CN211599521U

CN211599521U - 一种密封法兰及其柔性石墨复合八角垫

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Publication number: CN211599521U
Application number: CN201922051848.8U
Authority: CN
Inventors: 杨勇; 王涛; 张聪俐; 吴凤超; 林芬忠; 刘文波; 马立新; 袁万龙
Original assignee: Inner Mongolia Yitai Chemical Co ltd
Current assignee: Inner Mongolia Yitai Chemical Co ltd
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2029-11-25

Abstract

本实用新型公开了一种柔性石墨复合八角垫，包括八角垫，所述八角垫的密封面上设置有柔性石墨层。本实用新型提供的柔性石墨复合八角垫，使用时，实际是在原有八角垫与法兰之间再增加一个柔性石墨垫层，增加柔性石墨后法兰紧密度完全满足要求，并且，质量泄漏率达到PVRC紧密度等级的T5极密级别，本实用新型提供的柔性石墨复合八角垫，采用柔性石墨复合在八角垫上在实际气密时不会有气泡发生，且泄漏率达到T5级，远远大于T2标准级。避免了高压下环槽面法兰的泄漏。本实用新型还提供一种采用上述柔性石墨复合八角垫的密封法兰。

Description

一种密封法兰及其柔性石墨复合八角垫

技术领域

本实用新型涉及密封垫技术领域，尤其涉及一种密封法兰及其柔性石墨复合八角垫。

背景技术

在实际生产中，对120万吨/年精细化学品项目进行原始开车，通过对制约原始开车进度的因素进行综合分析研判，发现精制和裂化反应系统的气密工作对开车进度影响最大。装置开工一般主要包括加热炉烘炉、催化剂装填、氮气气密、催化剂干燥、氢气气密、催化剂硫化、引油等过程。从开工过程分析，加热炉烘炉、催化剂装填、催化剂干燥、催化剂硫化和引油步骤由于指标固定、不存在反复进行的风险，所以时间容易得到控制。

氢气为易燃易爆气体，再空气中极易燃烧，且在空气中爆炸极限为4.1～75.0％(体积)，当氢气泄漏量较大时，无需外部点火源仅靠气体流动产生的静电即可点燃。氢气燃烧火焰为淡蓝色，在白天几乎看不见，且氢气在空气中燃烧的火焰温度为1430℃，氢气一旦泄漏极易发生爆炸和着火事故。首次开车时，管道及设备法兰往往存在较多的缺陷，为防止气密时发生火灾爆炸事故，确保氢气气密成功，降低氢气气密安全风险，因此需要先进行氮气气密，氮气气密是预防性气密。氮气气密一般要分成多个压力等级进行，在氮气低压力等级气密合格后进入更高压力等级气密时仍然可能泄漏，处理顽固漏点往往需要泄压更换垫片，泄压和再次充压一般需要4-5个小时，垫片更换之后并不能确保换垫部位100％气密合格，存在气密反复进行的风险。

加氢装置管路系统中的介质为氢气或者混氢油，开车初期介质中含有约15％的硫化氢，为防止管路系统在运行中出现泄漏，发生着火、爆炸、人员中毒事故，氮气气密合格后仍然需要再进行氢气气密。进入氢气气密时，由于氢气分子直径小、渗透性强，氮气气密虽然合格，氢气气密泄漏的可能性仍然较大，一旦出现需要更换垫片的情况需要的时间就更长，换垫前泄压、置换，换垫后置换、充压，这个过程往往需要1-2天，且有反复进行的风险。因此氮气气密和氢气气密成为影响开工进度的关键因素。

加氢裂化反应器设计压力为9.2MPa，反应器器壁温度小于50℃之前，氮气气密压力不得大于2.3MPa。要进行更高压力等级的气密，就必须启动循环氢压缩机、点加热炉，给反应器升温之后再提高气密压力。循环氢压缩机是汽轮机驱动的压缩机组，此时锅炉系统必须是已经开车成功。到氢气气密时，前端的制氢系统也必须开车成功且产出合格氢气。以120万吨/年精细化学品项目为例，气化车间、净化车间、合成车间PSA装置开车成功后才能产出合格氢气。加工车间装置气密时，全厂80％的装置都已经运转起来，前工段的能源消耗一笔巨大的费用。

加氢装置的这些特性决定了装置不可能提前气密，因此气密时间直接影响到整套装置的原始开车时间，也对装置的开车成本造成重大影响。快速解决高压环垫密封法兰的泄漏问题，对降低装置的原始开车成本有着重要的意义。在装置停车大修后也面临同样的问题。

现有的密封垫片不能应用于高压环境，不能安装在环槽面法兰中，因此再解决加氢装置高压法兰泄漏方面不适用。

因此，如何提供一种柔性石墨复合八角垫，以避免高压下环槽面法兰的泄漏，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种柔性石墨复合八角垫，以避免高压下环槽面法兰的泄漏。本实用新型的另一目的在于提供一种采用上述柔性石墨复合八角垫的密封法兰。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种柔性石墨复合八角垫，包括八角垫，所述八角垫的密封面上设置有柔性石墨层。

优选的，上述八角垫的圈壁上设置有柔性石墨层。

优选的，上述柔性石墨层为柔性石墨板或者柔性石墨带。

优选的，上述柔性石墨层粘贴在所述八角垫上。

本实用新型还提供一种密封法兰，设置有环形密封槽，所述环形密封槽内设置有八角垫，所述八角垫和所述环形密封槽之间设置有柔性石墨层。

优选的，上述八角垫的密封面上设置有所述柔性石墨层。

优选的，上述环形密封槽上设置有所述柔性石墨层。

本实用新型提供的柔性石墨复合八角垫，包括八角垫，所述八角垫的密封面上设置有柔性石墨层。本实用新型提供的柔性石墨复合八角垫，使用时，实际是在原有八角垫与法兰之间再增加一个柔性石墨垫层，增加柔性石墨后法兰紧密度完全满足要求，并且，质量泄漏率达到PVRC紧密度等级的T5极密级别，本实用新型提供的柔性石墨复合八角垫，采用柔性石墨复合在八角垫上在实际气密时不会有气泡发生，且泄漏率达到T5级，远远大于T2标准级。避免了高压下环槽面法兰的泄漏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的柔性石墨复合八角垫的结构示意图。

上图1中：

八角垫1、柔性石墨层2。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的柔性石墨复合八角垫的结构示意图。

本实用新型实施例提供的柔性石墨复合八角垫，包括八角垫1，八角垫1的密封面上设置有柔性石墨层2。本实用新型提供的柔性石墨复合八角垫，使用时，实际是在原有八角垫1与法兰之间再增加一个柔性石墨层2，增加柔性石墨后法兰紧密度完全满足要求，并且，质量泄漏率达到PVRC紧密度等级的T5极密级别，本实用新型提供的柔性石墨复合八角垫，采用柔性石墨复合在八角垫1上在实际气密时不会有气泡发生，且泄漏率达到T5级，远远大于T2标准级。避免了高压下环槽面法兰的泄漏。

具体的，八角垫1的圈壁上设置有柔性石墨层2。柔性石墨层2为柔性石墨板或者柔性石墨带。柔性石墨层2粘贴在八角垫1上。

本实用新型实施例还提供一种密封法兰，设置有环形密封槽，环形密封槽内设置有八角垫1，八角垫1和环形密封槽之间设置有柔性石墨层2。

具体的，八角垫1的密封面上设置有柔性石墨层2。或者，环形密封槽上设置有柔性石墨层2。当前关于法兰-螺栓-垫片的设计方法国内外产生了很多种，但是经过一系列验证表明最有影响力的是“具有环形垫片的螺栓法兰连接计算规则”。这一设计规则是根据螺栓安装的预紧力，也就是说螺栓法兰垫片的接头在安装时垫片上必须有一定的载荷，安装要求垫片必须承受有一定量的载荷，也称为最低载荷。这些所要求的载荷皆出自于规范中的两个系数值m和y，这两个系数与密封的介质以及所受的压力和外境的温度都没有关系，只与垫片的类型和材料有关，而且材料和m和y值是呈现简单对应关系。这两个系数在《GB/T17186.1-2015管法兰连接计算方法第1部分：基于强度和刚度的计算方法》中有相当清楚的阐述。按照这两个字母的定义来看，规范中对螺栓垫片法兰接头在整体的结构上进行了绝对的安全保障，但是出于接头安全情况的考虑还是不够的，规范只考虑接头“不漏”或者“漏”，并未确保接头紧密不漏。

关于这一问题点，早在1974年美国(PVRC)就已经做了针对性的研究。研究结果发现影响垫片性能的因素有很多并且相当复杂，其中不止是装配垫片应力、垫片尺寸和密封表面粗糙度，还有密封介质、内压等一些可控以及不可控的因素。PVRC提出了基于螺栓法兰接头紧密度的设计方法。

使用柔性石墨复合八角垫实际是在原有八角垫与法兰之间再增加一个柔性石墨垫片，因此，当前需考虑的并不是要设计一个螺栓法兰接头。默认以前的接头在安全性上符合要求，为了减少泄漏率，重点考虑增加柔性石墨垫后法兰紧密度是否能满足要求。因此，选择“基于螺栓法兰接头紧密度的设计方法”计算验证新接头紧密度是否能满足要求。

计算方法如下：

1、选取垫片常数

表1部分PVRC垫片设计参数表

柔性石墨垫片的垫片常数与不锈钢箔增强柔性石墨板近似，取垫片常数Gb＝5MPa，a＝0.377MPa，Gs＝5×10-4MPa。

2、确定法兰几何尺寸

反应系统高温系统法兰按照ASME B16.5设计，以DN400 Class1500的环连接法兰为例查规范得出：

对应垫片的环号为R67，P＝469.9，A＝28.58，H＝34.93，C＝19.81，r＝2.4。

3、计算垫片预紧面积

密封面宽度：

带入垫片尺寸参数算得L。

内侧密封面直径：

带入数值得Pn＝457.8mm

内侧密封面面积：

S_n＝πP_nL

带入数值得Sn，

同理，算出外侧垫片密封面积：Sw

4、计算螺栓拉力

法兰配用螺栓为M64，螺柱材质为25CrMoVA，螺栓参数见表2。

表2 M64螺栓尺寸表

螺栓采用液压扳手紧固，液压扳手厂家提供的数据表3。

表3螺栓预紧载荷表

螺栓螺母为崭新，标准，无涂层，无润滑。可用载荷应为屈服强度的70％。摩擦系数为0.14。

螺栓强度等级为10.9级，例如M64预载荷1750478N，实际紧固时紧固至70％，总预载荷为：

F＝16×0.7×1750478N＝1.96×107N

5、法兰静载荷计算

DN400 SCH100管道设计外径为406.4mm，壁厚26mm，内径则为354.4mm。

法兰静压受力面积Sn1。

管道设计压力Ps＝10MPa，由此算出法兰静载荷Fj。

F_j＝P_S×S_n1

带入数值得出Fj。

6、垫片应力计算

垫片应力Sya按下式计算：

带入数据计算出Sya。

7、计算装配紧密度Tpn：

G_b(T_pn)^a＝ηS_ya

即

由于采用液压扳手紧固螺栓，因此η取0.85。带入数值得出Tpn。

8、计算紧密度设计常数Tc：

T_pn＝18.023T_cP_S

即

带入数值Tc，

使用上述的计算方法得出DN250-350 Class 1500环垫法兰TC值，见表4。由于目前设备使用的加氢装置最大法兰为DN400 Class1500，因此本文只计算至DN400。

表4 DN250-350 Class 1500环垫法兰TC值

对于螺栓法兰接头，美国压力容器研究委员会(PVRC)按质量泄漏率(单位时间通过单位垫片外直径泄漏的质量)分成T1～T5的五个紧密度等级，如表5。

表5 PVRC紧密度等级

对应零泄漏的定义，将允许逸出的极限值，定义为“允许逸出量(acceptableemissions”，或“零逸出(zero emission)”,例如，目前美国炼油厂把1000cm³/m³作为允许逸出的水平，而化工厂则对阀门和法兰规定为500cm³/m³，回转设备(如泵、压缩机)为1000cm³/m³。根之前所述：实际气密时，能观察到的泄漏最小是1气泡/10S，也就是10^-4mL/S。

根据T_c值，已达到T5(极密)级别。标准状况下氢气密度为0.09mg/cm³，氮气密度为1.36mg/cm³。将T5级换算成体积泄漏率氢气为2.22×10^-8cm³/s·mm，氮气为1.47×10^-9cm³/s·mm。取10mm范围内泄漏气体汇集成气泡，则氢气和氮气气密时泄漏率为2.22×10^-7cm³/s，氮气为1.47×10^-8cm³/s。

因此，理论上采用柔性石墨复合八角垫在实际气密时不会有气泡发生，且理论泄漏率达到T5级，远远大于T2标准级。

本实用新型实施例提供的柔性石墨复合八角垫，1、实现了八角垫密封法兰的“零泄漏”，解决了法兰微泄漏问题。2、实际操作成本低廉，可靠性高。3、适用于高温高压环境。4、可有效补偿法兰平行度偏差。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种柔性石墨复合八角垫，其特征在于，包括八角垫，所述八角垫的密封面上设置有柔性石墨层，

所述八角垫的圈壁上设置有柔性石墨层。

2.根据权利要求1所述的柔性石墨复合八角垫，其特征在于，所述柔性石墨层为柔性石墨板或者柔性石墨带。

3.根据权利要求2所述的柔性石墨复合八角垫，其特征在于，所述柔性石墨层粘贴在所述八角垫上。

4.一种密封法兰，设置有环形密封槽，其特征在于，所述环形密封槽内设置有八角垫，所述八角垫和所述环形密封槽之间设置有柔性石墨层，

所述八角垫的密封面上设置有所述柔性石墨层，

所述环形密封槽上设置有所述柔性石墨层。