對3.5MPa 邊界閥法蘭密封———柔性石墨金屬波齒復合墊片密封的泄漏進行了密封失效分析，并提出了改進方案，解決了墊片密封短期失效問題。

1、前言

　　某石化公司加氫裂化裝置蒸汽管道系統中，3.5MPa邊界閥法蘭部位采用了柔性石墨金屬波齒復合墊片密封，墊片規格為312×260×3mm。當蒸汽壓力從1.5MPa、溫度200℃上升至壓力3.2MPa、溫度260℃時，法蘭密封處發生蒸汽介質泄漏，導致密封短期失效，隨后2次更換了同批次墊片，該處均發生同樣狀態的蒸汽泄漏。為了避免類似事故發生，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)確定能否繼續使用該墊片，對柔性石墨金屬波齒復合墊密封失效原因進行調查分析，并對墊片的制造工藝進行改進。

2、密封失效情況及原因分析

2.1、系統工況

　　加氫裂化裝置是原料油在高溫高壓下與氫氣進行裂解反應的裝置。裝置中3.5MPa 蒸汽管道系統分支較多，在高溫狀態下，熱膨脹量大，常使管道受力不均，法蘭處受到的扭矩作用較大，尤其在溫度壓力頻繁波動情況下，管道法蘭因受力而易產生偏口、錯口，造成法蘭墊片密封的強度大。原法蘭也曾使用過軟鐵八角墊密封，但由于墊片補償性差，也常發生泄漏。本次裝置停工檢修后，法蘭采用了柔性石墨金屬波齒復合墊密封，但在裝置壓力溫度波動后仍發生了蒸汽泄漏。

2.2、墊片失效檢查

　　2.2.1、墊片表觀檢查

　　現場拆卸下來的墊片兩密封面破損嚴重，有的部位已失去柔性石墨材料的覆蓋，表面暴露出金屬波齒的齒尖，柔性石墨復合層已沿波谷弧線凹陷，內徑邊緣有多處鼓泡，并沿直徑方向向外沿伸。墊片的金屬波齒結構比較完整，沒發現被壓損的裂痕，內外徑尺寸經測量變化不大。

　　2.2.2、原墊片力學密封性能測試

　　按照GB/T19066.3-2003《柔性石墨金屬波齒復合墊片技術條件》的規定，參照GB/T12622-2008《管法蘭墊片壓縮率、回彈率的試驗方法》和GB/T12385-2008《管法蘭墊片密封性能試驗方法》對原工藝生產的同批墊片進行了壓縮回彈性能、密封性能測試。

　　(1) 原墊片壓縮回彈性能測試

　　原墊片壓縮回彈性能測試結果見表1。

表1 原合墊片壓縮回彈性能測試結果

　　由表1可以看出，墊片的壓縮率遠低于標準要求，表明墊片復合的石墨層較薄，降低了墊片可壓縮密封性能。

　　(2) 原墊片壓力循環密封性能試驗

　　按照現場工況條件，墊片預緊壓力35MPa，介質壓力：1.0MPa→4.5MPa→1.0MPa→4.5MPa→1.0MPa→4.5MPa→1.0MPa，進行壓力循環密封試驗，試驗結果如表2，圖1。

表2 原墊片最大密封泄漏率試驗結果(ml/s)

圖1 壓力循環對密封泄漏率的影響

　　表2、圖1表明，墊片在第一次壓力循環中，密封泄漏率勉強達到標準值一級，墊片表現了較弱的密封能力。第二、第三次壓力循環中，墊片密封力急劇下降，密封泄漏率快速上升，墊片已無法滿足密封要求。

2.3、失效原因分析

　　綜合分析裝置系統工況條件、失效墊片表觀情況及同批次墊片性能測試結果認為，造成3.5MPa 邊界閥法蘭密封失效的主要原因是: 墊片石墨復合層存在缺陷，降低了柔性石墨金屬波齒復合墊片可壓縮密封力，保證不了墊片的密封性能。

　　2.3.1、柔性石墨復合層厚度選配不合理

　　柔性石墨材料在墊片組合結構中起著柔彈可壓縮和密封作用。墊片表觀檢查結果說明，當墊片石墨復合層的厚度和密實度不足時，墊片承壓后，表面石墨層斷裂并下陷入金屬波齒波谷內，造成波齒尖突出石墨層而外露，失去密封作用，密封力下降，導致墊片密封失效。

　　2.3.2、柔性石墨復合層粘貼不牢

　　當石墨層與金屬波齒粘貼不牢時，蒸汽易從復合層的間隙中滲透泄漏。雖有波齒波谷的阻隔作用，在系統溫度、壓力的波動下，壓力蒸汽仍容易沿墊片內徑邊緣向外沿伸，導致蒸汽泄漏，墊片表面許多鼓泡就是由此產生的。