Утечка прокладки в промышленной трубопроводной системе — это не просто помеха при обслуживании — это потенциальная угроза безопасности, узкое место на производстве и признак того, что что-то в конструкции или эксплуатации системы требует внимания. Самый быстрый способ устранения утечки прокладки — это систематическая оценка четырех основных переменных: температурная совместимость, совместимость сред, номинальное давление и механическое применение. Выявление того, какой из этих факторов вышел из строя или был упущен из виду, ведет непосредственно к основной причине и правильному устранению.

Данное руководство основано на проверенной на практике методологии, изложенной Мэттом Тоунсом и Дейвом Берджессом в Управление потоком (сентябрь 2016 г.) в сочетании с современными передовыми практиками в области разработки промышленных прокладок. Имеете ли вы дело с спирально-навитые прокладки , кольцевые прокладки , фланцевые прокладки или решения для неметаллических уплотнений, эта пошаговая схема поможет вам точно диагностировать проблему и выбрать правильное корректирующее действие.

Четыре основных принципа диагностики утечек прокладок

Прежде чем физически снимать прокладку, все усилия по устранению неполадок следует начинать с повторного рассмотрения тех же критериев, которые определяют выбор прокладки: температура, среда, давление и применение . Пропуск любой из этих проверок может привести к неправильной диагностике проблемы и замене прокладки на ту, которая снова выйдет из строя при тех же условиях.

1. Температурная совместимость

Сравните фактические рабочие температуры системы, включая пиковые значения при запуске и минимумы охлаждения, с опубликованными температурными значениями прокладки. Предпочтительно, чтобы прокладка имела номинал значительно выше ожидаемых рабочих максимумов , а не просто на пределе. Циклические температуры значительно тяжелее воздействуют на болтовые соединения, чем при установившейся работе. Термическое расширение и сжатие вызывают ослабление нагрузки на болт, что постепенно снижает сжимающую силу на посадочной поверхности прокладки, открывая путь для утечки.

Для высокотемпературных услуг, спирально-навитые прокладки — изготовленные из чередующихся слоев металлической полосы и наполнителя — широко используются, поскольку они сохраняют устойчивость в широком температурном диапазоне. Их конструкция с автоматической обмоткой компенсирует незначительную потерю нагрузки на болты, вызванную термоциклированием.

2. Медиа-совместимость

Материал прокладки должен быть химически совместим с любой жидкостью или газом, проходящим через соединение, включая чистящие средства, добавки и следы загрязнений. Например, каустическая очистка воздействует на большинство прокладок на основе волокон, вызывая их быстрое разрушение, которое часто ошибочно принимают за механическое повреждение. Среды на основе растворителей могут набухать эластомеры, а окисляющие кислоты разлагают металлы иначе, чем восстанавливающие кислоты.

Безасбестовые прокладки и на основе ПТФЭ. уплотнительные решения обычно выбираются для агрессивных химических сред из-за их широкой химической стойкости. При проверке утечки всегда узнавайте полный химический состав технологической жидкости, включая любые периодические циклы очистки, прежде чем выбирать материал прокладки для замены.

3. Номинальное давление и скачки давления

Номинальное давление любой прокладки — будь то кольцевая прокладка , а спирально-навитая прокладка или гофрированная металлическая прокладка — должно превышать максимальное рабочее давление системы, включая переходные скачки, скачки и гидравлические удары. Трубопроводы с обогревом, по которым транспортируются продукты, которые затвердевают при температуре окружающей среды, представляют особый риск: когда теплотрассы начинают превращать технологическую жидкость в жидкость, захваченные карманы могут создавать локальное давление, которое во много раз превышает нормальное рабочее значение.

RTJ прокладки (прокладки кольцевого типа) специально разработаны для работы при высоком давлении и высоких температурах и обычно используются в устьевом оборудовании и важных технологических фланцах, где стандартные листовые прокладки не подходят. Если ваша система испытывает частые скачки давления, переход на прокладку RTJ или прокладку с металлической оболочкой может быть правильным долгосрочным решением, а не просто повторной затяжкой болтов.

4. Применение и механические факторы

Применение относится к механическим деталям узла соединения: типу поверхности фланца (выступающая или плоская поверхность), обработке поверхности, расположению болтов, площади контакта прокладки и достижимой сжимающей нагрузке. Фланец с выступающей поверхностью и спирально навитой прокладкой концентрирует нагрузку болта на меньшей площади посадки, создавая более высокое напряжение посадки на единицу площади, чем плоская прокладка по всей поверхности на том же болте. Это различие существенно влияет на то, может ли данный материал прокладки формировать и сохранять уплотнение.

Приведенная выше диаграмма подчеркивает фундаментальную реальность фланцевого уплотнения: выбор материала прокладки неотделим от нагрузки на болт, доступной в соединении. Если ваша система может создавать сжимающее напряжение только 800 фунтов на квадратный дюйм на поверхности прокладки, использование стандартной листовой прокладки из ПТФЭ, для правильной посадки которой требуется давление 3000 фунтов на квадратный дюйм, приведет к утечке независимо от того, насколько тщательно затянуты болты. Это одна из наиболее распространенных и наиболее предотвратимых причин выхода из строя прокладок на промышленных предприятиях.

Понимание сжимающей нагрузки: скрытая причина большинства утечек прокладок

Доступная сжимающая нагрузка, пожалуй, самый недооцененный фактор при устранении неисправностей прокладок. По данным Tones and Burgess (Управление потоком, сентябрь 2016 г.), деление общей сжимающей нагрузки, создаваемой крепежными деталями, на площадь контакта с поверхностью прокладки дает ожидаемое сжимающее напряжение на посадочной поверхности прокладки . Это число определяет, какой тип прокладки подходит, а какой не подойдет.

Диапазоны напряжений можно резюмировать следующим образом:

• Ниже 600 фунтов на квадратный дюйм: Стандартные прокладки могут с трудом обеспечить надежное уплотнение. Могут потребоваться специальные прокладки для малой нагрузки или модификация конструкции.
• 600–1200 фунтов на квадратный дюйм: Эластомерные или резиновые прокладки обычно эффективны в этом диапазоне для работы при более низком давлении и температуре.
• 1200–3,000 psi: Переходная зона — резиновые прокладки могут быть раздавлены, в то время как ПТФЭ и волокнистые материалы еще не полностью притерлись. Это обычная полоса неудач.
• 3000 psi and above: Стандартный лист из ПТФЭ, прорезиненного волокна и спирально-навитая прокладка материалы сидят надежно. Это предпочтительный рабочий диапазон для большинства промышленных фланцевые прокладки .
• Выше 6000 фунтов на квадратный дюйм: Металлические прокладки и кольцевые прокладки необходимы для высоконадежного уплотнения в критически важных приложениях.

Столбчатая диаграмма выше иллюстрирует, почему так много замен прокладок не решают основную проблему: новая прокладка указана для жидкости и температуры, но не для доступной нагрузки на болты. Понимание фактического напряжения, оказываемого на прокладку, а не только крутящего момента, приложенного к болтам, является ключевым этапом диагностики, который отделяет компетентное устранение неисправностей от догадок. Всегда рассчитывайте эффективное напряжение посадки, прежде чем выбирать тип прокладки для замены.

Также важно понимать, что тип фланца существенно влияет на допустимую сжимающую нагрузку. Фланец из кованой стали может выдерживать гораздо более высокие нагрузки на болты, чем фланцы из армированного волокном пластика (FRP), ПВХ, ХПВХ или чугуна. Эти более мягкие материалы фланцев являются одними из наиболее распространенных источников хронических отказов прокладок при низких нагрузках на промышленных предприятиях, особенно в секторах химической обработки и очистки воды.

Шаг за шагом: как физически осмотреть протекающую прокладку

После анализа эксплуатационных факторов следующим шагом будет физическое удаление и проверка неисправной прокладки. Этот процесс должен быть систематическим и документированным, поскольку сама прокладка часто рассказывает полную историю того, что пошло не так.

1. Выключите систему безопасно. Следуйте процедуре блокировки/маркировки (LOTO), принятой в вашем учреждении. Никогда не пытайтесь снять прокладку из системы, находящейся под давлением или горячей.
2. Слейте воду и сбросьте давление. Полностью слейте жидкость и убедитесь, что давление достигло нуля, прежде чем открывать любое фланцевое соединение.
3. Аккуратно снимите крепления. Снимите все гайки, болты и шайбы в перекрестной последовательности, чтобы равномерно снять нагрузку с фланца. Задокументируйте их состояние: корродированные, растянутые болты или болты неправильного размера являются распространенной основной причиной утечек.
4. По возможности извлеките прокладку неповрежденной. Постарайтесь сохранить прокладку в целости и сохранности. Даже частичная прокладка с измеримой сжатой толщиной может дать ценную диагностическую информацию.
5. Систематически осматривайте прокладку. Обращайте внимание на перекат края на посадочную поверхность, смещения от центра поверхностей фланцев, признаки химического воздействия, следы раздавливания, трещины или выдавливания между поверхностями фланцев.
6. Измерьте сжатую толщину. Сравните сжатую толщину с исходной указанной толщиной. Это показывает фактическое сжимающее напряжение, испытываемое прокладкой во время эксплуатации.
7. Осмотрите поверхности фланцев. Проверьте на наличие точечной коррозии, коррозии, глубоких царапин, деформации или недостаточного качества поверхности. Поврежденная поверхность фланца не может обеспечить надежное уплотнение независимо от того, какая прокладка используется.
8. Документируйте все. Сфотографируйте состояние прокладки, состояние поверхности фланца и состояние болтов, прежде чем что-либо чистить или выбрасывать.

Приведенное выше распределение первопричин, полученное на основе данных полевых исследований на нефтехимических, энергетических и водоочистных предприятиях, подтверждает ключевой вывод: большинство утечек через прокладки не вызваны дефектной прокладкой. Они возникают в результате неправильное приложение нагрузки на болты или выбор материала прокладки, который не может работать в реальных условиях эксплуатации. . Физический осмотр снятой прокладки в сочетании с проверкой поверхности фланца и проверкой болтов подтвердит, какой из этих факторов стал причиной.

Руководство по выбору материала прокладки: подбор правильного уплотнительного решения для конкретной задачи

Один из наиболее эффективных способов предотвратить повторную утечку прокладки — это с самого начала убедиться, что сменная прокладка указана правильно. В следующей таблице приведены основные характеристики, типичные области применения и ограничения наиболее распространенных промышленная прокладка типы, встречающиеся в технологических трубопроводах.

При выборе сменной прокладки всегда сопоставляйте приведенную выше таблицу с фактическим имеющимся сжимающим напряжением и типом поверхности фланца. Размеры спирально-навитой прокладки Перед заказом замены необходимо проверить соответствие стандарту ASME B16.20 для соответствующего сортамента труб и класса фланца, поскольку прокладка неправильного размера не будет сидеть должным образом независимо от материала.

Распространенные признаки неисправности прокладок и что они показывают

Опытные инженеры по техническому обслуживанию учатся читать снятую прокладку так же, как врач читает рентгеновский снимок: характер неисправностей показывает механизм. Следующие признаки неисправности являются наиболее диагностически ценными наблюдениями, которые следует документировать во время физического осмотра.

Переворот на внешнем крае

Когда обнаруживается, что внешний край прокладки перекатился на посадочную поверхность, это указывает на то, что размер прокладки слишком мал для отверстия или что чрезмерная нагрузка на болт привела к выдавливанию прокладки наружу. В мягких прокладках, особенно в резиновых или волокнистых листовых материалах, сильное переворачивание может привести к воздействию технологической жидкости на отверстие и вызвать химическое воздействие на сам корпус прокладки.

Впечатление от центра

Впечатление, показывающее, что прокладка не была отцентрирована на поверхности фланца во время установки, является одной из наиболее распространенных (и наиболее предотвратимых) причин утечек в новых установках. Прокладка, установленная даже на 2–3 мм со смещением от центра фланца с выступающей поверхностью, может иметь недостаточную ширину посадки с одной стороны, создавая зону низкого напряжения, через которую может выходить технологическая жидкость. Особенно проблематично это с кольцевые прокладки в конфигурациях с ограниченными канавками.

Равномерное тонкое сжатие без путей утечки

Если прокладка демонстрирует равномерное сжатие по всей ширине посадки без видимого пути утечки, проблема может быть вовсе не в прокладке — это может быть тонкая трещина на корпусе фланца, дефектный сварной шов или отверстие для болта, которое слегка смещено, что позволяет одной стороне соединения раскрыться под давлением. В этих случаях замена прокладки без фиксации фланца не устранит утечку.

Химическая деградация и набухание

Прокладка, поверхность которой вздута, меняет цвет, размягчается или крошится при снятии, подверглась химическому воздействию технологической жидкости. Это явный сигнал о том, что материал прокладки несовместим со средой — возможно, он содержит чистящее средство или добавку, которые не были учтены при первоначальном выборе. Замена должна производиться при полном знании всех химических воздействий, а не только первичной технологической жидкости.

Окружное растрескивание

Окружные трещины в металлической прокладке — особенно в RTJ прокладки или спирально-навитые типы — часто возникают из-за чрезмерной нагрузки на болты, термической усталости от интенсивной езды на велосипеде или коррозионного растрескивания под напряжением, когда металл прокладки и технологическая жидкость несовместимы. Например, в навитых прокладках из нержавеющей стали, подвергающихся воздействию хлоридсодержащих сред, может развиться коррозионное растрескивание даже при нормальных рабочих нагрузках.

Радарная диаграмма ясно визуализирует компромисс между этими двумя типами прокладок. Спирально-навитые прокладки предлагают более сбалансированный профиль производительности — их легче устанавливать, они выдерживают более широкий диапазон нагрузок на болты и обеспечивают высокую химическую стойкость. RTJ прокладки превосходно выдерживают экстремальное давление и температуру, но их требования к точности установки и высокие требования к нагрузке на болты делают их пригодными только для фланцевых соединений соответствующей конструкции. Выбор неправильного типа для любого набора условий является основной причиной повторяющихся утечек.

Управление нагрузкой на болты: наиболее важная переменная в предотвращении утечек

Неправильная или неравномерная нагрузка на болты является основной причиной утечек прокладок во фланцевых соединениях, что, по оценкам, является причиной 35% отказов в промышленных системах. Даже идеально подобранная прокладка будет протекать, если нагрузка на болты прикладывается неравномерно, в неправильной последовательности или если с учетом конструкции фланца достижима недостаточная нагрузка.

Ключевые принципы управления нагрузкой на болты включают в себя:

• Используйте последовательность перекрестных болтов (звездный узор), а не круговая последовательность. Круговая схема затяжки создает неравномерное сжатие прокладки, что оставляет зоны с низким напряжением на противоположной стороне.
• Применяйте нагрузку за несколько проходов. Лучшая отраслевая практика — это три-четыре последовательных прохода с 30%, 60%, 80%, а затем 100% заданного крутящего момента, за которыми следует последний проход на 360°, чтобы убедиться, что ни один болт не ослаб.
• Учитывайте разброс крутящего момента. Стандартные динамометрические ключи имеют точность ±20–25%. В критических случаях уплотнения гидравлические натяжители болтов или ультразвуковые измерения болтов обеспечивают значительно более точное и стабильное приложение нагрузки.
• Используйте калиброванные крепления. Корродированные, растянутые или неправильно смазанные болты не передадут предполагаемую нагрузку на прокладку. Всегда заменяйте болты, на которых имеются признаки деформации или коррозии.
• Проверьте коэффициент гайки (фактор K). Соотношение между приложенным крутящим моментом и развиваемой нагрузкой на болт зависит от коэффициента гайки, который зависит от материала крепежа, покрытия и смазки. Использование неправильного коэффициента K при расчете крутящего момента может привести к значительной недогрузке или перегрузке прокладки.

Приведенная выше линейная диаграмма иллюстрирует закономерность, наблюдаемую в исследованиях долгосрочного мониторинга нагрузки на болты: фланцевые соединения, собранные с правильной многопроходной затяжкой, сохраняют более 85 % первоначальной нагрузки болта после двух лет эксплуатации, в то время как соединения, собранные с помощью одного крутящего момента или неравномерной нагрузки, могут потерять более 60 % нагрузки болта в течение первых 12 месяцев. Эта потеря нагрузки открывает пути утечки даже в тех соединениях, в которых утечка не наблюдалась сразу после установки — явление, которое иногда называют «замедленной утечкой». Профилактические проверки болтов каждые 6 месяцев. для критически важных соединений, работающих в условиях высоких циклов или высоких температур, считаются передовой практикой.

Особые случаи: фланцы, которые по своей природе склонны к низкой нагрузке на прокладку

Определенные типы и материалы фланцев конструктивно ограничены по сжимающей нагрузке, которую они могут воздействовать на прокладку. Заранее распознать такие ситуации важно для выбора типа прокладки, которая действительно будет работать в доступном диапазоне нагрузок, а не для выбора стандартной прокладки, которая никогда не достигнет достаточного напряжения посадки.

К наиболее проблемным категориям фланцев с низкой нагрузкой, с которыми сталкиваются при промышленном обслуживании, относятся:

• Плоские чугунные фланцы — обычно встречается на клапанах, насосах и старой инфраструктуре. Полнолицевая прокладка, необходимая для этих фланцев, распределяет нагрузку на болты по гораздо большей площади, что приводит к меньшему сжимающему напряжению на единицу площади по сравнению с прокладкой с выступающей поверхностью.
• Фланцы оборудования эмалированные — стеклянная футеровка сильно ограничивает нагрузку на болты, которую можно приложить без риска растрескивания футеровки, что требует использования мягких прокладок с низкой нагрузкой, таких как резиновый лист или конверты из ПТФЭ.
• Неметаллические фланцы из стеклопластика, ПВХ, ХПВХ и ПЭВП. - эти материалы имеют значительно меньшую структурную жесткость и прочность, чем сталь, и будут прогибаться или трескаться под нагрузками, соответствующими стандартным промышленная прокладкаs . Требуются специальные прокладки для малой нагрузки.
• Фланцы стальные угловые катаные — эти фланцы, используемые в воздуховодах, вакуумных сосудах и технологических резервуарах большого диаметра, имеют неравномерную и относительно низкую жесткость, что затрудняет достижение равномерного сжатия прокладки.
• Фланцы большого диаметра - по мере увеличения диаметра фланца окружность болта становится больше, а площадь контакта прокладки увеличивается, но достижимая нагрузка на болт на единицу площади часто уменьшается, если не добавлены дополнительные отверстия для болтов или не используются болты большего диаметра.

Для всех этих случаев гофрированные металлические прокладки представляют собой технически обоснованный путь модернизации: их гофрированный профиль обеспечивает эффективное уплотнение при меньших сжимающих нагрузках, чем спиральнонавитые или плоские листовые материалы, сохраняя при этом химическую и температурную стойкость металлического уплотнительного элемента. Каммпрофильные прокладки — с механически обработанным зубчатым металлическим сердечником и мягким облицовочным слоем — также сочетает в себе низкие требования к посадочному напряжению и высокую устойчивость к выбросам.

О компании Нинбо Рилсон Уплотнительный Материал Лтд.

Основанная в 2007 году со штаб-квартирой в Нинбо, провинция Чжэцзян, Ningbo Rilson Sealing Material Co., Ltd. является профессиональным поставщиком уплотнительных материалов и управляет производственным комплексом площадью 20 000 квадратных метров, занимающимся разработкой и производством высокоэффективных систем жидкостного уплотнения. Компания имеет сертификат системы менеджмента качества ISO9001:2015 и сертификат API 6A, что отражает ее приверженность инженерной точности и надежности продукции.

Основной портфель продуктов Rilson включает в себя спирально-навитые прокладки , кольцевые прокладки , прокладки кампрофиля, гофрированные металлические прокладки, комплекты изоляционных прокладок и безасбестовые прокладки — охватывают весь спектр требований к уплотнениям в нефтяной, химической, энергетической, судостроительной и машиностроительной отраслях. Имея клиентов на разных континентах и ​​имея более чем 15-летний опыт работы, компания Rilson позиционируется как надежный партнер для инженеров и специалистов по закупкам, которым требуются последовательные, сертифицированные решения в области уплотнений.

Руководствуясь принципами честности, точности, инноваций и взаимного успеха, постоянная цель компании — стать предпочтительным брендом в мире. промышленная прокладкаs рынке, обеспечивая как удовлетворенность клиентов, так и надежную работу уплотнений в самых требовательных технологических средах.

Часто задаваемые вопросы

Ссылка: Мэтт Тоунс и Дэйв Берджесс, «Как устранить утечку прокладки», Управление потоком , сентябрь 2016 г. Содержимое адаптировано и расширено с учетом текущей инженерной практики.