《LNG運輸中法蘭墊片穿孔泄漏研究文獻綜述》3700字

LNG運輸中法蘭墊片穿孔泄漏研究文獻綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u24866LNG運輸中法蘭墊片穿孔泄漏研究文獻綜述 112984一、法蘭連接簡介 115061（一）法蘭形式 231953（二）法蘭密封面形式 329976二、法蘭墊片類型與失效形式 410754三、LNG管道及設(shè)備相關(guān)研究 526810四、法蘭墊片穿孔泄漏相關(guān)研究現(xiàn)狀 612319五、結(jié)語 615223參考文獻 7摘要：LNG是一種低溫易燃易爆介質(zhì)，使用中存在危險。LNG一旦泄漏，一方面由于LNG的可燃性，很容易引起火災(zāi)甚至爆炸；另一方面，低溫LNG也會對人體造成傷害。導(dǎo)致設(shè)備損壞。LNG管道是LNG加氣站的重要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)強度和密封性能對加氣站的安全高效運行有著重要影響。設(shè)計施工中要注意的重要問題，基于此背景本文以LNG船船氣相加注管道連接法蘭墊片穿孔泄漏為主題進行研究綜述，以期對于豐富相關(guān)主題的理論和實踐探討有所裨益。關(guān)鍵詞：LNG；法蘭墊片；泄漏；安全一、法蘭連接簡介容器和管道有許多可拆卸的密封連接，如螺紋連接、承插連接和法蘭連接。其中法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單，拆卸方便，是工業(yè)上最常用的連接方式。法蘭連接結(jié)構(gòu)主要由法蘭、螺栓和墊片組成。它依靠螺栓的預(yù)緊力將設(shè)備或管道兩端法蘭環(huán)連接起來，同時壓緊墊片密封連接。法蘭連接是“螺栓墊片法蘭密封系統(tǒng)”的總稱，具有拆卸方便、強度高、密封性能好等特點。法蘭接頭在使用過程中必須滿足強度和泄漏率的要求，并保證拆卸方便、經(jīng)濟成本低、互換性好。螺栓法蘭連接由法蘭、墊圈、螺栓和螺母組成，如下圖所示。一般情況下，墊片材料的硬度應(yīng)小于法蘭的硬度。工作時，墊圈由螺栓的壓力制成。通過壓縮變形，填補法蘭壓縮面上的不均勻間隙，防止流體泄漏，實現(xiàn)密封JB/T1472-94.泵用機械密封.北京∶機械工業(yè)部，1995.JB/T1472-94.泵用機械密封.北京∶機械工業(yè)部，1995.圖1法蘭連接結(jié)構(gòu)（一）法蘭形式法蘭連接的影響因素很多，將法蘭可按一下方式分類：(1）按工作介質(zhì)的壓力劃分可分為外壓法蘭和內(nèi)壓法蘭。(2）按法蘭盤形狀劃分主要可分為圓形，方形和橢圓形。選用法蘭的形狀主要取決于被連接件的形狀。圖2不同形狀的法蘭(3）按法蘭盤的整體性程度劃分可分為松式法蘭、整體法蘭以及任意式法蘭，結(jié)構(gòu)分別如圖1-3(a)、(b)、(c）所示。圖3法蘭的結(jié)構(gòu)形式松式法蘭又稱法蘭活套，法蘭不是容器或管道的有效部分，也不具有與整體連接相同的結(jié)構(gòu)強度。整體法蘭是將法蘭和法蘭頸有效地連接到容器或管道上的結(jié)構(gòu)。任意法蘭是介于整體法蘭和松散法蘭之間的一種法蘭[1]。有的接近松套法蘭，有的接近整體法蘭。(4）按法蘭接觸面寬窄劃分窄面法蘭：墊片的接觸面是位于法蘭螺栓孔包圍的圓周范圍之內(nèi)。寬面法蘭：墊片的接觸面是分布于法蘭螺栓中心圓的內(nèi)外兩側(cè)。（二）法蘭密封面形式法蘭密封面形式主要有平面、突面、凹凸面、榫槽面及梯形槽面，結(jié)構(gòu)分別如下圖（a)(b)、(c)、(d)、(e）所示。平面型密封面是一個光滑的平面，有時可有2-4道同心圓小溝槽。這種密封需要一個大的螺旋形力量，密封能力薄弱，在壓力低、條件無毒的情況下可以使用。在低壓的情況下，可使用旋轉(zhuǎn)式外殼，通常在一個單一中心的三角外殼上加蓋密封蓋，以使腳注更容易變形，并防止外。可疑的外殼可由架子和墊床使用，可在高壓情況下使用。這種秘密封面的優(yōu)點是，封條可以易于使用，不容易從內(nèi)部釋放，封條也更好。這種鎖蓋與鎖和一個小組一起使用，蓋面較窄，需要較少的螺栓才能滿足關(guān)閉要求。在壓力過大、封條很緊的一些重要場合，可以使用。梯度外殼也是一種環(huán)，它使用外殼與雙邊形腳注或“墊圈”一起使用。封閉是通過與金屬墊圈與臍帶接觸而實現(xiàn)的，在高壓條件下，這是一種自閉、可靠的結(jié)構(gòu)。圖4法蘭的密封面形式二、法蘭墊片類型與失效形式通常流體在密封口處的泄漏方式主要有三種途徑：界面泄漏、滲透泄漏、吹出泄漏，如下圖所示。界面泄漏是流體沿墊片與法蘭之間的間隙發(fā)生的泄漏，此種泄漏方式是泄漏發(fā)生的主要形式，占總泄漏量的80%到90%[2]。滲透泄漏指流體通過墊片材質(zhì)本體毛細管的泄漏，主要與墊片的結(jié)構(gòu)和材料性質(zhì)有關(guān)，占總泄漏量的10%-20%。吹出泄漏有兩種情況，一是由于各種原因，當減小到幾乎全部夾緊墊片載荷等于接頭端靜壓作用時，密封面會趨于分離，導(dǎo)致大量泄漏：另一個是密封面接觸，但如果由于壓縮負荷降低，流體的壓力非常高，密封墊片的力學(xué)完整性很差，如果材料惡化在操作過程中，徑向流體壓力沿密封墊片將眼淚密封，造成大量流體在密封中泄漏的，屬于意外泄漏[3]。圖5墊片泄露形式墊片種類多種多樣，按所用材料可分為金屬，非金屬以及半金屬墊片；金屬與金屬接觸墊片主要包括平墊片，“O”型環(huán)和八角形墊片等。墊片的常見形式是八角形墊片。八角形墊片密封是由上下法蘭和安裝在上下法蘭槽面上的八角形墊片組成的一種強制密封形式。在受力作用下，溝槽的邊緣與八邊形墊片的斜面接觸密封。墊圈傾斜23°，由金屬制成[4]。具有結(jié)構(gòu)簡單、密封力小、徑向自緊效果好、密封性能好等優(yōu)點。適用于高溫、高壓和惡劣的環(huán)境中，非金屬墊圈和金屬涂層墊圈不能承受。對于化工設(shè)備及管道密封，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖6八角形墊片結(jié)構(gòu)墊片常見的失效形式有墊片應(yīng)力過大、壓縮回彈不足、墊片材料劣化或腐蝕、墊片長度過長或凸出、墊片斷裂、尺寸不正確；密封面不光滑，密封面損壞，密封面因污染或腐蝕也是造成失效的原因。如果出現(xiàn)故障，請根據(jù)實際情況分析原因，采取相應(yīng)的糾正措施。三、LNG管道及設(shè)備相關(guān)研究隨著低溫技術(shù)的發(fā)展及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，LNG在各個領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用。LNG管道及設(shè)備長期在低溫環(huán)境下服役，面臨惡劣工況，其運行安全受到較多關(guān)注。天津大學(xué)的李建志為大型LNG儲罐開發(fā)了一個雙維邊界分析模型，并對正常工作條件下的三個儲罐、內(nèi)部管道泄漏和儲罐附近的火災(zāi)進行了熱結(jié)構(gòu)分析。蘭州應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的羅天龍分析了儲罐預(yù)先制冷劑的不穩(wěn)定溫度傳導(dǎo)情況、用于制冷預(yù)制冷劑的溫度傳輸分析模型，并準備了預(yù)制冷劑的計算過程[5]。蘭州理工大學(xué)的李連翠通過分析溫度和爆炸流以模擬冷卻過程，使其凍結(jié)，溫度和壓力分析是一個關(guān)鍵力場；吳若菲基于非線性接觸理論，研究了來自受影響地區(qū)的環(huán)境中參與的壓力和傳播活動的良好溫度分析。聶宇宏使用有限部件軟件，在使用低溫閥打開和關(guān)閉管道時，對低LNG低溫閥進行了靜態(tài)熱分析，研究了影響填料電文溫度的主要因素[6]。張曉亮LNG氣體氣瓶的價格滲漏是在穩(wěn)態(tài)傳導(dǎo)情況下使用邊際元件法計算的，并指出，氣瓶中的熱滲漏率不同于不同的充裝速率，這表明延長階段越與直徑越高，滲漏越少[7]。王長振利用管道應(yīng)力分析軟件CAESARⅡ?qū)NG船低溫管路在不同工況下一次應(yīng)力及二次應(yīng)力進行了計算，發(fā)現(xiàn)較大應(yīng)力出現(xiàn)在三通、彎頭或固定支座處。四、法蘭墊片穿孔泄漏相關(guān)研究現(xiàn)狀Waters.E.O和Tayler.J.H在1927年共同發(fā)表了管法蘭的強度，其后，Waters等人將研究擴展到整體法蘭和活套法蘭，并于1937年又發(fā)表了螺栓法蘭連接中的應(yīng)力公式，所有這些方法都基于彈性支架和平板曲線的理論，這一理論最終導(dǎo)致了asmi壓力貯器規(guī)則中設(shè)計鍋爐和法蘭的準則，這是最初的water方法[8]。弗蘭克·ASME-V-1設(shè)計方法的核心是m型和Y型，這兩種因素決定了螺絲的結(jié)構(gòu)完整性，rossheem和mark在1943年所作[9]。在擬定這些標準的過程中，采用了大約半個世紀的時間，即每一種類型和材料，每一種是單一固定的，只有一組，而不考慮液體密封、壓力和溫度的性質(zhì)，而這種方法只基于在何種程度上堅持損害弗蘭克特殊結(jié)構(gòu)完整性的條件，以確保是否存在這種條件FukuokaT,TakakiT.FiniteElementSimulationofBolt-UpProcessofPipeFlangeConnections[J].JournalofPressureVesselTechnology,2001,123(3):282-287.。我國學(xué)者閆小葉根據(jù)m和y設(shè)計的螺栓預(yù)緊載荷通常過于保守，會產(chǎn)生過多裕量。由在設(shè)計理論缺陷的清單中，模塊化不需要其性要求，同時密切響應(yīng)性要求，不需要一種新的材料，也不需要一種簡單的固定膀胱要求的重復(fù)膀胱，美國鍋爐協(xié)會要求壓力貯器重新評估FukuokaT,TakakiT.FiniteElementSimulationofBolt-UpProcessofPipeFlangeConnections[J].JournalofPressureVesselTechnology,2001,123(3):282-287.JohnH.Bickford.AnIntroductiontotheDesignandBehaviorofBoltedJoints.3rded.NewYork:MarcelDekker,1995.五、結(jié)語因為LNG具有易燃、易爆、低溫等特點。大量的泄漏會導(dǎo)致一系列嚴重的后果。因此，在使用液化天然氣時，應(yīng)嚴格控制泄漏量。LNG管道作為LNG儲存、運輸和使用的重要介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)完整性和密封性能是保證LNG高效、安全使用的重要前提，也是工程中需要注意的問題。以LNG船舶氣相加注管道連接法蘭墊片穿孔泄漏為研究對象，對影響其結(jié)構(gòu)強度和密封性能的因素進行了分析，為LNG加氣站的管線設(shè)計及安裝提供建議，確保LNG加氣站安全運行。參考文獻[1]陸曉峰，沈軼.高溫法蘭密封接頭的可靠性分析[J].壓力容器，2007，24（9）;20-24.[2]程梅.高溫法蘭連接系統(tǒng)緊密性分析方法研究[D].南京∶南京工業(yè)大學(xué)，2001∶40-42.[3]顧伯勤，時黎霞，陸曉峰.不銹鋼柔性石墨纏繞墊片的高溫性能研究[J].石油機械，2000,28(2):13-16.[4]孫雷.高溫大口徑法蘭密封設(shè)計方法研究[D].北京∶中國石油大學(xué)，2008∶38-41.[5]余國琮.化工容器及設(shè)備[M