浅谈二段转化炉空气单向阀泄漏的原因分析及处理措施

浅谈二段转化炉空气单向阀泄漏的原因
分析及处理措施
摘要：本文对合成氨装置二段转化炉空气单向阀泄漏的原因分析并通过设计
制作分体环型和凹型组合式卡具以及采用在环型卡具上部攻丝，安装双头高强螺栓，下部与泄漏阀顶部焊接在一起，在凹型卡具与环型卡具之间用螺栓进行连接，垫片进行密封，使的两卡具之间形成密闭腔体，然后利用注胶孔注入密封剂的处
理措施，安全完成合成装置二段转化炉空气单向阀泄漏的在线封堵工作，消除装
置运行隐患。

关键词：高温空气环型和凹型卡具楔形密封环焊接带压堵漏
前言
2021年4月30日，宁夏石化公司化肥三厂合成装置转化工段二段转化炉顶
部空气单向阀发生泄漏，泄漏位置为阀体顶部自紧密封压盖处，单向阀规格参数，高温空气介质从单向阀顶部压盖间隙中向外大量喷出，发出刺耳的轰鸣声，情况
十分紧急，如不及时得到有效的处理，随着泄漏量的增大，将造成进入转化炉的
高温空气减少，H2/N2比失调，导致停车事故发生。

另外泄漏的单向阀在20多米
高的转化炉顶部，给堵漏工作带来很大的施工难度，经过多次对单向阀顶部预紧
螺栓进行紧固，效果不甚理想，通过对泄漏状况进行仔细观察分析，为了避免漏
点进一步扩大而影响二段转化炉的稳定运行，决定对泄漏的单向阀进行带压堵漏
处理。

1 单向阀泄漏原因分析
1.1 楔形密封环加工精度不高
该单向阀在管路系统中为中压焊接阀门，结构如图3所示，运行中利用楔形
密封环在内部压力的作用下产生变形与阀盖、阀体、压环相互作用形成密封腔体，
有效阻止了介质的向外泄漏，上个大修周期中，对楔形密封环进行检查、测绘及
更换，自紧密封阀门楔形密封环一般有硬密封和软密封两种，硬密封材质为金属
楔形环，软密封材质一般为复合石墨或聚四氟乙烯，楔形密封环锥度为一般为
30°-35°，根据压力大小及温度的高低，选择相应的材质，密封环与阀体配合
间隙一般为0-0.1mm,该阀门原出厂设计为复合石墨密封环，检修中密封环加工制
作时，若加工精度不高，导致楔形密封环锥度与阀盖锥度不能完全贴合，在运行
中发生泄漏。

1.2内部介质温度、压力大幅波动
生产操作工况不平稳，压力、温度发生大幅度波动，预紧螺栓产生热胀收缩，阀盖会因温度与压力的大幅度变化而产生上下移动，因密封环表面硬度应低于阀
盖密封层硬度，并且在外力作用下要有一定的塑性变形，当高温介质发生变化，
对密封环产生冲击、挤压及冲刷,
在长时间运行中对密封环产生一定的变形，频繁发生的生产工况波动造成
密封环与阀体间存在间隙，出现泄漏。

1.3阀门检修存在质量问题
阀门拆开检修时，楔形密封环在安装过程中未将密封面清理干净，可能存在
细小颗粒物杂质或检修过程中留有纵向的划痕，在长时间的运行中出现泄漏。

2处理措施
若采用常规设计盖帽式堵漏卡具，虽然加工制作简单，但焊接时由于高温气
流较大，影响焊接效果，会产生二次泄漏；因此根据实际情况设计组合式卡具，
在泄漏部位安装环状卡具与单向阀阀体焊接后，利用环型卡具端面的内螺纹，安
装8条高强双头螺栓，与顶部凹型卡具用螺栓与环型卡具连接，中间安装密封垫片，并将环型、凹型卡具密封面焊接，形成密闭高强度的空间，注入密封剂的堵
漏方案。

2.1堵漏卡具设计；
2.1.1现场测量
经现场实际测量，泄漏压盖法兰尺寸为φ250㎜，高度38㎜，预紧螺栓为
M20，螺杆外露长度30mm，阀体上端面为φ500㎜，因此制作卡具内部的高度必
须大于68㎜，否则组合卡具内部高度无法将泄漏部位的法兰盖、螺栓完全包裹住。

卡具内径尺寸大于270毫米（泄漏法兰外径250㎜），才能保证卡具安装到
泄漏位置并且保证做足够的空腔承载密封剂。

2.1.2 堵漏卡具壁厚计算
按照G150-2011《压力容器》所规定压力容器胎强度壁厚计算公式进行设计，卡具厚度S的计算公式如下；
S=+C
式中：P—卡具设计压力，取注入密封剂时可能达到的最大压力9MPa；D—胎
具的最大内径360㎜；σ—取材料在470℃的许用应力41；Ø—焊缝系数取0.9。

C值取0
计算得出：
S==mm
2.1.3 堵漏卡具图纸绘制及加工制作
由卡具壁厚计算可知环状卡具外径为460mm厚度40㎜(壁厚50mm)，在中心
位置到环状卡具200㎜距离，等分钻孔攻内螺纹M20*2.5牙距孔8个，深度30
㎜，用于M20*100双头螺栓的安装。

凹型卡具选用厚度60㎜钢板，外径440㎜，中心钻φ34㎜圆孔一个，用于
焊接1寸的高压闸阀，起到安装凹型夹具时排气和减压安全操作的目的，内部车
床加工深度为20㎜，包裹单向阀螺栓的作用，顶端距中心位置238㎜均匀钻M12
内螺纹通孔8个，用于安装注胶阀，距中心400㎜位置钻φ22的通孔8个，安
装在环卡具载丝上，与环状卡具组合成一个密闭空腔卡具。

2.1.4堵漏夹具所需材料统计
3 封堵实施步骤
3.1 将单向阀支撑环顶部预紧螺栓螺杆处理平齐
根据现场实际情况，单向阀支撑环顶部预紧螺栓螺杆外露出螺母的长度参次
不齐，最长为50mm,影响卡具的安装及密封剂的注入量，用气焊将螺杆割除到同
一高度并保证螺杆外露3扣螺纹，节约密封剂用量。

3.2环型卡具安装
用吊车把环型卡具吊装到阀盖端面上，环型卡具与阀盖之间形成10㎜间隙，缓冲泄漏高温空气，由于卡具与阀盖两接触面为光面且环状夹具自身重量20公斤，卡具稳稳的贴合在单向阀端面上，将环型卡具外侧与阀体焊接，为保证卡具
在注胶过程的强度及安全性，采用异种钢E309焊条进行焊接且确保焊接后焊肉
饱满，在环型夹具的端面安装8条高强载丝。

3.3凹型卡具安装
当环形夹具安装焊接就位后，安装相应规格的内外环密封垫，然后在吊车的
配合下，把焊接完排放阀门的凹型卡具安装到环型卡具上，确保排放阀处于全开
状态，避免安装时内腔憋压，给施工安全带来隐患。

3.4组合卡具紧固焊接
当凹型夹具安装到位后，紧固连接环型卡具与凹型卡具的载丝螺母，使环型
卡具、凹型卡具、阀体端面形成密封空间，卡具内的高温空气由排放阀和注胶阀
排出，为确保卡具的强度，将两卡具的环焊缝进行焊接且保证焊肉饱满。

3.5堵漏卡具注入密封剂
泄漏的介质为高温空气，选用石墨型耐高温密封剂，注入密封剂必须多次进行，按顺序由泄漏点最远处的注射点注入密封剂，然后逐步向泄漏点附近的注射
点转移，直到最后封堵；注射密封剂时严格按照带压堵漏操作规程执行，严禁野蛮操作，注胶压力小于9.0MPa；
3.6关闭排放阀
由于泄漏介质压力高，在焊接作业过程中采用此阀门进行泄压，确保焊接的顺利进行，一边注入密封剂，一边进行焊接，反复进行，直到所有焊缝焊接完毕密封效果良好，关闭此阀，堵漏工作结
束。

4 安全注意事项
（1）施工前编写带压堵漏作业方案及安全预案，办理作业许可票后方可进入检修现场，施工前，组织作业人员进行工作安全作业分析（JSA）。

（2）施工人员必须配戴头盔、高温防烫服、防烫手套等防护用品，确保人员作业安全。

（3）检查所搭设的脚手架必须稳固可靠，作业人员要系好安全带，配带工具包，严禁从高处往下扔东西。

（4）施工作业中必须要求属地安排监护人员做好监护并随时与技术人员、中控室进行联络，以防空压机压力波动造成工艺气倒流而发生事故。

（5）施工现场配置灭火器2台，临时氮气管及消防水管，以便紧急灭火使用。

（6）动火现场铺设防火布，用以接挡焊接过程产生的焊渣，施工结束后，由监护人对现场进行检查，确认无火种存在方可离开。

5.结语
本次利用组合式卡具对二段炉空气单向阀泄漏的封堵，从堵漏后的运行状况观察，效果良好，同时验证了该方案的提出及实施的可行性。

不仅消除了影响装置运行中存在的安全隐患，而且为今后封堵类似漏点积累了宝贵经验。

参考文献：
[1] 李金镇.带压堵漏技术在法兰密封中的应用[J].小氮肥，2004，（3）：21-22。