Способ герметизации фланцевых соединений трубопроводных систем

 

Изобретение позволяет повысить надежность и предотвратить разгерметизацию в процессе эксплуатации фланцевых соединений трубопроводных систем за счет снижения релаксации напряжений и сокращения времени достижения стабильного состояния момента затяжки. Начальную затяжку крепежных болтов проводят до момента , превышающего рабочий на 25-30%, и превышают предел текучести материала уплотнительной прокладки в 3,5-4,5 раза. В период получения наибольшей пластической деформации прокладки проводят многократное подгружение прокладки путем последовательной подзатяжки противоположных крепежных болтов до начального момента с интервалами между подзатяжками 1-2 ч, Затем проводят выдержку соединения в период протекания наибольшей деформации во фланцевых и остальных элементах соединения в пределах до двух суток . Нагружают эти элементы подзатяжкой болтов до начального момента с интервалом 1-2 ч до достижения стабильного состояния момента затяжки на первоначальном уровне . 1 з. п. ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (53)5 F 161 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Э фь. ) 0

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4851269/29 (22) 03.05.90 (46) 07.04.92. Бюл. hL 13 (71) Конструкторское бюро "Южное" (72) В. Г. Данченко (53) 621.643(088.8) (56) беляев Н. М. Сопротивление материалов. — М.; Изд-во физико-матем. литературы, 1959, с. 798. (54) СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБОПРОВОДНЫХ

СИСТЕМ (57) Изобретение позволяет повысить надежность и предотвратить разгерметизацию в процессе эксплуатации фланцевых соединений трубопроводных систем за счет снижения релаксации напряжений и сокращения времени достижения стабильного состояния момента затяжки. Начальную

Изобретение относится к машиностроению и касается способов герметизации фланцевых соединений трубопроводов, Целью изобретения является повышение надежности за счет предотвращения разгерметизации трубопроводных фланцевых соединений в процессе эксплуатации благодаря уменьшению в них релаксации напряжений и сокращению времени достижения стабильного состояния момента затяжки.

На фиг. 1 показаны зависимости снижения момента затяжки типового соединения изделия с внутреннь м диаметром 125 мм после сборки соединения (кривые 1, 2 и 3) и после его эксплуатации (кривые 1, 2 и 3) при нормальных температурных условиях; на

„„ Д2„„1724999 А1 затяжку крепежных болтов проводят до момента, превышающего рабочий на 25 — 30%, и превышают предел текучести материала уплотнительной прокладки в 3,5-4,5 раза. В период получения наибольшей пластической деформации прокладки проводят многократное подгружение прокладки путем последовательной подзатяжки противоположных крепежных болтов до начального момента с интервалами между подзатяжками 1-2 ч. Затем проводят выдержку соединения в период протекания наибольшей деформации во фланцевых и остальных элементах соединения в пределах до двух суток. Нагружают эти элементы подзатяжкой болтов до начального момента с интервалом1-2 ч до достижения стабильного состояния момента затяжки на первоначальном уров- д не. 1 з. и. ф-лы, 2 ил. фиг. 2 — изменение момента затяжки соединения после 2-кратного охлаждения до температуры — (120-180) С и проведения подзатягивания крепежных болтов (кривая 4).

При сборке соединений затяжку крепежных болтов проводят до начального момента Мкад, (фиг. 1) превышающего рабочий

МРаб на величину его возможного (наибольшего) падения при эксплуатации в пределах

25-30%, достигая прй этом напряжения на уплотнительной прокладке 3,5 — 4,5 предела ее текучести (o >.np ).

После затяжки до начального момента

Мнач. в течение периода протекания наибольшей пластической деформации в прокладке (6 — 8 ч) проводят 3 — 4-кратное подгружение прокладки путем крестообраз1724999. ной подзатяжки крепежных болтов до начального момента М ач. с интервалами между подзатяжками 1 — 2 ч.

После данной операции проводят выдержку соединения в течение периода про- 5 текания наибольшей пластической деформации во фланцах и остальных элементах соединения (стальные гайки, болта, шайбы) в пределах 1 — 2 сут для исчерпания в них пластической деформации. Затем под- 10 гружают эти элементы подзатяжкой болтов с интервалом между затяжками 1 — 2 ч до достижения стабильного (практически не меняющегося) состояния момента затяжки на и е рво начал ьном уровне. 15

В случае, если падение момента затяжки соединений в процессе эксплуатации превышает 30 (это имеет место в системах, работающих при циклическом воздействии криогенных сред, в частности 20 соединениях, выполненных из нержавеющих сталей типа Х18НТ10Т, обладающих низкими релаксационными свойствами) перед подзатяжками болтов проводят 1 — 2кратное захолаживание соединения до 25 температуры — (120 — 180) С (с последующим обогревом) путем прокачивания по опоясывающему соединению трубчатому коллектору хладагента, например жидкого азота.

Указанная операция позволяет более 30 полно исчерпать пластическую деформацию в элементах соединения и стабилизировать структуру металла, сделав ее более устойчивой к релаксации напряжений.

Пример. Экспериментальные иссле- 35 дования изменения момента затяжки в процессе временной выдержки проведены на всех типах и типоразмерах фланцевых соединений изделий.

Затяжка соединений производилась с 40 уровнем напряжения в элементах соединения (при достижении потребного удельного давления на прокладке) 0,7 — 0,5 от предела текучести материала.

Одновременно проводилась оценка 45 снижения момента затяжки соединений после эксплуатации изделий.

Замеры момента после эксплуатации изделий (при нормальных температурных условиях) показали его снижение на 25- 50

30, а при 10-летней выдержке до эксплуатации это снижение достигало 20 — 25, Исходя из величины падения момента при эксплуатации и выбрано его превыше- 55 ние на 25 — 30 Д, позволяющее обеспечить эксплуатацию изделия при моменте не ниже рабочего (Мрдб),при этом напряжение на уплотнительной прокладке для обеспечения герметичности должно достигать значения 3,5 — 4,5 предела ее текучести сй-.

Выбор укаэанного значения напряжения на прокладке (3,5 — 4,5) оТ обеспечивает пластическое течение прокладки в стесненных условиях затвора с полным заполнением микрошероховатостей и тем самым созданием высокой герметичности. Здесь большие значения напряжения устанавливают для соединений малой жесткости, как правило, диаметров от 100 мм и более, При увеличении момента Мр б, более чем на 30 интенсивнее возрастает и пластическая деформация в элементах соединения, не принося существенного выигрыша по остаточному (после эксплуатации) моменту затяжки (Мост).

При экспериментах с прокладкой и беэ нее установлено, что после начальной затяжки существует промежуток в течение 6-8 часов наиболее интенсивного момента за счет ползучести материала прокладки. Если в этот период произвести 3 — 4-кратное подгружение (деформацию) прокладки подзатяжкой болтов, то пластическая деформация в ней значительно уменьшается. Для большего снижения пластической деформации в прокладке подзатяжку болтов проводят до величины начального (наибольшего) момента(Мнач) и при этом делают перерывы между подзатяжками 1 — 2 ч. Это объясняется тем, что при больших нагрузках и промежутках времени выдержки происходит и более полное исчерпывание пластической деформации в .материале. При выдержке при экспериментах менее 1 ч снижение момента было недостаточным, После всестороннего и многократного обжатия прокладки она приобретает характеристики ползучести, близкие к остальным элементам соеди н ения (флан цам, гайкам, шайбам, болтам), Снижение момента за счет пластической деформации в материале этих элементов, имеющих более высокий предел текучести, наступает позже, чем за счет алюминиевой (медной) прокладки и процесс снижения длится больше (до 10 сут.). Однако наиболее интенсивно момент снижается в течение первых 2 сут, в пределах которых и проводится выдержка соединения перед подзатяжками для исчерпания в элементах пластической деформации. Наличие двух выделенных этапов протекания, пластической деформации в соединении объясняется тем, что в стальных деталях, имеющих значительно больший предел текучести, чем у прокладки, накопление пластической деформации начинается только после исчерпания большей части пластической

1724999 деформации в прокладке и приобретения его свойств ползучести, сравнимых со стальными деталями. Причем и стальные детали, в свою очередь, являются неодинаково нагруженными и процесс текучести 5 менее нагруженного элемента (или более прочного) начинается после снижения части пластической деформации в более нагруженной (менее прочной) детали соединения. 10

Стабильное состояние момента,-на окончательном этапе затяжки (до значения

M»<) достигается, как правило, уже после

2 — 5 подзатягиваний болтов с интервалом между затяжками 1 — 2 ч. 15

Эксперименты показали, что соединения, подвергаемые многократному погружению болтами после временной выдержки сохраняют практически неизменным мо-. мент затяжки в процессе эксплуатации при 20 нормальных температурных условиях.

Если соединения эксплуатируются при криогенных условиях, то в ряде соединений за счет значительного градиента температур падение моментов достигало 35-50 . 25

Причем проводимое подзатягивание болтов по предложенной методике уменьшается, но не устраняет требуемого уровня падения момента. Эффективным способом стабилизации момента является предварительное

30 (до эксплуатации) захолаживание соединения до температуры — (120-180) C в сочетании с подзатягиванием болтов после нагрева соединения. Для захолаживания соединения на него устанавливают трубча35 тый коллектор в виде змеевика со штуцерами и теплоизолируют, К штуцерам подсоединяют трубопроводы для подвода (отвода) жидкого азота, сообщаемые с резервуарами. Жидкий азот вытесняется дав- 40 лением газа и прокачивается по змеевику, охлаждая соединение до -(120-180) С. Достаточно 1 — 2-кратного захолаживания и отогрева соединения для исчерпания пластической деформации в материале элемен- 45 тов и стабилизации (подготовки) соединения, при которой момент затяжки в процессе эксплуатации не снижается более значения Мр,в.

Изменения момента показаны при за- 50 тяжке до значений Ыраь. и Миазм. (увеличенного на 25-30 ) с проведением подзатягиваний болтов и без их подзатягивания. На кривой 3 вертикальными линиями показано подзатягивание болтов до момен- 55 та Мнзч. Кривые 1, и 2 и 3 характеризуют падение момента затяжки при эксплуатации соединения в зависимости от методики

его сборки (предыстории нагружения).

Из фиг. 1 следует, что производимое подзатягивание болтов является эффективным средством повышения остаточной силы затяжки при эксплуатации.

Изменения момента (фиг. 2) при эксплуатации характеризует кривая 4 и без подзатяжки 5 . Приведенная на фиг. 2 кривая показывает эффективность проводимого охлаждения, т. е. имитация температурных и механических нагрузок с приспособлением к тем условиям нагружения, которым соединение будет подвергаться при эксплуатации в составе изделия.

Формула изобретения

1. Способ герметизации фланцевых соединений трубопроводных систем, заключающийся в том, что после начальной затяжки болтов фланцевых соединений производят выдержку, после чего проводят подзатяжку болтов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и предотвращения разгерметизации в процессе эксплуатации путем снижения релаксации напряжений и сокращения времени достижения стабильного состояния момента затяжки, начальную затяжку крепежных болтов проводят до момента, превышающего рабочий на 2530, и превышают предел текучести материала уплотнительной прокладки в 3,5 — 4,5 раза, при этом в период получения наибольшей пластической деформации прокладки проводят многократное подгружение прокладки путем последовательной подзатяжки противоположных крепежных болтов до начального момента с интервалами между подзатяжками 1 — 2 ч, после чего проводят выдержку соединения в период протекания наибольшей пластической деформации во фланцах и остальных элементах соединения в пределах до двух суток и нагружают эти элементы подзатяжкой болтов до начального момента с интервалом 1 — 2 ч до достижения стабильного состояния момента затяжки на первоначальном уровне.

2. Способ по и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при работе с криогенными средами, при падении момента затяжки в процессе эксплуатации более 30, перед подзатяжкой болтов проводят 1 — 2-х кратное захолаживание соединения до температуры 120-180 С с последующим отогревом путем прокачивания по опоясывающему его трубчатому коллектору хладагента.

1724999

Составитель В. Краснопольский

Редактор Н. Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор М. Шароши

Заказ 1166 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101