摘 要 甲醇合成塔密封结构为焊环式无垫片焊接密封法兰唇焊结构。在制作、试车过程中，焊唇出现了泄漏。针对这一问题，进行了原因分析并采取了相应的措施，从而保证了唇焊密封结构的可靠性和设备的良好运行。
关键词 法兰 垫片 密封焊 焊唇 泄漏 甲醇合成塔
0 概述
某 “甲醇合成塔”设备中的容器法兰采用的是焊环式无垫片焊接密封法兰，其最外缘用密封焊密封，采用唇焊结构 （如图1所示），以最大限度地减少或杜绝法兰接头的泄漏。该甲醇合成塔在制造厂以合格产品出厂，但设备运到现场安装内件后在试压过程中却出现了漏点。为了解决这一问题，需要把制造过程中相关的影响因素做一分析，并提出相应的解决方法，以确保设备的正常运行。
1 法兰密封面泄漏的原因
该法兰属于非标准带颈对焊法兰，内径为2200 mm，设计压力为6.1 MPa，材质为15CrMoⅢ，焊环材质为 06Cr19Ni10。连接螺柱材质为35CrMoA，规格为M64，共56个。设备运到现场，安装完内件后先紧固螺栓、焊接焊唇，然后进行水压试验，结果发现有泄漏现象。经过分析可知，产生泄漏主要有以下几方面原因。
图1 唇焊结构
1.1 法兰螺栓的预紧力过大
在制造过程中，先要对设备进行组装，然后整体进行液压试验，这时焊唇已焊接完毕，设备螺栓也已拧紧。在这个过程中法兰上的螺栓很可能被过度拧紧，虽然能暂时保证设备的密封性能，但密封面很可能被挤压变形。设备运抵现场后，为了安装内件还要重新打开设备，并在安装内件后再重新打压试验。如果螺栓拧紧后松开，然后再次拧紧，这时密封面就可能不是完全平整的密封面，精度也很难保证。垫片在预紧状态下受到最大螺栓载荷作用，若压紧过度就会失去密封性能。密封垫片的预紧变形不但要求其在弹性范围内，而且还要求其在操作时仍然能确保一定的比压。如果预紧力过大，密封垫片就有可能发生永久性变形，从而失去密封性能，导致泄漏。该法兰密封面（焊环）也是如此。
1.2 密封垫片 （焊唇）之间的二次焊接不完全
设备在制造时，焊唇的焊接参数是参照表1选取的，采用了正确的焊接方法、合理的参数和合理的焊接速度，焊后水压试验也合格。设备运抵现场、内件安装完毕后，螺栓需要再次拧紧，密封垫片焊唇需要再次焊接，而且是用同样的焊接工艺参数施焊，最后再进行水压试验。但水压试验时密封面却出现了漏点，这说明焊唇的二次焊接有问题，不能满足密封焊的要求。焊唇在第一次焊接时已形成了热影响区，母材的组织和性能也都发生了相应的变化，再次焊接时不但热影响区会增大，而且热影响区的组织变化也是不均匀的，因此焊唇的焊接质量很难保证。
表1 焊唇的焊接参数
2 泄漏问题的常规解决对策
（1）法兰与密封垫片、上下垫片焊唇之间的焊接应严格遵守相关的技术要求和规定，按照合理的焊接工艺进行焊接，严格控制制造后的各项检测检验，保证各个环节的质量。
（2）由于该焊口属于角焊缝，尺寸有限，所以只能承受径向应力而不能承受轴向应力，只能承受剪应力而不能承受拉应力和弯曲应力。为保证焊唇的质量，法兰要有足够的强度和刚度，必须先拧紧螺栓后再进行焊唇的焊接。拧紧螺栓时应尽量对称操作，作用于每个螺栓的力矩应尽可能相等，在保证密封性能的前提下，不能过度拧紧螺栓，防止密封面及螺栓受到损坏而失效。
（3）焊唇的焊角尺寸能满足焊缝环向的连续性和密封性即可，不宜过大，以便于拆卸上下法兰时用砂轮磨掉焊口。法兰的拆卸次数越少越好，因为拆卸一次就得将焊口磨掉一次，焊接次数越多，焊唇的消耗就越大，最终将导致失效。
（4）为了不使焊接的热影响区太大，应提高唇焊结构的可焊性。焊唇的外边缘应尽可能薄，外伸量要足够大，以满足制造、安装和试车的需要。
3 结构的改进
针对唇焊结构二次焊接可能引起密封面泄漏的问题，经过专家讨论，对原结构进行了改进。
在密封面上加工出有合理间距和深度的内外两道凹槽，增加两道氟橡胶密封胶圈作为一次密封，如图2所示。这种密封在工作时，槽的锥面和垫片形成线接触或窄面接触，密封可靠，适用于温度、压力较高或有波动以及介质渗透性强的场合。另外，这种密封的唇焊结构在制造厂并不施焊，待制造厂水压试验合格、设备运到现场内件安装完毕后，才对该唇焊结构进行一次焊接。这样就避免了二次焊接，减少了焊接次数，从而避免了过大的热影响区对焊接接头性能的影响。
图2 改进的唇焊结构
这种改进结构从根本上避免了二次焊接对法兰密封性能的影响，且具有多道密封的功能。目前采用这种改进结构的设备运行状况良好，这就足以证明这一改进方法是可行的。
4 结语
上述改进的密封垫片的唇焊结构适用于大直径法兰，一般的法兰不必采用这种结构。这种焊接密封法兰唇焊结构虽然从根本上解决了大直径法兰的泄漏问题，但是其本身在制造、安装过程中也存在着较多的细节问题和难点问题，如果某一环节出现了差错导致法兰泄漏，损失将是巨大的，得不偿失。
