蒸汽管道法兰泄漏原因分析及对策

蒸汽管道法兰泄漏原因分析及对策
摘要：某些蒸汽管线呈现相对明显的泄漏状态，以至于减损了管道运行能够达
到的综合实效性。

企业针对上述泄漏风险有必要及时着手进行整改，以消除管道
泄漏问题。

关键词：蒸汽管道；法兰泄漏；原因；对策
1管道法兰泄漏的原理
受到高温作用给蒸汽管道带来的干扰与影响，法兰连接系统很可能将会表现
为突然失效的状态。

管道设备如果处在频繁性的温度波动或者压力波动状态下，
管道失效风险将会表现得尤其明显。

同时，蒸汽管道由于受到垫片失效或者螺栓
失效带来的影响，法兰连接系统也可能会丧失其应有的实效性。

例如，针对减温
减压系统的蒸汽管道，在具体在查看时，发现了相对较多的管道泄漏点。

对于泄
漏点再次予以精确的查看，通过观察可见泄漏点密封方式为缠绕垫片，因此很难
探明其中涉及到的泄漏规律性。

法兰泄漏呈现分散性的趋向，其中的泄漏点并非
集中于单一的位置上。

在整个管道装置的范围内，很多蒸汽法兰都出现了特定幅
度的法兰泄漏状态，其中包含DN350mm的法兰口径。

泄漏点一旦产生，则有可
能在较短的时间里迅速冲击法兰面，以至于很难全面消除泄漏影响。

如果运用注
胶包套的方式，内部的法兰密封面还可能沿着特定的路径出现再次泄漏。

此外，
蒸汽可能会沿着螺栓的特定位置出现泄漏，对此需要频繁进行补胶的处理。

2法兰泄漏的原因
2.1不同程度的螺栓受力
如果管道内部的螺栓处于不同状态中，那么与之相应的螺栓受力也会表现出
差异性，其中典型性的受力状态应当包含开车状态、安装状态和操作状态。

受到
上述影响，螺栓就可能呈现特定幅度的形态改变。

例如，受到内压力的显著影响，螺栓整体上就会呈现特定幅度的变形。

在这其中，关键性的系数应当包含刚性系
数与其他系数。

刚性系数代表的是法兰以及螺栓二者的刚度系数，此外还涉及到
螺栓本身的预紧力、操作荷载、螺栓的伸缩量、螺栓承受的外部拉力等。

如果要
降低处在正常工作状态中的螺栓的总载荷，应视情况来调整现有的法兰刚性系数。

这是因为螺栓刚度如果表现为相应的减小趋势，会增大其现有的柔韧度。

可见，
如果能杜绝较高的螺栓刚度，就有益于消除相对较大比例的螺栓荷载，尤其是涉
及到冲击荷载而言。

2.2温度应力对于螺栓的影响
蒸汽管道如果处在正常运转的状态下，那么其内部很有可能呈现升温的趋势。

受到热阻给整个管道带来的强烈影响，管道螺栓以及管道法兰将会表现为突显的
温度差异，而与之相应的管道膨胀总量也呈现了差异性。

这是因为，相比于螺栓，通常管道法兰能达到更加迅速的升温状态，温差荷载将会由此而产生。

法兰在无
法自由膨胀的状态下，其涉及到的温差荷载就会变得更大。

具体在运算线膨胀系
数时，应明确蒸汽管道当前现有的温差、管材的弹性模量、附加性的温差载荷、
螺栓的总面积及膨胀系数等要素。

分析可得，如果管道温差相对较高，则管道螺
栓与管道法兰就会呈现较大比例的温差载荷。

同时如果螺栓具有较大的截面积，
也可能显著影响到法兰泄漏。

通常，如果能够降低20%的温度应力，那么意味着
相应减少10%的螺栓直径。

可见，针对温差载荷如果要将其限制于特定幅度内，
则应当视情况减少现有的螺栓直径。

2.3预紧力给螺栓带来的影响
如果要安装管道螺栓，那么必须施加特定的外界作用力，以此来紧固整个螺
栓系统以及法兰系统。

因此应当将其视为预紧力。

但在较多情况下，外界施加于
螺栓的预紧力并非一概均匀，因此会增加其中附带的偏心荷载。

严重时，螺栓由
于承受了较高的外界预紧力，以至于表现为弯曲应力的附加现象。

究其根源，就
在于法兰面与螺母支撑面二者无法达到平行状态，或者技术人员对此运用了不适
当的紧固工艺。

3技术方案及应用分析
3.1专用高压卡具堵漏技术
此种卡具堵漏技术方案主要用于治理管道阀室旁通管道法兰连接部位的泄漏（图1）。

专用高压卡具堵漏技术方案的主要特点是能够在保留原有管道法兰结构的情
况下，实施快速堵漏或抢修。

但堵漏效果往往受两法兰外表面同心同轴度等影响，在对法兰连接面实施密封后，高压气体可能从法兰两侧的螺栓连接处再次泄漏。

3.2不停输开孔封堵技术
例如在西气东输管道111#线路阀室应用不停输开孔封堵技术，对旁通管道上DN356连接阀门的法兰垫片实施更换。

对全线线路截断阀气液联动执行机构的引
压管和阀室TEG小口径管道第一道连接法兰的阀门进行更换。

不停输开孔封堵技
术方案可以实现管道不停输更换垫片或法兰，解决法兰泄漏问题，但其需要动火
作业，经济成本高。

图1 法兰卡具堵漏工程应用实况
3.3复合材料修复技术
对连接法兰面间隙填充高强度堵漏密封材料，再用由高强度纤维与环氧粘结
剂组成的复合材料对法兰连接部位进行整体外包覆，待复合材料结构固化后，形
成一个高强度壳体结构，实现整体加固，达到预防法兰泄漏的目的。

为了验证使
用碳纤维复合材料进行法兰泄漏治理技术方案的实际效果，在某抢修中心，模拟
实际工况，组建一套专用试验系统，进行堵漏试验。

试验法兰外径630mm，管道外径360mm，试验前首先拆卸4～6个法兰螺帽，人为制造法兰密封面泄漏，然
后对法兰进行碳纤维复合材料堵漏加固处理，待复合材料养护固化后，进行耐压
密封试验。

结果表明：采用碳纤维复合材料进行管道法兰渗漏治理，管道系统连
接法兰在10MPa介质压力下，露天环境下稳压14d，堵漏区域无任何泄漏。

可见，该套技术方案对存在泄漏隐患的管道法兰泄漏治理非常有效。

由于该套技术方案
具有作业不动火、操作安全、成本费用低等特点，采用复合材料修复技术对西气
东输全线220多个线路阀室旁通管道DN356阀门连接法兰及各站场与干线连接的DN50和DN80管道法兰泄漏隐患进行治理，在确保管道安全平稳运行的同时，节约了大量维修费用。

复合材料修复对法兰结构具有一定的加固作用，可提高法兰
的抗轴向拉伸、弯曲能力，防止密封面泄漏情况进一步恶化。

但是对于已经出现
明显泄漏的高压（7MPa以上）法兰，治理效果不佳。

4结语
总之，对于管道螺栓而言，其应当能够承载特定限度的疲劳荷载以及静态荷载。

目前，化工企业更多关注了蒸汽管道性能优化的可行性举措，例如定扭矩紧
固设备的使用以及弹性垫片的安装，获得了较高层次的实效性。

在未来的具体实
践中，企业还需密切关注法兰泄漏的潜在隐患，针对螺栓的弹性结构应全面加以
优化与提升，确保其能够符合特定的疲劳强度以及其他性能指标。

参考文献
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[4]朱彬.蒸汽管道法兰泄漏原因分析及对策[J].建筑工程技术与设计,2018,(33).
作者简介
郑召辉（1970.6-），男，山东五莲人，毕业于南京动力高等专科学校，设计师，单位：潍坊开源工程技术有限公司，研究方向：热能动力工程。