏率预测。
本发明是采取以下的技术方案来实现的。 一种带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法，包括以下步骤
a)根据螺栓的变形量公式么/ = /32-/51计算螺栓总的变形量Al,式中lw为预紧工况下
螺栓长度、lB2为操作工况下螺栓长度； 当连接系统的工作温度处于螺栓材料的蠕变温度范围时，随着服役时间的增加，螺栓 除了初始变形外，还会产生由蠕变引起的塑性变形，即螺栓的总应变^应由起始的弹性和塑性应变^。和蠕变应变^。两部分组成，即^
考虑高温蠕变的影响，在预紧和操作工况下，由螺栓载荷，包括轴向力和温度,计算得到 的长度分别为 /別(1)
"2 = /0 + &『2 + /0 (《-W ) + S" ( 2 )
则螺栓总的变形量为
~2 - 、=《X -《W + A)
2 - "A) + s6c/0 (3 )
式中afl、 &分别为预'紧和工作温度下螺栓材料的线膨胀系数，'C";『p『2分别为
预紧和操作时的螺栓金荷，^-AA,『2=4^c厶为垫片全面积，mm2,仏
为垫片平均直径，mm,尸为操作介质压力，MPa;《fl、 &为预紧及操作温度下螺栓的弹性 系数，&=/。/(&A)， &=/。/(《^)， &、五；分别为螺栓在常温和工作温度下的弹性 模量，MPa， ^s为螺栓的总截面积，mm2; 7] 、 r2为预紧和操作时的温度，'C;
b) 通过防松弛垫圈回弹量公式AZ^Z^—Z^计算防松弛垫圈回弹量AD，式中Z^为预 紧时防松弛垫圈的轴向压缩量，Z^为操作时的轴向压縮量；
c) 通过垫片操作工况条件下的变形量公式AD, =Df +￡&/))计算垫片操作工况条
件下的变形量AD,，式中ZV为预紧时垫片的压縮量、"c 为操作时垫片的压縮量，Dp为垫 片蠕变量；
d) 通过法兰操作工况条件下的变形量公式AIV =20F2-A,)-2^计算法兰操作工 况条件下的变形量AD^，式中Dn、 i^2分别为螺栓中心圆处两个法兰的位移，Z^,为法兰
环的轴向热膨胀变形量；
防松弛垫圈一螺栓一法兰一垫片连接是一个预应力静不定系统。在操作条件下，由于 流体压力和温度的共同作用，使得法兰弯矩、螺栓载荷、垫片应力较预紧时均发生改变， 相应的法兰轴向位移、螺栓伸长量、垫片变形量以及防松弛垫圈变形量也发生改变，这些 改变量是相容的，符合连接系统的变形协调条件
2(D压一D弹)+ i\ _ (DG + Dp) = (/S2 — /B1) + 2("f2 — ￡)f,) — 2Z^, (6)
上式表明垫片回弹量与防松弛垫圈回弹量之和等于操作和预紧时螺栓长度的改变量、法兰在螺栓圆处的位移改变量以及法兰环的热膨胀变形量三者之和，其中考虑了垫片和螺 栓的蠕变变形，该变形协调方程是一个超越方程，可借助于计算机求解。
带防松弛垫圈螺栓法兰连接系统的泄漏率预测，就是在已知垫片预紧应力、操作温度 和压力等工况条件下，对连接结构的泄漏率进行预测。
e)将压縮过程中垫片应力与变形关系式&formula&formula see original document page 8&/formula&
与卸载过程中垫片应力与变形关系式
&formula&formula see original document page 8&/formula&
代入变形协调方程 -
&formula&formula see original document page 8&/formula&
计算得到垫片残余压紧应力
以上各式中，MPa; SK为垫片的预紧应力，MPa;々、^、 Wc、 Js、 5S、 XT、 A为 垫片压縮的回归系数；
对于非线性垫片的压縮回弹特性通常认为是非线性和非保守的，在压縮和回弹过程中 垫片的应力与变形所对应的关系可由式(4)和(5)来表示。
除了连接系统的变形协调分析以外，紧密性分析必须考虑垫片的密封性能；
并根据试验条件下垫片的密封性能公式&formula&formula see original document page 8&/formula&计算试验室条件下的泄漏率Z，式中，户为操作介质压力，」i、 Mi和A^均为试验得到的回 归系数；
由于实际连接的泄漏率随垫片宽度、介质粘度的增大而减小，而由垫片密封性能公式
得到的泄漏率是与试验所采用的垫片试样尺寸、介质粘度、温度等试验条件相对应的，故 计算实际法兰连接的泄漏率时，还需
f)根据泄漏率修正公式&formula&formula see original document page 8&/formula&获得系统实际泄漏率丄i ， cm3/(s'mm)，式中，&、 62分别为试验垫片和实际垫片的有效密封 宽度，mm、 ^为试验介质在试验温度下的粘度，kg/(s'm)、 72'为实际介质在操作温度下的 粘度，kg/(s'm)。
所述变形协调方程借助于计算机求解得到垫片残余压紧应力&。所述预紧时垫片的压縮量Z)k由
压縮过程中垫片应力与变形关系式^=(々-5^2)1)^ (4)
与卸载过程中垫片应力与变形关系式，=^ + 5s&
计算获得。
本发明专利的有益效果是
本发明专利所涉及的带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法计算原理和 方法简单，预测结果准确，可以广泛应用于包括高温高压且温度和压力均有较大波动场合 下该种连接结构的泄漏率预测计算。带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构己逐步在国内开始 应用，建立带防松弛垫圈螺栓法兰连接结构泄漏预测方法，对带防松弛垫圈的螺栓法兰连 接结构的泄漏率进行准确预测，及时采取预防和维修措施，可有效降低资源浪费和避免恶 性事故的发生、避免人员的伤亡和物力财力的损失，具有重要的现实意义。
图1是带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构示意图。
图2是防松弛垫圈结构示意图。
图3是本发明实施例的泄漏率预测流程图。
具体实施例方式
已知垫片预紧应力s《或者螺栓的预紧载荷m、操作温度r、操作压力尸和防松弛垫圈 结构参数，通过变形协调方程(6)计算得到垫片残余压紧应力sG，将其代入密封性能公式
(7)得出泄漏率￡，再经过式(8)的修正得出系统实际泄漏率"。上述计算过程可通过 编制的计算程序来实现，计算流程如图3所示。
一种带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法，包括以下步骤
a)根据螺栓的变形量公式"=/32-^计算螺栓总的变形量Al，式中181为预紧工况下
螺栓长度、182为操作工况下螺栓长度；
b)通过防松弛垫圈回弹量公式AZ^Z4—Z^计算防松弛垫圈回弹量AD，式中i^为预 紧时防松弛垫圈的轴向压縮量，IW为操作时的轴向压縮量；公式AD, -(Aj +/^)计算垫片操作工况条 件下的变形量AD,，式中Z^为预紧时垫片的压縮量、Z g为操作时垫片的压縮量，A为垫
片蠕变量； '
d) 通过法兰操作工况条件下的变形量公式AD, =2(￡^2-1^1)-2￡^计算法兰操作工
况条件下的变形量AIV，式中Z)n、 Z^2分别为螺栓中心圆处两个法兰的位移，IV,为法兰
环的轴向热膨胀变形量；
e) 将压缩过程中垫片应力与变形关军式&=(々-ScT^Z^c (4)
与卸载过程中垫片应力与变形关系式
代入变形协调方程
2(D压—D弹)+ Z^ — (Dc=(/S2 一",)+2(i^2 —Df,)—2Z)f, (6) 计算得到垫片残余压紧应力
以上各式中，^为垫片的预紧应力、々、5C、 Wc、 4、 5S、JT、丑t为垫片压縮的回 归系数；
并根据试验条件下垫片的密封性能公式i^4Pr仏s, (7)
计算试验室条件下的泄漏率￡，式中，户为操作介质压力，^z、 A^和A^均为试验得到 的回归系数；
f)根据泄漏率修正公式"(8)
获得系统实际泄漏率&，式中，&、 62分别为试验垫片和实际垫片的有效密封宽度、 ^为试验介质在试验温度下的粘度、；72'为实际介质在操作温度下的粘度。 变形协调方程借助于计算机求解得到垫片残余压紧应力&。 预紧时垫片的压縮量A^由
压缩过程中垫片应力与变形关系式& =(々-^r2)i^c (4)
与卸载过程中垫片应力与变形关系式&formula&formula see original document page 11&/formula&(5)
计算获得。
实施例如下。
管道螺栓法兰连接，工作压力为3.88MPa，工作温度为500'C,介质为氢气、硫化氢气 体和碳氢混合物。连接用法兰为符合GB/T 0标准、PN16、 DN200的凹凸面对焊 钢制管法兰，材料为0Crl8Ni9;连接元件为12个M33、材料为25Cr2MoVA的双头螺柱； 密封垫片为柔性石墨缠绕垫片x2，参照GB150—1998有关规定取垫片预紧应 力为70MPa;防松弛垫圈24个，其结构参数为内径A二34mm,外径D2-75mm，厚度 为S-6.5mm，垫圈倾角《 = 7°。
工作温度50(TC时，柔性石墨缠绕垫片的基本性能为
压縮性能-回弹性能:
& = 38.7《
0.0025 + 0.96
,i、 、A乂
"1.14xlO_2liU
Z = 3.69x10、"°67
法兰材料在常温和工作温度下的弹性模量分别为￡/r=1.99X 105MPa禾口￡， =1.6X
105MPa，螺栓材料在常温和工作温度下的弹性模量分别为^二2.15Xl()SMPa和￡;=
1.79X 105MPa，螺栓材料的线膨胀系数"；=1.39X 10-5 1/K，法兰材料的线膨胀系数"；= 1.86X10-5 1/K。
由于介质为氢气、硫化氢气体和碳氢混合物，故该处选择介质粘度最小的氢气作 为计算对象。气体在温度r时的粘度^与在273.16《时粘度72273 16之间存在如下关系
&formula&formula see original document page 11&/formula&
氢气在273.16K时的粘度/.39X l(T6kg/(s'm)、 "=0.68，由此得到500。C时 氢气的粘度为1.7X10-5kg/(s'm)。 20。C时试验介质氮气的粘度为仏二1.75X10-5kg/(s'm)。根据上述工况条件、结构尺寸、材料性能等参数，按照本发明建立的泄漏率预测方法， 通过连接系统的变形协调方程可计算得到工况条件下垫片的残余压紧应力SG，再根据垫片 密封性能公式和泄漏率修正公式即可求得连接系统的实际泄漏率i^。计算结果如下
经过变形协调分析，当连接系统中采用防松弛垫圈后，在给定的工况条件下，垫片残
余应力SG=50.32MPa，而由垫片的密封性能公式和泄漏率修正公式计算得到的连接系统实 .际泄漏率i^=2.6 X 1()4cm3/(s'mm)。
1、一种带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法，其特征是包括以下步骤a)根据螺栓的变形量公式Δl＝lB2-lB1计算螺栓总的变形量Δl，式中lB1为预紧工况下螺栓长度、lB2为操作工况下螺栓长度；b)通过防松弛垫圈回弹量公式ΔD＝D压-D弹计算防松弛垫圈回弹量ΔD，式中D压为预紧时防松弛垫圈的轴向压缩量，D弹为操作时的轴向压缩量；c)通过垫片操作工况条件下的变形量公式ΔD1＝DK-(DG+DP)计算垫片操作工况条件下的变形量ΔD1，式中DK为预紧时垫片的压缩量、DG为操作时垫片的压缩量，DP为垫片蠕变量；d)通过法兰操作工况条件下的变形量公式ΔDF＝2(DF2-DF1)-2DFt计算法兰操作工况条件下的变形量ΔDF，式中DF1、DF2分别为螺栓中心圆处两个法兰的位移，DFt为法兰环的轴向热膨胀变形量；e)将压缩过程中垫片应力与变形关系式 id="icf0001" file="A0002C1.tif" wi="55" he="4" top= "142" left = "105" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/&与卸载过程中垫片应力与变形关系式&maths id="math0001" num="0001" &&math&&![CDATA[
&mrow&&mfrac&
&msub&&mi&S&/mi&&mi&G&/mi&
&msub&&mi&S&/mi&&mi&K&/mi&
&/msub&&/mfrac&&mo&=&/mo&&msub&
&mi&A&/mi&
&mi&S&/mi&&/msub&&mo&+&/mo&&msub&
&mi&B&/mi&
&mi&S&/mi&&/msub&&msup&
&mrow&&mo&[&/mo&&mfrac&
&msub&&mi&D&/mi&&mi&G&/mi&
&msub&&mi&D&/mi&&mi&K&/mi&
&/msub&&/mfrac&&mo&]&/mo&
&mrow&&mo&(&/mo&&msub&
&mi&A&/mi&
&mi&T&/mi&&/msub&&mo&+&/mo&&msub&
&mi&B&/mi&
&mi&T&/mi&&/msub&&msub&
&mi&T&/mi&
&mn&2&/mn&&/msub&&mo&)&/mo&
&/mrow&&/msup&&mo&-&/mo&&mo&-&/mo&&mo&-&/mo&&mrow&
&mo&(&/mo&
&mn&5&/mn&
&mo&)&/mo&&/mrow&
&/mrow&]]&&/math&&/maths&代入变形协调方程2(D压-D弹)+DK-(DG+Dp)＝(lB2-lB1)+2(DF2-DF1)-2DFt (6)计算得到垫片残余压紧应力SG；以上各式中，SK为垫片的预紧应力、AC、BC、NC、AS、BS、AT、BT为垫片压缩的回归系数；并根据试验条件下垫片的密封性能公式 id="icf0003" file="A0002C3.tif" wi="59" he="5" top= "223" left = "103" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/&计算试验室条件下的泄漏率L，式中，P为操作介质压力，AL、ML和NL均为试验得到的回归系数；f)根据泄漏率修正公式 id="icf0004" file="A0003C1.tif" wi="87" he="10" top= "29" left = "75" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/&获得系统实际泄漏率LR，式中，b1、b2分别为试验垫片和实际垫片的有效密封宽度、η1为试验介质在试验温度下的粘度、η2t为实际介质在操作温度下的粘度。
2、 根据权利要求l所述的带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法，其特征是 所述变形协调方程借助于计算机求解得到垫片残余压紧应力SG。
3、 根据权利要求l所述的带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法，其特征是 所述预紧时垫片的压縮量Dk由压縮过程中垫片应力与变形关系式&formula&formula see original document page 3&/formula&与卸载过程中墊片应力与变形关系式&formula&formula see original document page 3&/formula&计算获得。
一种带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法，针对现有带防松弛垫圈螺栓法兰连接结构泄漏率无法预测的缺陷，通过建立带防松弛垫圈的螺栓法兰连接的变形协调方程、计算垫片的预紧和工作应力，依据紧密性理论，建立带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法，从而实现连接结构的泄漏率预测。本发明所涉及的带防松弛垫圈的螺栓法兰连接结构的泄漏率预测方法计算原理和方法简单，预测结果准确，可以广泛应用于包括高温高压且温度和压力均有较大波动场合下该种连接结构的泄漏率预测计算。
文档编号G06F19/00GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者麟 刘, 周剑锋, 孙振国, 育 张, 朱瑞松, 邵春雷, 陆晓峰, 晔 陈, 顾伯勤, 黄星路 申请人:南京工业大学速必顶供应优质ED密封圈管接头密封垫圈耐高压ED密封圈_密封垫片_第一枪
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想找密封垫片吗?垫片密封失效分析及垫片的选用
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垫片密封失效分析及垫片的选用
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在石油化工生产中，垫片密封性能的优劣，直接关系到装置的长周期安全运转。随着生产运转周期要求的越来越长、工艺操作条件的越来越苛刻，垫片密封失效导致的泄漏问题也暴露的越来越明显。在装置中有时为了解决垫片失效泄漏问题，有时不得不将法兰连接处焊死。文中阐述了提高垫片密封性能的措施，合理的解决垫片密封失效问题。
垫片密封失效的原因分析
垫片密封失效主要表现在密封面间的泄漏。由垫片本身的毛细管作用而发生渗漏的可能性很小。垫片靠外力压紧后，垫片靠本身的回弹性填满密封面上微小的凸凹不平的间隙，当介质通过密封面的阻力大于密封2侧的压差时，即达到密封。但受到外界条件影响时，密封受到破坏，从而使垫片密封失效产生泄漏。垫片密封失效的原因主要有5个方面。
介质的操作参数问题
操作参数即介质的压力、温度及介质的理化性质。石油化工生产中的大多数介质操作条件都是中、低压，往往单纯的压力和介质因素对垫片泄漏的影响并不是很大，只有在操作压力、操作温度和介质理化特性联合作用时，才会导致垫片密封失效问题。
介质在高温下粘度小，渗透性强，易促成渗漏。常温下粘度大的蜡油、重油等，在高温时有很强的渗透性，对垫片的腐蚀作用也加剧。同时在高温时，法兰、 螺栓和垫片可能发生蠕变和应力松弛，致使密封松懈，密封比压下降。一些非金属垫片在高温下加速老化或变质，甚至被烧毁，回弹量将下降，这样势必影响密封。又由于密封组合件各部位的温度不同，热膨胀不均匀，增加了垫片密封失效的可能。若温度反复变化时，密封失效的可能性更大。
螺栓预紧力不当
螺栓预紧力与垫片的密封能力有很大的关系。预紧力过小，垫片没有压紧会造成泄漏，过大的螺栓预紧力，会使垫片失去弹性而发生塑性变形，甚至会将垫片压坏或挤出，导致密封失效。螺栓预紧力的大小在于垫片系数与预紧比压值的选择及其准确性，实际安装中，控制螺栓预紧力的大小很难，螺栓拧紧顺序不当，也可造成垫片弯曲变形或缠绕垫片解体。
另外，在装置开工升温过程中，由于螺栓热膨胀，如果不及时对法兰螺栓进行预紧，也会导致间隙过大而产生泄漏，一旦泄漏，高温热介质喷出，会造成垫片表面损坏，导致垫片失效。
垫片在使用一段时间后还应再紧1次螺栓，这对高温和有温度冷热循环变化的使用场合尤为重要。
垫片材料不匹配
垫片材料是影响垫片性能的主要因素，垫片材料应当致密，不易浸渍介质。适宜的垫片变形和回弹力是形成密封的必要条件，垫片变形包括弹性变形和塑性变形。同时可耐受温度、压力波动和介质腐蚀，如果垫片材料具有良好的弹性和柔软性，就能很好地与密封面吻合，不因低温而硬化，也不因高温而软化或塑流，自然密封效果好。
法兰刚度、 法兰与垫片的硬度差问题
法兰因刚度不足而产生过大的翘曲变形，往往是导致垫片密封失效的原因之一。刚度大的法兰变形小，并可使螺栓预紧力均匀地传递给垫片，提高垫片密封性能。但法兰刚度与很多因素有关，其中增加法兰厚度，减小螺栓中心圆径，都能提高法兰抗弯刚度及抗变形能力。
垫片的硬度应低于法兰硬度，在允许范围内，二者之间相差越大，实现密封就越容易。
密封面没有达到相应要求
法兰密封面的形状和粗糙度应与垫片相配合，一般与金属垫圈接触的密封面，要求尺寸精度很高，粗糙度在Ra6.3～3.2，而软质垫片的密封面精度可低些，粗糙度Ra25～12.5即可。但密封面必须避免径向机械刻痕、毛刺和其他机械损伤。
密封面的平直度和密封面与法兰轴线的垂直度是保证垫片均匀压紧的前提，因此在设计、安装时必须考虑管线热膨胀造成的推力或偏心力的影响。
密封面不洁净，有机械损伤和腐蚀损坏以及残留的旧垫片，也会导致垫片密封失效。
预防垫片密封失效的措施
由于垫片密封失效问题轻则引起静密封点的跑、冒、滴、漏，严重者可能造成装置停工，甚至造成重大的火灾、爆 zha、中毒等安全事故。要防止垫片失效，必须注意3个方面的问题。
（1）合理选用垫片
合理选用垫片，必要时将垫片升级使用对于输送易燃、易爆、**及强腐蚀介质的设备、容器、管线上，不允许使用石棉橡胶垫片，应根据操作条件来提高垫片的耐温、耐压等级，即选用更高温度压力等级的垫片；对于有应力松弛，压力、温度波动的介质，即使中低压场合，也应选用具有良好的回弹性的耐高温高压的缠绕式垫片。使用金属垫片时，应在完全退火的状态下使用，尽可能选用较软的金属材料，金属垫片的硬度宜比法兰硬度低HB30～40。
（2）正确的安装垫片
安装时垫片和法兰表面要保持洁净；应检查垫片表面是否有径向的划痕，法兰表面粗糙度是否合适，法兰面的凸台是否对准；密封平面的平行度是否满足使用垫片型式的要求；检查垫片的形式、材料、尺寸和螺栓是否符合规定的要求；安装时将垫片放人正确的位置，螺栓须对称逐渐拧紧，如需一定的螺栓应力，则应使用力矩扳手，以获得正确的螺栓预紧力。
（3）垫片应合理储存
非金属垫片必须储存于干燥凉爽的地方，不要直接暴露于阳光下或有臭氧的地方，应该平放而不能挂在钩上，储存期超过2a须检查是否已经变质；储存垫片的箱盒必须标明垫片的材料、形式、尺寸、及温度、压力等级等技术数据，以免用错。
垫片的选用原则
由于垫片的实际工作条件比较复杂，要恰如其分地选择好垫片并不太容易，在通常情况下，能基本满足使用要求即可。因此，必须按实际工作条件来选用。
（1）操作参数。选用垫片时，必须对垫片的密封性能、介质的压力、温度物化性质以及法兰密封面的形式、结构的繁简、装卸的难易、经济性等诸因素进行全面分析。其中介质特性、操作温度和操作压力是造成密封失效的主要因素，是选用垫片的主要依据。
（2）垫片的类型。一般情况下，应根据被密封介质的操作温度、操作压力来确定。对高温高压介质多采用金属垫片；对常压、低压、中温介质，多采用非金属垫片；介于2者之间的，多采用半金属组合垫片；对于温度、压力波动频繁的场合，宜采用回弹性好的缠绕式垫片。
（3）垫片的厚度。如果密封面加工良好，压力不太高时，宜采用薄垫片。 压力较高时，垫片太薄回弹性太小，会因不能达到必要的复原量易产生泄漏，一般情况下垫片的厚度在3mm左右为宜。
（4）垫片的宽度。垫片越窄越易夹紧，但宽度下限有限制。 通常宽度应大于5mm。 对金属垫片，为了不产生过大的螺栓力，取较小的宽度是一个重要遵循的准则。
（5）垫片的材料。由于垫片在工作时，与操作介质接触，直接受介质、 压力、 温度等因素的影响，因此选用垫片时，垫片的材料应满足要求：良好的弹性和复原性；适当的柔软性；不污杂介质，不腐蚀密封面，耐介质腐蚀；良好的物理性能，不因低温而硬化脆变，不因高温而软化塑流；良好的加工性能。
（6）选用垫片时应尽量简化规格，减少品种，垫片规格和材料品种越少越便于管理，所以选用垫片时，除应考虑满足使用要求外，应尽量减少规格，切忌不必要的多样化。
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3&天前 上传
石油化工介质种类繁多，垫片密封失效是一个比较复杂的问题。垫片密封失效不仅会造成巨大的经济损失，而且会污染环境，甚至酿成重大事故。 只有合理选材、正确安装、安全操作，提高法兰、垫片、螺栓质量，认真执行标准和规范，才能保证生产装置安全稳定的长周期运行。
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