石油化工装置的设备和管道法兰密封问题, 不仅涉及到节能和环境污染问题, 更重要的是关系到装置的长周期安全运转。随着炼油化工工艺技术的进步,要求生产运转周期越来越长, 工艺操作条件越来越苛刻, 使得设备和管道的法兰泄漏问题更加突出, 近年来应用高温预紧碟簧技术在治理法兰密封泄漏方面取得了很好的效果。
根据统计，造成法兰密封泄漏的原因, 50% ～ 80%是由于螺栓预紧力下降导致密封的失效。一般地,螺栓原始施加的预紧力使螺栓有一定的伸长, 并使垫片产生一定的压缩量 ( 形成一定的比压 ), 但由于介质温度变化、介质压力变化或机械振动等原因, 将使螺栓松弛, 预紧力发生变化, 密封比压下降而引起密封泄漏。以温度变化为例, 在初期介质温度升高首先引起法兰的膨胀, 使垫片压缩量增加;随着温度分布均匀, 螺栓温度升高后螺栓膨胀, 会导致预紧力的下降。例如, 如果垫片压缩量为0.15 mm, M 16× 100 mm的螺栓在温度升高 135 ℃时会膨胀伸长 0.16 mm, 从而导致预紧力全部消失, 密封完全失效。
针对螺栓预紧力松弛这一问题, 可在法兰螺栓两侧安装一种弹性机械元件——预紧碟簧。碟簧在设计时要充分考虑各种力, 确保设计的碟簧预紧力和变形关系曲线处于有效区域。
碟簧由于其优秀的压缩回弹性能, 可以提供动态的预紧力, 补偿法兰螺栓由于热胀冷缩、振动等引起的螺栓预紧力松弛。如同上例, M 16 ×100 mm 螺栓增加 20813材质碟簧后, 初始预紧力矩为 162.7N m, 碟簧压紧行程为 0.28 mm, 温度升高 135 ℃后引起的螺栓伸长由两侧碟簧变形补偿, 剩余碟簧变形量为 0.2 mm , 相应地螺栓预紧力矩为 118 N m , 只减少了 28%, 依然能够保证密封的效果。