文 献 综 述

1.1前言

随着现代石油、化工、能源、深海和航天技术的飞速发展，装置的大型化和高参数化对静密封连接结构（即螺栓法兰连接系统）提出了愈来愈高的要求^[1]。静密封连接的可靠性直接关系到装置的安全运行和现场操作管理人员的生命安全。由于机械加工的结果,机械产品的表面必然存在各种缺陷以及形状和尺寸偏差。因此在机械零件的接触处不可避免地会产生微小的间隙，当存在压力差或浓度差时，工作介质就会通过间隙而泄漏。

在石化装置中，螺栓法兰连接是最普通的一种连接方式。在螺栓法兰连接系统中，预紧时，垫片的压缩性能是保证其表面与法兰面形成初始密封的基本条件；而在操作工况下,垫片的回弹性能是补偿密封面相对分离,保持垫片压紧应力的必要前提。复杂的工况要求垫片既有非常好的密封性能，又有非常好的回弹性，这是难以做到的,因为初始密封时垫片中有较大密封应力，在高温工况下，具有较大预应力的垫片受温度和介质压力的共同作用，将产生显著的蠕变和应力松弛，其压缩回弹性能明显下降；此外，垫片材料发生氧化或热分解，屈服强度降低，塑性变形量增大，必将导致垫片回弹性能下降。而且，在很多工况下，系统还会受到周期性的振动或冲击等。因此，新型复合垫片设计和优化方面的研究已成为流体密封研究领域中的一个重大课题^[2]。

1.2垫片密封机理

1.2.1密封基本概念

垫片密封是指容器、管道等的连接件和垫片组成的一种密封结构，它是静密封的主要形式。所谓连接的紧密性，应当是以操作条件下，垫片密封所能达到的最小泄漏率；或在规定的泄漏率指标下，垫片密封所能承受的最高操作条件如温度、压力等来衡量。通常表示为垫片的残余应力、操作压力、温度和泄漏率之间的关系。

美国压力容器研究委员会（PVRC）根据法兰接头的不同使用场合对泄漏提出了定量要求，提出了”法兰连接暂行紧密性判据”，以单位长度的质量泄漏率表示，划分了三个紧密度级别，其中把2#215;10^-3mg/s#215;mm定为标准级。而国内七十年代石油化工厂对设备和管道等静密封要求规定泄漏点在0.5#8240;以下。美国环保局1990年发布了”空气净化法”（Clean Air Act），对泵、阀门、法兰的密封制定了易挥发物泄漏量的限制规定，要求近年来分别达到lt;1000ppm、lt;500ppm、lt;500ppm^[3]，从而对静密封提出了更新的要求^[4]。垫片的泄漏情况分为三种：I型－法兰和垫片界面之间存在微小缝隙引起的泄漏；II型－垫片和法兰界面或垫片内部存在毛细孔，流体呈粘滞状态的泄漏；III型－流体沿垫片本体或界面向外渗透（扩散，分子流）形成的泄漏，即渗漏。

1.2.2影响密封性能的主要因素

从密封机理的角度，垫片的密封性能与介质粘度、压力、温度、垫片尺寸、密封面状态等诸多因素有关^[5,6]。但对同种材料，同一种介质工况，则考虑因素就可减少，其中预紧应力、表面不平度、密封面两侧压差是对密封性能起决定作用的三大要素。其相互关系为一定大小的预紧应力只能压平一定程度的不平度并形成封闭环和使封闭环上具有一定大小的反力，从而可以保持一定大小压差的密封性，如果预紧应力不变，不平度加大，则就不能形成封闭环，或即使形成封闭环，但由于封闭环上反力不足，无法密封原来的压差，除非预紧应力足够大，才能保证密封。