Cơ chế niêm phong và lợi thế về hiệu suất của các miếng đệm chung hình khuyên trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao

1. Nền tảng ứng dụng công nghiệp của Vòng đệm chung

Các miếng đệm chung là các thành phần niêm phong quan trọng trong ngành dầu mỏ, nền tảng khoan và hệ thống đường ống áp suất cao, và được thiết kế cho điều kiện làm việc cực đoan. Trong các thiết bị sản xuất dầu khí, đường ống và container thường cần phải chịu áp lực trên 9,8MPa và nhiệt độ trên 700. Các miếng đệm phi kim loại truyền thống (như cao su hoặc amiăng) dễ bị creep, lão hóa hoặc ăn mòn hóa học, trong khi các miếng đệm khớp kim loại đã trở thành một lựa chọn đáng tin cậy trong môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao thông qua các nguyên tắc niêm phong tự chuẩn đơn độc đáo và thiết kế cấu trúc có độ chính xác cao.

2. Cơ chế niêm phong của các miếng đệm chung vòng

Biến dạng dẻo lấp đầy các khuyết tật vi mô của mặt bích

Lõi niêm phong của các miếng đệm khớp vòng nằm trong khả năng biến dạng dẻo của vật liệu kim loại. Khi các bu lông áp dụng một lực kẹp, miếng đệm (thường được làm bằng kim loại mềm như sắt tinh khiết, đồng hoặc thép mạ bạc) chảy bằng áp suất cao và xâm nhập vào độ không đồng đều của bề mặt niêm phong mặt bích, do đó ngăn chặn kênh rò rỉ. Phương pháp niêm phong "kim loại đến kim loại" này có khả năng chịu nhiệt độ cao và áp suất cao hơn các miếng đệm phi kim loại.

Giải pháp cho rò rỉ giao diện: Thông qua tải trước bu lông cao (thường hơn 70% cường độ năng suất vật liệu), đảm bảo rằng bề mặt tiếp xúc mặt bích và mặt bích được trang bị chặt chẽ để giảm rò rỉ giao diện do biến dạng hoặc rung động.

Ngăn ngừa rò rỉ thâm nhập: Các miếng đệm kim loại có cấu trúc không xốp, điều này tránh được vấn đề thâm nhập trung bình gây ra bởi các sợi lỏng lẻo trong các vật liệu phi kim loại.

Thiết kế tự thắt chặt giúp tăng cường độ tin cậy niêm phong

Một số miếng đệm hình khuyên áp dụng "nguyên tắc khu vực không được hỗ trợ" và sử dụng áp lực bên trong hệ thống để đẩy miếng đệm để tiếp tục nhấn bề mặt để tạo thành hiệu ứng tự chuẩn kích động. Thiết kế này cải thiện hiệu suất niêm phong khi áp suất tăng, đặc biệt là các đường ống dầu và khí với dao động áp lực thường xuyên.

3. Ưu điểm hiệu suất trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao

Khả năng chống lại vật chất đối với môi trường khắc nghiệt

Độ ổn định nhiệt độ cao: Các miếng đệm làm từ các hợp kim dựa trên niken (như GH4169) hoặc thép không gỉ (SUS316L) có thể duy trì cường độ trong phạm vi -200 đến 700 ℃ và nhiệt độ làm việc dài hạn có thể đạt 538 ℃ (tương ứng với tiêu chuẩn ASME B16.20).

Khả năng chống ăn mòn hóa học: mạ bạc hoặc niken có thể ngăn chặn sự ăn mòn từ hydro sunfua (H₂S) và môi trường axit, kéo dài tuổi thọ của miếng đệm.

Thiết kế cấu trúc và khả năng thích ứng mặt bích

Yêu cầu xử lý chính xác cao: miếng đệm khớp hình khuyên phải được khớp nghiêm ngặt với rãnh hình khuyên của mặt bích (như loại R hoặc loại RX) và dung sai phải được kiểm soát trong ± 0,05mm để đảm bảo hiệu ứng niêm phong ban đầu.

Tối ưu hóa cường độ mặt bích: So với các miếng đệm phẳng truyền thống, các miếng đệm hình khuyên yêu cầu tải trước bu lông thấp hơn, có thể làm giảm nguy cơ biến dạng mặt bích.

4. Cân nhắc chính trong các ứng dụng thực tế

• Điểm cài đặt và bảo trì

Quản lý mô -men xoắn: bu lông phải được thắt chặt theo các giai đoạn theo các tiêu chuẩn để tránh rò rỉ do căng thẳng không đồng đều.

Xử lý bề mặt: Độ nhám của bề mặt niêm phong mặt bích phải được kiểm soát ở mức 0,8 ~ 1,6μm (giá trị RA). Quá cao hoặc quá thấp sẽ ảnh hưởng đến việc niêm phong.

• Chế độ thất bại và giải pháp

Rò rỉ chu kỳ nhiệt: Thay đổi nhiệt độ đột ngột có thể khiến các bu lông nới lỏng và chúng cần được đặt lại sau khi tắt.

Độ cứng vật liệu: kim loại có thể trở nên giòn dưới nhiệt độ cao dài hạn, do đó nên thay thế nó thường xuyên (thường là cứ sau 3-5 năm).

5. So sánh với các miếng đệm truyền thống