SEC衬胶管道法兰密封问题分析

张倩 叶碧锋

引言：螺栓拧紧力矩和法兰的平行度是法兰密封的重要因素。SEC系统管道经受长周期海水的冲刷腐蚀，工艺操作条件越来越苛刻，使得设备和管道法兰密封泄漏问题更加突出。本文针对海南昌江项目SEC系统衬胶管道的法兰安装出现的问题，进行分析总结。

前言

安全厂用水系统（SEC）既是冷却系统的一个重要部分，也是核岛与外界连接的第一个系统。SEC系统每个机组分AB两个系列设计，从位于PX泵房的CFI系统鼓形滤网滤后水，经PX泵房取水，经GA沟、核岛LX、NX厂房最终实现板式热交换器及其他安全相关构筑物、系统进行热量传递，排水则是通过NX厂房NEF区的SEC溢流井排入GS沟，然后由GS沟流至CC虹吸井，最终排入大海。

一、概述

海南昌江核电厂SEC系统主管线采用28”（外径711mm）碳钢钢管，并采用钢管衬胶或带阴极保护并涂防腐涂层的防海水腐蚀处理工艺。SEC系统一个机组每个系列在GA沟有313米管道布置设计，整个LX厂房管道有53.45米的管道布置。LX厂房接入NX厂房后至贝类捕集器入口的母管中有50米管道布置设计。考虑到SEC大管径的现场就位困难和便于后期因海水冲蚀进行管道更换以及后期防腐检查维护，核岛厂房管段连接采用法兰连接形式，部分连接处加入楔形垫块，用于调整管道长度偏差，补偿管道因热胀冷缩产生的变形。本文针对SEC系统衬胶管道法兰现场安装存在的问题进行论述。

二、现场案例描述

海南昌江核电现场SEC管段衬胶后进行法兰组对安装过程中发现，由于法兰两侧衬胶不规则，厚度不一致，尤其是法兰边缘衬胶层被延展，导致从衬胶法兰组对安装后的刚性面90°四点测量得到平行度最大值为2mm，而SEC管法兰的平行度理论值为0.3mm，和企标给定值不符。经核查法兰螺栓栓接记录，每个螺栓扭紧力矩值均在厂家给定的合格范围内。法兰是管道的重要部件，安装的要点就是必须保证法兰平行度和螺栓的拧紧力矩，确保法兰连接面的密封性良好。现场SEC系统由于冷试施工节点的要求，施工单位赶工期，在一号机组A系列SEC衬胶管道安装就位，水压试验已经完毕，施工单位才提出上述问题。对于普通工艺管道，我们可以通过切割焊口调整偏差，而衬胶管道的特殊工艺要求，所有的焊接都在衬胶之前完成，衬胶后不允许再对管道进行切割焊口调整偏差，是为了保护管道内部衬胶层不被破坏。衬胶工艺在秦山预制厂进行，如果通过焊口调整平行度偏差，那么需要现场拆卸、预安装后返回秦山重新衬胶，然后再重返昌江现场，造成人力，时间上的损失。随后我们了解到，0426等项目SEC衬胶管道也存在同样的问题。

三、技术分析

3.1 螺栓拧紧力矩对法兰密封的影响

法兰密封是通过螺栓的预紧力，使垫片和法兰密封面之间产生足够的压力，通过垫片表面产生的变形来填补法兰密封面的微观不平度，实现初始安装时密封的条件，达到不泄漏的目的。为达到密封所作用到垫片上的最小单位压紧力，称为比压力y。垫片的有效紧固力与管系的工作压力的比值称为垫片系数m。两片法兰密封面之间的距离在操作状态要比初始状态大，这时垫片与法兰密封面的紧密性是靠垫片的回弹力来保证的。综上所述在初始密封阶段，垫片的表面塑性变形填补法兰密封面的微观不平度起决定作用；而在操作状态下的法兰密封，垫片内部的弹性回复起主导作用。螺栓预紧力是影响法兰密封的一个重要因素，那么配合不同材质的垫片法兰螺栓的拧紧力矩是如何得到的，我们以海南昌江项目SEC系统1号机组A系列1SEC0009C-20” 管道BN.9N60.046.T03管段中一组DN500，150级凸面对焊法兰为例。

法兰等级为PN2.0MPa，公称直径DN500，设计温度48.2℃，螺栓材料42CrMo4。法兰用密封垫片材料为氯丁橡胶，垫片为IBC垫片，垫片外缘延伸至与螺栓相切。墊片接触宽度 =38mm；垫片接触面平均直径为546mm；设计压力P=2.0MPa，常温下螺栓材料的许用应力 =212MPa；法兰密封面型式为凸台面（RF）；设计温度下螺栓材料的许用应力为 =205MPa；螺栓公称直径 =30mm；螺栓个数n=20。经计算法兰每个螺栓所需的紧固力矩T值是418N.m，根据厂家提供，配用氯丁橡胶垫片的20”，150LB碳钢法兰，螺栓的拧紧力矩给定值是408N.m，安全系数K取值0.16∽0.2，参考值在367∽449 N.m；而一般石化行业按安全系数按0.11∽0.15取值，一般取0.13.

3.2 平行度对法兰密封的影响

安装的另一个要点就是必须保证法兰平行度，确保法兰连接面的密封性良好。法兰的平行度检查，在法兰的外缘，相距90°的四点处用塞尺或者游标卡尺检查法兰的平行度。法兰连接应与管道同心，保证螺栓自由穿入。在工业管道施工验收规范（GB50235）中，提到管道法兰间的平行度偏差不得大于法兰外径的千分之1.5，且不得大于2mm。而对于不同等级的设备连接法兰平行度则有更加严格的平行度偏差要求。安装过程中不得用强紧螺栓的方法消除平行度偏差。

3.3 解决方案

经上述分析，SEC系统管道已安装就位的衬胶管道组对法兰，通过四点测量硬面的平行度控制在2mm内，同时保证每个螺栓的扭紧力矩在10%范围内；未安装的衬胶管道法兰平行度控制在0.3mm，同时每个螺栓满足扭紧力矩值。

四、技术改进

工业装置设备和管道法兰密封问题，不仅涉及到节能和环境污染问题，更重要的是关系到设备的长周期安全运转。SEC系统长周期海水的冲刷腐蚀，工艺操作条件越来越苛刻，使得设备和管道法兰密封泄漏问题更加突出。有时为了解决密封问题，往往采用提高法兰等级的做法。其实为了比较合理的解决法兰密封泄漏问题，更应重视的是密封垫片的选型；其次，螺栓预紧力是影响法兰密封的一个重要因素，要达到良好的密封，预紧力必须均匀的作用于垫片，因此，当密封所需的预紧力一定时，采取减小螺栓直径，增加螺栓个数的措施，对密封也是有利的。

参考文献

[1]李新华.叶宝龙.国外管道法兰用密封垫片标准汇编.

[2]于浦义.张云鸠.石油化工钢制管法兰.SH3406-96.北京.

[3]ASME B16.5管道法兰和法兰管件.2003.

[4]GB150.1～GB150.4-2011.压力容器.

（作者单位：中国核电工程有限公司郑州分公司）