1 概述
隨著現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，新技術(shù)裝備的生產(chǎn)裝置以及高水平管理方法逐漸應(yīng)用于化工生產(chǎn)中，但受到流體介質(zhì)腐蝕、振動(dòng)、沖刷、溫度、壓力、密封材料以及焊接缺陷等因素影響，“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象依然較為常見。
注劑式帶壓密封技術(shù)是現(xiàn)階段管道泄漏帶壓堵漏技術(shù)中最為主要的一種，其選擇合適的夾具安裝在泄漏區(qū)域，泄漏區(qū)域外表面和夾具之間形成密封空腔，密封劑在壓力作用下注入密封空腔，密封劑在短時(shí)間內(nèi)固化，新的密封結(jié)構(gòu)形成，從而發(fā)揮快速堵漏的作用。
一般常用的密封注劑分為熱固化密封注劑和非熱固化密封注劑兩類，前者在常溫環(huán)境下處于固體狀態(tài)，需要在一定溫度狀態(tài)下方可從塑料體向彈性體轉(zhuǎn)化；后者在低溫、常溫和高溫環(huán)境下用于動(dòng)態(tài)密封操作，該類密封注劑一般制備為雙組分膩狀材料或者棒狀固體，裝入高壓注槍備用，其填充性與注射工藝性在一定壓力環(huán)境下較為突出，且可保持閥門開關(guān)功能。
要想保證堵漏工作質(zhì)量，操作人員不僅應(yīng)嚴(yán)格遵循操作工藝，同時(shí)還應(yīng)采用密封夾具，這也是注劑式帶壓密封技術(shù)操作中不可或缺的一部分，其加裝于泄漏缺陷外部或者泄漏區(qū)域外表面，重新形成密封空腔，其作為一種金屬受壓元件直接承受注射密封劑壓力以及泄漏介質(zhì)壓力，并用于包容密封劑。本文筆者著眼于密封夾具設(shè)計(jì)以及管道泄漏處理方面，探討了帶壓堵漏夾具的設(shè)計(jì)。
2 密封夾具設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)密封夾具時(shí)應(yīng)結(jié)合泄漏環(huán)境以及具體條件，參考介質(zhì)的壓力與溫度，選擇相應(yīng)的材料并合理確定結(jié)構(gòu)。
2.1 選擇密封夾具材質(zhì)
應(yīng)結(jié)合泄漏工況合理選定密封夾具材質(zhì)，對(duì)泄漏介質(zhì)、材料基本性能、泄漏溫度以及泄漏壓力等多種因素加以綜合考量。通常無特殊要求時(shí)以普通碳素鋼為主，該型材料具有良好的塑性和強(qiáng)度，二者配合較好，且特定溫度下可保持優(yōu)良的機(jī)械性能，滿足夾具材質(zhì)要求。常規(guī)碳素鋼材質(zhì)適應(yīng)范圍較廣，切削加工較為簡(jiǎn)便，價(jià)格相對(duì)低廉，且具有優(yōu)異的焊接性能。
對(duì)于強(qiáng)酸強(qiáng)堿等一部分具有強(qiáng)烈腐蝕性的介質(zhì)，夾具本體僅在注入密封劑的瞬間才與介質(zhì)接觸，以Q235鋼材料為主的夾具亦可保持優(yōu)良的機(jī)械性能。所以在制作密封夾具時(shí)可選擇Q235鋼這一較為常見的普通碳素鋼，符合大多數(shù)介質(zhì)泄漏情況下密封夾具的制作要求。對(duì)于高溫泄漏介質(zhì)而言，選擇密封夾具時(shí)一般應(yīng)考慮具有優(yōu)異耐高溫性能的同類設(shè)備材質(zhì)以及不銹鋼材質(zhì)，以免金屬受到高溫作用或者應(yīng)力因素影響而出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象。
2.2 設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)
2.2.1 設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)密封夾具時(shí)應(yīng)對(duì)如下四個(gè)因素予以充分的考慮：
（1）夾具強(qiáng)度，通常情況下耳板焊縫強(qiáng)度、夾緊螺栓強(qiáng)度以及夾具本體強(qiáng)度是關(guān)系夾具整體強(qiáng)度的重要影響因素；
（2）夾具剛度。密封夾具不僅應(yīng)保持足夠強(qiáng)度，同時(shí)還應(yīng)具備一定剛度性能，以確保堵漏操作的有效性，延長(zhǎng)夾具的使用壽命，確保夾具在高溫高壓狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生形變問題。通常來說，夾具設(shè)計(jì)厚度數(shù)值為強(qiáng)度計(jì)算厚度數(shù)值的2～4倍；
（3）溫度因素。高溫效應(yīng)下引發(fā)熱膨脹，往往會(huì)導(dǎo)致夾具幾何尺寸發(fā)生變化，因此高溫環(huán)境下的密封夾具應(yīng)注意尺寸設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制加工余量；
（4）壓力因素。一旦發(fā)生高溫介質(zhì)泄漏，在補(bǔ)救過程中應(yīng)注意強(qiáng)化夾具封閉性能，例如選擇在夾具卡環(huán)與法蘭外邊緣交接部分設(shè)置密封槽等。
2.2.2 夾具設(shè)計(jì)應(yīng)符合如下條件：
（1）密封夾具強(qiáng)度與剛度性能應(yīng)達(dá)標(biāo)；
（2）泄漏區(qū)域和夾具之間應(yīng)形成密閉空腔，并具備良好的封閉性能；
（3）密封夾具應(yīng)屬于不少于2塊的分體裝置，以便于快速組合安裝；
（4）密封夾具上應(yīng)設(shè)置內(nèi)螺紋注劑孔，應(yīng)合理設(shè)置孔的位置，保證足夠的數(shù)量，確保密封注劑能夠充填整個(gè)密封腔；
（5）泄漏區(qū)域和密封夾具之間應(yīng)保持適度間隙，一般以密封劑不外溢為準(zhǔn)，精確數(shù)值應(yīng)不超過0.3mm。
3 管道泄漏與應(yīng)對(duì)策略
一般情況下管道泄漏多見于相鄰管道連接區(qū)域、流體轉(zhuǎn)向區(qū)域以及焊接部位，其中以法蘭以及直管等典型部位最容易出現(xiàn)泄漏問題。
3.1 法蘭泄漏與應(yīng)對(duì)方法
3.1.1 鋼絲圍堵法。該方法適用于低壓力的泄漏介質(zhì)、間隙量均勻以及間隙較小的2個(gè)法蘭的帶壓堵漏，可選擇直接將螺栓專用注劑接頭安放在拆下的螺栓上，其數(shù)量通常控制在2個(gè)以上。
安裝注劑接頭時(shí)首先松開其中一枚螺母，妥善安裝后快速擰緊螺母，然后開始安裝另一注劑接頭，不可同時(shí)松開兩枚接頭螺母，以免墊片密封比發(fā)生變化，引發(fā)泄漏量增加等不良問題，甚至?xí)?dǎo)致泄漏介質(zhì)對(duì)外部壓力過大而吹/沖走墊片，最終造成難以控制的嚴(yán)重后果。
對(duì)于嚴(yán)重泄漏情況，可采取G形夾子方案，以保持均衡的密封比壓。完成注劑螺栓安裝工作后取銅絲（直徑略小于法蘭間隙）嵌入法蘭間隙，然后將法蘭外緣沖出唇口，從而良好地固定法蘭間隙內(nèi)的銅絲，進(jìn)而形成新密封腔。上述操作完成后即可與高壓注劑槍相連接并開展動(dòng)態(tài)密封作業(yè)，從泄漏區(qū)域相反處開始依次注劑，泄漏點(diǎn)附近為注劑終點(diǎn)。
3.1.2 鋼帶圍堵法。對(duì)于間隙略大且≤8mm的兩個(gè)法蘭，且介質(zhì)壓力<2.5MPa的情況下，可選擇鋼帶圍堵法開展動(dòng)態(tài)密封作業(yè)，該操作對(duì)2個(gè)法蘭同軸度要求相對(duì)較高，但并未嚴(yán)格要求法蘭間隙均勻程度。
通常情況下選擇鋼帶的厚度和寬度保持在1.5～3.0mm、20～30mm，制作方法以焊接為主或者選擇鉚接方式亦可，2個(gè)接頭下方應(yīng)注意加設(shè)過渡墊片，同時(shí)應(yīng)結(jié)合法蘭尺寸確定所裝注劑接頭的具體數(shù)量。
鋼帶安裝操作時(shí)應(yīng)在2個(gè)法蘭間隙部位設(shè)置鋼帶，稍擰緊連接螺栓后將過渡墊片加入，確認(rèn)完全包裹法蘭間隙后將螺栓擰緊，完整密封空腔形成，此時(shí)即可開始動(dòng)態(tài)密封操作，如圖1所示：
3.1.3 凸形夾具堵法。一旦泄漏法蘭間隙超過8mm，同時(shí)介質(zhì)壓力超過2.5MPa，所用法蘭夾具應(yīng)具備耐高壓性能、加工尺寸精確且具有良好的整體密封性能。該技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，用于動(dòng)態(tài)密封作業(yè)具有較高的成功率。
作業(yè)開始前應(yīng)將旋塞閥安裝在夾具上，旋塞閥應(yīng)保持開啟狀態(tài)，作業(yè)人員選擇在上風(fēng)口進(jìn)行操作，盡量避免與泄漏介質(zhì)有過多接觸。如果泄漏流量或者介質(zhì)壓力相對(duì)較大，則應(yīng)采用壓縮空氣吹掃泄漏介質(zhì)至一側(cè)，亦可選擇將長(zhǎng)桿連接至夾具來間接操作，盡量避免操作過程中作業(yè)人員與泄漏介質(zhì)的非必要性接觸。
夾具安裝時(shí)注劑孔位置為2個(gè)法蘭連接螺栓的中部，泄漏區(qū)域周圍部分應(yīng)設(shè)置若干注劑孔，其中注劑孔不可直接與螺栓對(duì)準(zhǔn)，以免注劑浸入導(dǎo)致阻力升高。夾具螺栓應(yīng)擰緊固定，法蘭和夾具之間間隙數(shù)值最高不宜超過0.5mm。通常情況下應(yīng)從距離泄漏事故點(diǎn)最遠(yuǎn)處開始逐次注入注劑，逐漸靠近泄漏區(qū)域，直至介質(zhì)泄漏停止。該操作同樣適用于管道帶壓堵漏。
3.2 直管泄漏與應(yīng)對(duì)方法
直管泄漏位置一般位于對(duì)接兩管的環(huán)向焊縫區(qū)域，其發(fā)生泄漏的原因主要為氣孔、未焊透、夾渣或者裂紋等一系列焊接缺陷。而管壁也會(huì)因?yàn)榱黧w介質(zhì)振動(dòng)、金屬內(nèi)部缺陷、介質(zhì)腐蝕沖刷等各類因素影響而出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而發(fā)生腐蝕穿孔和泄漏的問題。該部分的密封夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示：
2.jpg
3.2.1 直管卡具。一般情況下對(duì)于公稱直徑不超過DN50的泄漏管道，同時(shí)泄漏介質(zhì)具有較強(qiáng)的滲透性以及較高的壓力，泄漏量較大，可考慮通過小直徑直管卡具完成堵漏操作。
3.2.2 直管焊制夾具。對(duì)于公稱直徑超過DN50的泄漏管道，可直接利用直管焊制夾具進(jìn)行堵漏，其結(jié)構(gòu)類似于凹形法蘭夾具，二者僅存在尺寸差別。
4 結(jié)語
（1）帶壓堵漏作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度較高且作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，操作過程中存在諸多不確定因素，而且作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大，所以安全準(zhǔn)備工作極為必要，充分分析作業(yè)中已存在的和可能發(fā)生的問題，切實(shí)落實(shí)安全保護(hù)措施；
（2）帶壓堵漏具有極強(qiáng)的專業(yè)性，作業(yè)人員應(yīng)具備充分的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力，并掌握扎實(shí)的機(jī)械專業(yè)知識(shí)，要求熟練應(yīng)用帶壓堵漏各類工具，總而言之，帶壓堵漏對(duì)作業(yè)人員操作水平以及專業(yè)素質(zhì)有較高的要求；
（3）帶壓堵漏是特定條件和特定環(huán)境下的一項(xiàng)應(yīng)急修補(bǔ)技術(shù)，對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行帶壓堵漏處理也僅僅是臨時(shí)應(yīng)對(duì)方案，其操作難以避免地帶有一定局限性和時(shí)效性。實(shí)際情況允許時(shí)作業(yè)人員應(yīng)全面、徹底檢修泄漏部位，將事故發(fā)生點(diǎn)“跑、冒、滴、漏”等現(xiàn)象予以徹底消除，才能從根本上改善設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，保障設(shè)備健康水平，這就要求我們合理制定檢修計(jì)劃，并不斷提高設(shè)備檢修維護(hù)技術(shù)與工藝水平；
（4）作為一項(xiàng)新技術(shù)，帶壓堵漏方案有待于持續(xù)改進(jìn)、逐步完善，帶壓堵漏并非適用于所有介質(zhì)泄漏問題，因?yàn)樵斐尚孤┑脑蚯Р钊f別，單一方案無法做到全面應(yīng)對(duì)。
夾具設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響著堵漏操作成功率以及夾具自身使用壽命，雖然我們已結(jié)合泄漏的實(shí)際情況和特點(diǎn)來設(shè)計(jì)出功能型式多樣化的堵漏夾具，但應(yīng)用于實(shí)踐中依然難以避免地會(huì)遇到其他復(fù)雜情況。
該項(xiàng)技術(shù)接觸的介質(zhì)以及泄漏部位存在較大差異，所以密封夾具設(shè)計(jì)合理性與堵漏作業(yè)成效之間有著密切的關(guān)聯(lián)。我們應(yīng)結(jié)合泄漏情況的差異來設(shè)計(jì)相應(yīng)的夾具結(jié)構(gòu)，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)一步研究更復(fù)雜的情況，不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)和完善堵漏夾具結(jié)構(gòu)，使之得到更廣泛的應(yīng)用。
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