界面泄漏
介质从密封件与密封面之间通过,与密封比压、密封面状态和密封件变形有关。
按泄漏路径,可以把泄漏分为四类。不同路径对应的检查重点完全不同,如果把壳体渗漏误判为密封失效,更换再多的密封件也无济于事;反之,把预紧不足误判为材料问题,也会导致错误的整改。因此在拆卸之前,应先在运行或试压状态下尽量确认泄漏的确切位置和形态,是滴漏、渗湿、喷射还是间歇性泄漏。
介质从密封件与密封面之间通过,与密封比压、密封面状态和密封件变形有关。
介质分子穿过密封材料本身,常见于气体、小分子溶剂和多孔或老化的密封材料。
介质穿过承压壳体,原因包括裂纹、气孔、缩松、腐蚀穿孔和焊接缺陷。
螺纹、卡套、胀接等连接部位的失效,常与装配、振动和疲劳有关。
静密封的两个密封面之间没有相对运动,依靠足够且均匀的密封比压阻断泄漏通道;动密封的密封面之间存在相对滑动或转动,需要在磨损、润滑、发热和泄漏之间取得平衡。两类密封的失效原因和检查重点有明显区别。
| 密封类型 | 工作特点 | 常见失效 | 检查重点 |
|---|---|---|---|
| 法兰垫片 | 靠螺栓预紧压紧垫片 | 预紧不足或不均、垫片蠕变松弛、垫片选型不当 | 垫片压痕是否完整均匀,螺栓残余预紧,法兰平行度 |
| 静密封O形圈 | 靠沟槽压缩量产生接触应力 | 挤出咬伤、压缩永久变形、溶胀或硬化 | 沟槽尺寸与间隙、密封圈截面变形、材料与介质 |
| 螺纹与卡套连接 | 靠螺纹密封材料或金属变形密封 | 装配扭矩不当、振动松动、螺纹根部疲劳裂纹 | 装配记录、螺纹损伤、接头根部有无裂纹 |
| 机械密封 | 动静环端面在液膜支撑下相对旋转 | 端面磨损、热裂、崩边、干摩擦、辅助密封老化 | 端面磨痕形态、宽度和均匀性,冲洗冷却条件 |
| 旋转唇形密封 | 唇口在轴表面形成油膜密封 | 唇口磨损或硬化开裂、轴表面磨出沟槽、偏心 | 唇口接触带宽度、轴表面粗糙度和加工纹理 |
| 往复密封与填料 | 密封件随杆或阀杆往复运动 | 磨损、挤出、扭转、填料压紧力衰减 | 杆表面状态、导向磨损、填料压缩情况 |
拆下的密封件是判断原因最直接的证据,应在清洗前完整保存,并记录其安装方位和与密封面的对应关系。弹性体密封件的损伤形态与受力、温度和介质密切相关,往往一眼就能把原因缩小到几类;金属垫片和缠绕垫片则主要看压痕的连续性和均匀程度。
法兰泄漏绝大多数与密封比压不足或不均有关。螺栓预紧不足、拧紧顺序不当导致压紧不均、只凭经验拧紧缺乏控制,都会使垫片局部压缩不够。即使安装时预紧合格,垫片蠕变、螺栓和法兰接触面嵌入、热循环和温度变化也会使预紧力逐渐衰减,所以很多法兰是在运行一段时间后才开始泄漏。
外部载荷同样重要。管道热膨胀受到约束、支吊架失效或强行对口安装,会在法兰上施加弯矩,使一侧垫片卸载;设备和管路振动可能使螺栓逐渐松动,使垫片在交变载荷下反复压缩和回弹。判断时应把法兰周向的垫片压痕、各螺栓的残余预紧和管系的支撑情况放在一起分析。
密封面的损伤会让合格的密封件也无法密封。最危险的是贯穿密封面的径向划痕,它直接构成泄漏通道;周向的加工纹路则通常影响较小。阀门密封面和法兰密封面在泄漏发生后,高速流过狭缝的介质会把表面冲刷出细长的沟槽,使泄漏越来越大;腐蚀坑、沉积物、焊接飞溅和装配时的磕碰也会破坏密封面的连续性。法兰面的平面度和翘曲同样需要测量,焊接变形和不对称预紧都可能使密封面变形。
焊缝和铸件的本体渗漏有自身特点。焊缝渗漏多来自贯穿性气孔、未熔合、根部未焊透和裂纹,常在压力试验或运行初期暴露;运行较久后才出现的焊缝渗漏,则要考虑腐蚀穿孔、应力腐蚀以及振动引起的疲劳裂纹,小口径支管与主管连接的角焊缝在管路振动下尤其容易开裂。铸件渗漏多与相互连通的缩松、气孔、冷隔和夹杂有关,常集中在壁厚变化处和热节部位,渗漏点表面看起来可能只是一个小湿点,剖开后才能看到内部连通的缺陷网络。
介质相容性是弹性体和非金属密封件失效的常见根源。不同橡胶对介质的耐受性差异很大,例如三元乙丙橡胶耐水和蒸汽,但在矿物油中会明显溶胀;丁腈橡胶耐矿物油,但耐臭氧和耐候性较差。工况中的清洗剂、添加剂、冷凝液和偶发的工艺介质也要纳入考虑。聚四氟乙烯等材料化学稳定性好,但在持续压力下容易冷流,需要在结构上加以约束。工况变化后沿用原有密封材料,是相容性问题反复出现的常见原因。
包括主介质、清洗剂、添加剂和偶发介质,必要时先做浸泡验证。
规定螺栓拧紧顺序和预紧控制方法,高温和循环工况考虑预紧衰减和复紧。
安装前检查密封面,避免径向划伤,泄漏后及时处理冲刷沟槽,不带伤重复使用。
合理设置支吊架,避免强行对口,消除管路共振,对振动部位的接头采取加强和防松措施。
按压力控制挤出间隙,必要时加挡圈,动密封保证轴的表面状态和同轴度。
铸件改进浇注和补缩工艺,必要时对已知渗漏风险进行浸渗处理;焊缝加强根部质量和无损检测。
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常见原因是预紧力逐渐衰减,包括垫片蠕变、接触面嵌入和热循环导致的松弛;管道热膨胀产生的附加弯矩和振动松动也会使局部比压下降。应检查螺栓残余预紧、垫片压痕均匀性和管系支撑情况。
可能是密封面已有径向划痕或冲刷沟槽,法兰不平行或翘曲,预紧方法不当,垫片选型与温度压力不匹配,或者泄漏实际来自焊缝、本体等其他部位。应先准确定位泄漏点,再检查密封面和预紧情况。
更常见的原因是密封材料与介质不相容,包括主介质以外的清洗剂、添加剂等。可以把密封圈材料与实际介质做浸泡对比,测量体积和硬度变化,同时核对密封圈材料是否与规定一致。
对于细小、分散的缩松渗漏,浸渗处理是常用的密封手段。但如果渗漏来自裂纹、冷隔或较大缺陷,或者部件承受较高应力和交变载荷,浸渗不能恢复强度,应先查明缺陷类型和范围再决定。
可能有关。轴的振动、窜动和不对中会使动静环端面难以保持稳定贴合,造成端面磨损不均、崩边和泄漏。端面磨痕宽度不均、偏向一侧往往是振动或不对中的线索,应同时检查冲洗冷却条件和运行工况。