《LNG运输中法兰垫片穿孔泄漏研究文献综述》3700字

LNG运输中法兰垫片穿孔泄漏研究文献综述目录TOC\o"1-2"\h\u24866LNG运输中法兰垫片穿孔泄漏研究文献综述 112984一、法兰连接简介 115061（一）法兰形式 231953（二）法兰密封面形式 329976二、法兰垫片类型与失效形式 410754三、LNG管道及设备相关研究 526810四、法兰垫片穿孔泄漏相关研究现状 612319五、结语 615223参考文献 7摘要：LNG是一种低温易燃易爆介质，使用中存在危险。LNG一旦泄漏，一方面由于LNG的可燃性，很容易引起火灾甚至爆炸；另一方面，低温LNG也会对人体造成伤害。导致设备损坏。LNG管道是LNG加气站的重要设备，其结构强度和密封性能对加气站的安全高效运行有着重要影响。设计施工中要注意的重要问题，基于此背景本文以LNG船船气相加注管道连接法兰垫片穿孔泄漏为主题进行研究综述，以期对于丰富相关主题的理论和实践探讨有所裨益。关键词：LNG；法兰垫片；泄漏；安全一、法兰连接简介容器和管道有许多可拆卸的密封连接，如螺纹连接、承插连接和法兰连接。其中法兰连接结构简单，拆卸方便，是工业上最常用的连接方式。法兰连接结构主要由法兰、螺栓和垫片组成。它依靠螺栓的预紧力将设备或管道两端法兰环连接起来，同时压紧垫片密封连接。法兰连接是“螺栓垫片法兰密封系统”的总称，具有拆卸方便、强度高、密封性能好等特点。法兰接头在使用过程中必须满足强度和泄漏率的要求，并保证拆卸方便、经济成本低、互换性好。螺栓法兰连接由法兰、垫圈、螺栓和螺母组成，如下图所示。一般情况下，垫片材料的硬度应小于法兰的硬度。工作时，垫圈由螺栓的压力制成。通过压缩变形，填补法兰压缩面上的不均匀间隙，防止流体泄漏，实现密封JB/T1472-94.泵用机械密封.北京∶机械工业部，1995.JB/T1472-94.泵用机械密封.北京∶机械工业部，1995.图1法兰连接结构（一）法兰形式法兰连接的影响因素很多，将法兰可按一下方式分类：(1）按工作介质的压力划分可分为外压法兰和内压法兰。(2）按法兰盘形状划分主要可分为圆形，方形和椭圆形。选用法兰的形状主要取决于被连接件的形状。图2不同形状的法兰(3）按法兰盘的整体性程度划分可分为松式法兰、整体法兰以及任意式法兰，结构分别如图1-3(a)、(b)、(c）所示。图3法兰的结构形式松式法兰又称法兰活套，法兰不是容器或管道的有效部分，也不具有与整体连接相同的结构强度。整体法兰是将法兰和法兰颈有效地连接到容器或管道上的结构。任意法兰是介于整体法兰和松散法兰之间的一种法兰[1]。有的接近松套法兰，有的接近整体法兰。(4）按法兰接触面宽窄划分窄面法兰：垫片的接触面是位于法兰螺栓孔包围的圆周范围之内。宽面法兰：垫片的接触面是分布于法兰螺栓中心圆的内外两侧。（二）法兰密封面形式法兰密封面形式主要有平面、突面、凹凸面、榫槽面及梯形槽面，结构分别如下图（a)(b)、(c)、(d)、(e）所示。平面型密封面是一个光滑的平面，有时可有2-4道同心圆小沟槽。这种密封需要一个大的螺旋形力量，密封能力薄弱，在压力低、条件无毒的情况下可以使用。在低压的情况下，可使用旋转式外壳，通常在一个单一中心的三角外壳上加盖密封盖，以使脚注更容易变形，并防止外。可疑的外壳可由架子和垫床使用，可在高压情况下使用。这种秘密封面的优点是，封条可以易于使用，不容易从内部释放，封条也更好。这种锁盖与锁和一个小组一起使用，盖面较窄，需要较少的螺栓才能满足关闭要求。在压力过大、封条很紧的一些重要场合，可以使用。梯度外壳也是一种环，它使用外壳与双边形脚注或“垫圈”一起使用。封闭是通过与金属垫圈与脐带接触而实现的，在高压条件下，这是一种自闭、可靠的结构。图4法兰的密封面形式二、法兰垫片类型与失效形式通常流体在密封口处的泄漏方式主要有三种途径：界面泄漏、渗透泄漏、吹出泄漏，如下图所示。界面泄漏是流体沿垫片与法兰之间的间隙发生的泄漏，此种泄漏方式是泄漏发生的主要形式，占总泄漏量的80%到90%[2]。渗透泄漏指流体通过垫片材质本体毛细管的泄漏，主要与垫片的结构和材料性质有关，占总泄漏量的10%-20%。吹出泄漏有两种情况，一是由于各种原因，当减小到几乎全部夹紧垫片载荷等于接头端静压作用时，密封面会趋于分离，导致大量泄漏：另一个是密封面接触，但如果由于压缩负荷降低，流体的压力非常高，密封垫片的力学完整性很差，如果材料恶化在操作过程中，径向流体压力沿密封垫片将眼泪密封，造成大量流体在密封中泄漏的，属于意外泄漏[3]。图5垫片泄露形式垫片种类多种多样，按所用材料可分为金属，非金属以及半金属垫片；金属与金属接触垫片主要包括平垫片，“O”型环和八角形垫片等。垫片的常见形式是八角形垫片。八角形垫片密封是由上下法兰和安装在上下法兰槽面上的八角形垫片组成的一种强制密封形式。在受力作用下，沟槽的边缘与八边形垫片的斜面接触密封。垫圈倾斜23°，由金属制成[4]。具有结构简单、密封力小、径向自紧效果好、密封性能好等优点。适用于高温、高压和恶劣的环境中，非金属垫圈和金属涂层垫圈不能承受。对于化工设备及管道密封，其结构如下图所示。图6八角形垫片结构垫片常见的失效形式有垫片应力过大、压缩回弹不足、垫片材料劣化或腐蚀、垫片长度过长或凸出、垫片断裂、尺寸不正确；密封面不光滑，密封面损坏，密封面因污染或腐蚀也是造成失效的原因。如果出现故障，请根据实际情况分析原因，采取相应的纠正措施。三、LNG管道及设备相关研究随着低温技术的发展及能源结构调整，LNG在各个领域得到了更加广泛的应用。LNG管道及设备长期在低温环境下服役，面临恶劣工况，其运行安全受到较多关注。天津大学的李建志为大型LNG储罐开发了一个双维边界分析模型，并对正常工作条件下的三个储罐、内部管道泄漏和储罐附近的火灾进行了热结构分析。兰州应用科学大学的罗天龙分析了储罐预先制冷剂的不稳定温度传导情况、用于制冷预制冷剂的温度传输分析模型，并准备了预制冷剂的计算过程[5]。兰州理工大学的李连翠通过分析温度和爆炸流以模拟冷却过程，使其冻结，温度和压力分析是一个关键力场；吴若菲基于非线性接触理论，研究了来自受影响地区的环境中参与的压力和传播活动的良好温度分析。聂宇宏使用有限部件软件，在使用低温阀打开和关闭管道时，对低LNG低温阀进行了静态热分析，研究了影响填料电文温度的主要因素[6]。张晓亮LNG气体气瓶的价格渗漏是在稳态传导情况下使用边际元件法计算的，并指出，气瓶中的热渗漏率不同于不同的充装速率，这表明延长阶段越与直径越高，渗漏越少[7]。王长振利用管道应力分析软件CAESARⅡ对LNG船低温管路在不同工况下一次应力及二次应力进行了计算，发现较大应力出现在三通、弯头或固定支座处。四、法兰垫片穿孔泄漏相关研究现状Waters.E.O和Tayler.J.H在1927年共同发表了管法兰的强度，其后，Waters等人将研究扩展到整体法兰和活套法兰，并于1937年又发表了螺栓法兰连接中的应力公式，所有这些方法都基于弹性支架和平板曲线的理论，这一理论最终导致了asmi压力贮器规则中设计锅炉和法兰的准则，这是最初的water方法[8]。弗兰克·ASME-V-1设计方法的核心是m型和Y型，这两种因素决定了螺丝的结构完整性，rossheem和mark在1943年所作[9]。在拟定这些标准的过程中，采用了大约半个世纪的时间，即每一种类型和材料，每一种是单一固定的，只有一组，而不考虑液体密封、压力和温度的性质，而这种方法只基于在何种程度上坚持损害弗兰克特殊结构完整性的条件，以确保是否存在这种条件FukuokaT,TakakiT.FiniteElementSimulationofBolt-UpProcessofPipeFlangeConnections[J].JournalofPressureVesselTechnology,2001,123(3):282-287.。我国学者闫小叶根据m和y设计的螺栓预紧载荷通常过于保守，会产生过多裕量。由在设计理论缺陷的清单中，模块化不需要其性要求，同时密切响应性要求，不需要一种新的材料，也不需要一种简单的固定膀胱要求的重复膀胱，美国锅炉协会要求压力贮器重新评估FukuokaT,TakakiT.FiniteElementSimulationofBolt-UpProcessofPipeFlangeConnections[J].JournalofPressureVesselTechnology,2001,123(3):282-287.JohnH.Bickford.AnIntroductiontotheDesignandBehaviorofBoltedJoints.3rded.NewYork:MarcelDekker,1995.五、结语因为LNG具有易燃、易爆、低温等特点。大量的泄漏会导致一系列严重的后果。因此，在使用液化天然气时，应严格控制泄漏量。LNG管道作为LNG储存、运输和使用的重要介质，其结构完整性和密封性能是保证LNG高效、安全使用的重要前提，也是工程中需要注意的问题。以LNG船舶气相加注管道连接法兰垫片穿孔泄漏为研究对象，对影响其结构强度和密封性能的因素进行了分析，为LNG加气站的管线设计及安装提供建议，确保LNG加气站安全运行。参考文献[1]陆晓峰，沈轶.高温法兰密封接头的可靠性分析[J].压力容器，2007，24（9）;20-24.[2]程梅.高温法兰连接系统紧密性分析方法研究[D].南京∶南京工业大学，2001∶40-42.[3]顾伯勤，时黎霞，陆晓峰.不锈钢柔性石墨缠绕垫片的高温性能研究[J].石油机械，2000,28(2):13-16.[4]孙雷.高温大口径法兰密封设计方法研究[D].北京∶中国石油大学，2008∶38-41.[5]余国琮.化工容器及设备[M