| |
|
|
| |
带压密封技术实施，是在介质泄漏状态下进行的应急抢险作业，施工过程不仅涉及不同工况和千变万化的泄漏部位及环境，还需针对具体工况条件，通过物理、化学、流体力学、材料力学、传递科学、机械科学等学科知识的综合运用发挥技术效用。具体施工作业包括：泄漏部位现场勘测、泄漏缺陷尺寸测量，密封施工方法和密封剂选用及操作技术运用。针对泄漏部位具体工况条件能够简便快捷地实现再密封。专业带压密封工作者除应掌握相关理论知识和基本施工技术规范外，尚需要具备一定的密封施工技巧。现结合工程实际，介绍相关案例的密封施工方法。
|
|
| |
一、铲严敛缝注剂密封法
（一）适应范围及施工方法
法兰密封面发生流体介质泄漏，通常采用夹具法密封施工，实施过程需要设计制造夹具，若遇法兰错口或不规则形状，夹具制造很不便捷，现介绍较为简易的密封施工方法。
1. 适应范围
（1）适应圆形、椭圆形、方形及其他不规则形状法兰密封面泄漏密封；
（2）适用泄漏系统温度从-180℃～800℃，压力从-0.1MPa～20MPa；
（3）泄漏法兰连接间隙≤10mm。
2. 施工方法
（1）泄漏法兰连接间隙嵌入适量直径尺寸的金属丝，经铲严敛缝阻挡建立密封腔注入密封注剂消除泄漏；
（2）泄漏法兰直径尺寸较大，且局部泄漏时，可采用局部密封法处理；
（3）泄漏系统压力≤2MPa可通过螺孔注剂接头，由螺栓与螺孔的间隙注剂密封施工。金属丝围堵螺孔注剂如图所示：
铜丝敛缝围堵法示意图
1-螺孔注剂接头；2-注剂通道；3-密封空腔；4-金属丝 |
|
| |
| |
4）当系统压力＞2MPa时，应由法兰面或法兰外缘钻孔、攻丝，接装注剂阀注剂。金属丝围堵法兰钻孔注剂如图2所示： |
|
| |
铜丝敛缝围堵法示意图
1-金属丝；2-注剂旋塞阀；3-密封空腔；4-螺纹
|
|
|
| |
（5）应用局部法密封，需要采取端部密封增强措施，以防密封注剂由端部被挤出。 |
|
| |
（二）施工操作程序 |
|
| |
1. 由法兰外缘或法兰面适当位置，斜向法兰连接间隙方向钻孔攻丝，接装注剂阀。如图3所示： |
|
| |
图3 法兰外缘钻孔攻丝后接装注剂阀 |
（3） |
|
| |
2. 通过注剂阀直对法兰连接间隙，用 4钻头钻通剩余厚度引出介质。见图4 |
|
| |
图4 通过注剂阀钻通剩余壁厚引出介质 |
(4) |
|
| |
3. 法兰连接间隙嵌入适量直径尺寸的金属丝。见图5： |
|
| |
图5 法兰间隙嵌入金属丝 |
(5) |
|
| |
4. 用微型风镐铲捻或加密铲捻（高压系统）法兰外缘内边角，敛缝阻挡金属丝。见图6： |
|
| |
图6 加密铲捻施工操作 |
(6) |
|
| |
5. 关闭起始注入点的注剂阀，接入注剂枪，注入密封剂直到消除泄漏。见图7： |
|
| |
图7 注剂操作 |
(7-1) |
(7-2) |
|
| |
（三）密封注剂的选择 |
|
| |
一）密封注剂的性能特点
1. Txy-8#密封注剂性能特点
（1）无固化过程，具有良好的注射工艺流动性和较强的化学稳定性，适应介质范围广泛。
（2）具有一定抗剪切强度和低温冷流性，可在-180℃条件下保持良好的可模塑性。
2. Txy-18#、Txy-16#密封注剂性能特点
（1）Txy-18#、Txy-16#密封注剂特性曲线 |
|
| |
|
|
| |
（2）性能特点
Txy-18#密封注剂适应介质范围广泛，制剂配方中含阻挡材料，能较快的建立起承压能力；Txy-16#密封剂采用延迟性硫化体系，注射过程能保持较好的塑性和工艺流动性。
二）密封注剂对工况的适应性
（1）Txy-8#适应温度-180℃～260℃的各种介质泄漏密封；
（2）Txy-16#适应温度100℃～600℃，以其良好的注射工艺流动性，适用于注剂通道较小或二次补注时使用；
（3）Txy-18#用于温度100℃～800℃，系统压力高，泄漏严重的部位。
三）密封注剂的选用原则
根据泄漏系统温度、泄漏介质性质及泄漏状况选择。 |
|
| |
（四）局部密封施工方法 |
|
| |
法兰外径大于 600局部泄漏时，可采用局部密封法施工。
一）局部密封承压部件相关尺寸确定
1. 金属丝尺寸
 （1）金属丝直径略大于泄漏法兰连接间隙；
（2）金属丝长度由泄漏缺陷边缘向两侧各延长1～2条法兰螺栓距离的弧长确定；
（3）金属丝端部与端封板压紧处，锻制成长方形截面。
2.端封板形式及相关尺寸
（1）端封板型式见右图：
（2）相关尺寸确定
端封板厚度F = 法兰连接间隙-0.1mm；
端封板长度A=法兰边缘至密封垫距离-0.95×金属丝端部截面径向边长；
缺口尺寸 =法兰螺孔直径+1.5mm；
缺口中心定位尺寸E=（D-K）/2-金属丝截面径向边长；
D-泄漏法兰外径；
K-法兰连接螺栓孔中心圆直径。
端封板宽度B= +2×（15～20）
二）注剂方法
（1）由两侧端封块相邻注剂孔起始注入，建立边界阻挡；
（2）两侧对称顺序向中间推进；
（3）控制推进速度与密封剂固化时间协调，防止密封剂从端部被挤出或注入到泄漏介质系统；
（4）系统温度较低或采用填充型密封剂，要缓慢均衡施压；
（5）注意补注压紧，防止产生应力松弛。 |
|
| |
三）注剂填充过程密封腔内动态变化
注剂过程密封腔内填充变化
|
|
| |
（五）技术特点 |
|
| |
1. 适用于不同型式法兰密封面泄漏密封，且不受法兰微量错口和偏心影响；
2. 施工简便快捷，不需要设计制造夹具；
3. 可缩短注剂流动距离，宜于控制注剂推进速度和密封剂固化时间协调；
4. 有利于提高注剂填充质量，提高作业成功率。 |
|
| |
二、简易夹具法密封施工 |
|
| |
（一）泄漏设备及部位 |
|
| |
1. 泄漏设备：苯胺合成塔
2. 泄漏部位：合成塔封头法兰密封面泄漏，泄漏部位密封结构见图1：
图1 设备泄漏部位密封结构 |
|
| |
（二）泄漏部位相关尺寸 |
|
| |
1. 泄漏法兰外径：上、下法兰直径均为 2920；
2. 法兰连接间隙：最大的间隙为10mm，最小间隙为8mm；
3. 法兰外缘与螺栓距离：最小距离为15 mm；
4. 法兰厚度：上法兰160 mm，下法兰130 mm；
5. 连接螺栓数量及规格：84条M30双头螺栓；
6. 两法兰错口情况：有 部分不错口，最大错口为1.5mm。 |
|
| |
（三）泄漏介质参数 |
|
| |
泄漏介质参数见下表：
泄漏介质参数表
介质名称 |
系统压力/MPa |
系统温度/℃ |
苯胺、氢气、硝基胺、触媒 |
0.2 |
90、180 |
|
|
| |
（四）密封方法 |
|
| |
1. 采用简易夹具法密封
（1）夹具结构型式：用钢板煨制拼焊成简易法兰夹具
（2）强度计算
|
|
| |
式中：S—夹具厚度，mm；
D—夹具内径，D=2920 mm；
Pc—设计压力，Pc = 0.2 + 0.4 = 0.6 MPa；
[σ]t—夹具材料许用应力：[σ]t= 105 MPa；
—焊接系数， =1。 |
|
| |
（3）夹具制造
①采用宽度50mm，厚度为8mm钢板煨制；
②补强措施：ⅰ本体中部环向周圈拼焊 8钢筋补强；
ⅱ注剂孔处焊接M12螺母增强；
ⅲ夹具采用六剖分，以使紧固受力均匀；
ⅵ耳板厚度20mm。
③夹具示意图 |
|
| |
1-注剂孔；2-夹具本体；3-夹具连接耳板
六剖分夹具示意图 |
|
| |
2. 密封剂选用及用量估算
(1)密封剂的选择;
密封后因温度变化密封结构材料膨胀差异，影响密封效果，为便于补注，选用Txy-8#密封剂；
(2)用量估算
约需密封注剂34kg。 |
|
| |
(五) 密封效果与协调互补作用 |
|
| |
1.密封效果（见下图）完成注剂后进行气密试验，密封效果良好。 |
|
| |
|
|
| |
2.工程质量与补偿措施
影响工程质量的因素 |
补偿措施 |
主要问题 |
对质量的影响 |
夹具补强措施 |
密封剂选用 |
注剂方法 |
夹具强度裕量问题 |
承载能力勉强，影响结构稳定 |
拼焊补强、增设螺母及采用六剖分 |
TXY-8#初始注射压力低 |
控制挤压传递速度 |
系统温度变化90℃～180℃ |
材料膨胀系数不同影响密封效果 |
温度变化后再行补注 |
TXY-8#无固化过程，便于补注 |
缓慢施压进行二次补注 |
|
|
| |
三、改进型夹具密封施工中的应用 |
|
| |
（一）泄漏部位及状况 |
|
| |
1. 泄漏部位：锅炉给水备用泵出口DN150法兰
2. 泄漏部位状况，见下图： |
|
| |
 |
|
| |
（二）泄漏介质参数
泄漏介质名称 |
系统压力/MPa |
系统温度/℃ |
工况特点 |
热水 |
22 |
150 |
封堵后形成盲端温度150℃→常温 |
|
|
| |
（三）密封施工方法 |
|
| |
 1. 夹具型式：增设环形腔密封增强凸形法兰夹具。
2. 密封剂选用：选用能较快建立起承压能力的Txy-18#密封注剂。
3. 注剂操作方法
（1）中间腔引流保温法兰外缘环形腔注剂建立边缘阻挡；
（2）根据密封剂的固化特性控制注剂推进速度。
（四）封堵操作程序
1.夹具各注剂孔装配注剂阀，安装夹具，夹具安装后情况，见下图：
2.在主密封腔注剂阀引流的情况下，向边缘环形腔注入密封剂；
3.按“规定”方法注剂，填满压实，密封剂基本固化后补注压紧；
4. 建立边缘阻挡后，中间密封腔注入密封剂。
|
|
| |
|
|
| |
（五）新密封比压建立 |
|
| |
由远离主泄漏部位开始顺序注入，逐渐向主泄漏点靠近。
1.初始注剂推进阻力
（1）注剂推进摩擦阻力；
（2）泄漏介质产生的阻力。
2.区域充填状况
（1）初始注入密封剂向注剂孔两侧移动；
（2）后续注入，密封剂向空腔内部移动；
（3）推进阻力增加，区域内形成致密整体；
（4）区域边缘呈自然推进层面。
3. 顺序注入密封腔压力变化
密封腔压力变化，见下图： |
|
| |
注剂顺序与压力变化 |
注剂压力变化示意 |
|
| |
4. 有效密封比压建立
（1）最终注入密封腔压力=系统压力；
（2）缓慢施压，挤压传递，积聚弹性能量，泄漏被阻止；
（3）提升压力，顺序补注压紧，防止产生应力松弛。
完成封堵后的情况，如右图所示： |
 |
|
| |
四、THF装置减温减压系统泄漏密封 |
|
| |
（一）泄漏部位及状况
汽包平盖法兰泄漏，泄漏状况见图1。
（二）泄漏介质参数
介质名称 |
系统温度/℃ |
系统压力/MPa |
热焓kcal/kg |
蒸汽 |
241 |
3.5 |
669.3 |
（三）密封施工
注剂操作见图2，完成封堵情况见图3。 |
|
| |
图2密封注剂操作
图3竣工后投入运行
|
|
| |
五、苯酚丙酮装置泄漏
|
|
| |
（一）异丙苯E-1021换热器密封
泄漏状况，见图1。
（二）介质参数
介质名称 |
系统温度/℃ |
系统压力/MPa |
蒸汽 |
252 |
4.2 |
|
|
| |
（三）密封施工
1.夹具安装后的情况，见图2。
2. 密封施工注剂操作，见图3。 |
|
| |
 
图1异丙苯E-1021换热器 图2夹具安装后现场情况
4.2MPa蒸汽泄漏
图3作业人员正在注剂封堵 |
|
| |
管道泄漏密封 |
|
| |
一、异径管焊缝泄漏密封 |
|
| |
（一）泄漏部位及状况
1. 泄漏部位：异径管道连接处泄漏；
2. 泄漏状况：两处泄漏点均较严重。
（二）泄漏介质参数及工况条件
介质参数表
介质名称 |
系统温度/℃ |
系统压力/MPa |
蒸汽 |
180 |
0.9 |
|
|
| |
|
| |
（三）密封施工方法
1.夹具结构型式
泄漏缺陷尺寸及密封腔容量大，采用设环形腔隔离式夹具。
夹具结构型式图 |
|
| |
2. 注剂方法
（1）从远离泄漏点的环形腔注入密封剂，直至填满压实；
（2）进行泄漏点侧的环形腔注入；
（3）环形腔完成注剂后，进行夹具结合处密封腔注剂密封，如下图：
密封施工后现场图 |
|
| |
二、遮挡隔离法处理异径三通泄漏
1.泄漏装置：纺丝装置
2.泄漏部位：异径三通焊缝及主管线泄漏
3.泄漏介质参数及密封剂选用，见下表： |
|
| |
介质参数表
介质名称 |
系统压力/MPa |
温度/℃ |
密封剂选用 |
二甲基乙酰胺 |
1.0 |
150 |
TXY-8# |
|
|
| |
4.泄漏封堵处理方法
（1）泄漏三通主管1150mm的范围内均减薄；
（2）采用遮挡隔离式异径三通夹具，包容泄漏部位；
（3）夹具结合面用聚四氟乙烯垫密封。 |
|
| |
5.封堵后运行情况
（1）投入运行至设备检修期两年间，未再发生泄漏；
（2）运行状况见右图。 |
|
| |
三、紧固密封法应用案例
(一) 泄漏部位及状况
1. 泄漏部位： 273天然气地下长输管道泄漏。
2. 泄漏状况：管道多点泄漏，并有环向裂纹，泄漏状况如图示：
管道局部泄漏状况 |
|
| |
(二) 泄漏介质参数
泄漏介质参数及工况条件，见下表： |
|
| |
介质参数表
介质名称 |
系统温度/℃ |
系统压力/MPa |
爆炸极限（体积%） |
下限 |
上限 |
天然气 |
常温 |
1.8 |
5.0 |
15.0 |
|
|
| |
 (三) 密封施工方法
1. 密封方法：鉴于缺陷尺寸较大，采用紧固密封法。
2. 夹具结构型式：由于管壁腐蚀严重，并且有环向裂纹，为确保密封效果和平衡轴向应力，采用设环形槽嵌入金属条密封增强及卡紧限位措施，夹具结构型式见右图： |
|
| |
紧固密封夹具图 |
|
| |
3.密封剂选择
（1）紧固密封选用经过硫化，厚度为8mm的Txy-18#片状密封剂;
（2）泄漏部位周边密封增强，采用Txy-8#密封注剂。
4.密封操作程序
（1）夹具安装：夹具内衬紧固密封剂后，在管道泄漏点旁侧拼合；
（2）调整方位使主泄漏点与夹具接口处环向错位90°；
（3）推移夹具使其覆盖泄漏处，再紧固耳板螺栓；
（4）由设置在漏点周边的注剂孔缓慢注入密封剂，进行密封增强。 |
|
| |
四、海底输油管道 |
|
| |
325海底输油管道泄漏处理
（一）施工前的准备
1.模拟操作培训施工人员
（1）安装实验设施，见图1；
（2）φ325实验管道起吊，安装夹具，见图2：
（3）潜水员经过陆上培训，准备潜入水下施工。
|
图1实验装置安装 |
|
| |
（二）作业人员进入施工现场 |
|
| |
 
图2起吊安装夹具 图3作业人员入现场
|
|
| |
阀门泄漏密封 |
|
| |
一、调节阀体泄漏密封
(一) 泄漏部位及泄漏介质参数：
1. 泄漏部位：制氢装置DN350调节阀体泄漏
2. 泄漏介质参数：工况条件及泄漏介质参数，见下表：
泄漏介质参数
介质名称 |
系统压力/MPa |
系统温度/℃ |
爆炸范围（在空气中体积）/% |
最小点火能/mj |
气体比重 |
氢气 |
3 |
370 |
4～75 |
0.02 |
0.07 |
(二) 密封施工方法
1. 夹具设计
（1）密封施工采用盒式夹具包容泄漏阀体，建立密封腔注入密封剂。
（2）夹具设计及关键尺寸：
① 采用外形尺寸为1000×1000×1000立方毫米的盒式夹具；
② 端封板及侧板厚度40mm（材质为Q235）；
③ 注剂孔型式及数量：M20注剂孔12个，M12标准注剂孔6个；
④ 注剂孔设置：泄漏部位开设标准注剂孔，周边采用M20注剂孔。
2. 密封注剂选用及用量
（1）采用Txy-18#通用型耐高温密封注剂；
（2）密封注剂用量300kg。
3. 注剂方法
（1）采用4支注剂枪，由两侧对称注入；
（2）远离主泄漏部位开始注入，控制注入压力，平稳均衡施压；
（3）注意推进速度与密封注剂固化时间的协调；
（4）密封注剂基本固化后再行漏点处注入；
（5）泄漏部位注剂操作时，缓慢均衡施压，操作压力略高于系统压力。
(三) 安全与防护
1. 防火防爆、严禁明火、防止静电产生和电击放电；
2. 蒸汽冲淡保护（见图1），使可燃气体浓度降至低于爆炸下限；
3. 采用防爆工具施工；
4. 作业人员穿防静电工作服和防静电鞋。 |
|
| |
 
图1 蒸汽冲淡保护示意 图2 局部补注压紧
|
|
| |
(四) 效果观察和补注压紧
完成注剂后经密封效果观察，再进行局部补注压紧，见图2。
(五) 施工过程控制与工程质量
1.夹具选材与厚度确定
（1）端封板及侧板选用Q235-A；
（2）根据工厂条件，采用40mm厚的板材焊制盒式夹具。
2.增强措施与密封注剂选择
（1）Txy-18#密封注剂，固化后产生承压补强作用；
（2）密封注剂性能的发挥，有助于增强新结构的承压能力；
（3）环境温度可确保补强材料长期稳定。
3.注剂操作与强度保障
（1）起始注入，多点卸压，系统压力较低；
（2）在系统温度影响下，密封注剂逐渐向弹性体转化；
（3）注剂充填过程，密封空腔容积和压力发生变化；
（4）密封注剂固化后形成的承压能力可承担夹具部分载荷；
（5）最终注入缓慢施压，有利于填满压实和平衡系统压力；
（6）严格控制压紧力，防止局部超压，确保结构稳定。
|
|
| |
4.技术组成的协调互补作用
本项目施工过程，不仅取决于Txy-18#密封剂的性能特点，技术之间的互补作用更是实现有效封堵的关键。
|
|
| |
二、自密封式高压阀盖泄漏封堵 |
|
| |
（一）自密封阀结构与泄漏部位
泄漏部位，如图（1）；阀门结构，见图（2）。
 
图（1） 图（2） |
|
| |
（二）密封施工方法
1.利用 12孔通过四合环注剂法
（1）封堵操作程序
① 利用4× 12小孔进行扩孔攻丝；
② 攻丝后安装注射阀；
③ 通过注射阀用 3长钻头，钻透四合环引出介质；
④ 采用嵌入金属丝敛缝或加阻挡材料消除阀盖与牵制板的间隙；
⑤ 关闭注射阀，接注剂枪，注入密封剂。
（2）泄漏介质参数
介质参数
介质名称 |
系统温度/℃ |
系统压力/MPa |
锅炉给水 |
160 |
14 |
（3）现场施工及密封效果
施工现场作业人员注剂密封操作 完成注剂后效果观察
 
|
|
| |
2.直对楔形垫钻孔注剂密封
（1）操作程序
① 确定钻孔方位；
② 钻孔、攻丝，接装M12注剂阀；
③ 通过注剂阀用 3长钻头钻通剩余
壁厚引出介质；
④ 关闭注剂阀，接入注剂枪，注剂密
封；
⑤ 消除泄漏后封闭注剂孔。
（2）现场注剂密封施工
钻孔位置及注剂密封情况，见右图： |
|
| |
三、阀门中法兰泄漏密封（印尼PT.M.D.ENGIN）
（一） 泄漏部位：蒸汽管线阀门中法兰泄漏（见图3.1）。
（二）泄漏介质参数
介质参数
介质名称 |
系统温度/℃ |
系统压力/MPa |
蒸汽 |
550 |
11.0 |
图3.1
（三）施工采取措施
1.采用凸型法兰夹具；
2.选用Txy-18#密封剂；
3. 消除夹具受热膨胀对吻合超差的影响。
|
|
| |
四、阀门填料函泄漏密封
(一) 密封施工方法
1. 填料函中部略偏阀体侧定位冲窝。用 5钻头打过渡孔，剩余(4～5)mm壁厚；
2. 扩孔攻丝装配注剂阀；
3. 通过注剂阀、过渡孔，用 4钻头钻透剩余壁厚引出介质；
4. 接入注剂枪，注入密封剂消除泄漏。
(二) 泄漏介质参数
介质参数
介质名称 |
系统温度/℃ |
系统压力/MPa |
蒸汽 |
480 |
22 |
（三）封堵前后的现场情况
 
封堵前 封堵后 |
|
| |
|
|
| |
