法兰密封连接微动磨损特性及其紧密性评价研究

Flanges which can connect the devices or pipelines account for a sizable percentage and also are the significant components in the connection system of each gas station. Its sealing tightness therefore is the fundamental safe guarantee of the equipment and pipeline to run in a long period. However, the transmission medium may exist temperature, pressure and vibration, making it easier to generate fretting wear in flange interface. What is more, a series of sealing failure of the connection system are following, which may cause a major gas station leak explosion safety accident. The feature of this project is to reveal the sealing failure mechanism of flange connection system from fretting wear aspect and propose a tightness evaluation system for flange connection system. This project will provide theoretical and technical supports for the quality evaluation of gas flanges and the reliability of system tightness. Furthermore, there will be of great practical significance for ensuring the safe operation of oil and gas transmission equipment.

在燃气站场的连接系统中，法兰是设备或管道间连接的核心部件，占有十分重要的比重；其密封紧密性更是保证设备、管道等长周期安全运行的基础。由于输送的介质具有一定温度、压力、腐蚀性以及振动等特点，极易引起法兰连接界面的微动磨损，从而引起连接系统泄漏等一系列密封失效情况，如此极可能引起燃气站场泄漏爆炸等重大安全事故。本项目特色从微动磨损入手，以燃气站场法兰连接系统为研究对象，从新的角度研究和揭示法兰连接系统各界面泄漏等密封失效机理，形成和提出一套法兰连接系统紧密性质量评价体系。该项目的研究不仅为燃气站场法兰连接质量的评定、系统的可靠性保证提供理论和技术支持，而且对于保障油气输送装备的安全服役性能具有非常重要的实际意义。

在天然气集输工艺中，管道和站场是保障天然气能源安全高效输送的最常用方式。其中，法兰接头的可靠性在很大程度上决定了整个管输系统的安全运行。由于管道产生的振动无法避免和消除，极易在操作工况下发生密封部件之间的微动磨损行为，导致法兰连接系统紧密性降低，引发泄漏失效。本项目针对这些问题，提出了一种基于噪声或门的模糊故障树风险评估方法，确定了燃气站场微泄漏失效的关键因素；开展了柔性石墨金属缠绕垫片密封界面的微动磨损试验研究，揭示了不同工况参数下的微动摩擦特性和磨损失效机制；建立了微泄漏路径单元以实现垫片密封界面泄漏模型的简化；构建了燃气站场螺栓-垫片-法兰连接系统的变形协调方程，并归纳设计了法兰连接系统的紧密性评价流程；开展了法兰垫片结构参数优化和密封材料优选研究，确定了约束条件下金属缠绕垫片的最优结构，并从微动磨损角度为不同密封工况配对副的材料选用提供了理论依据。本项目对燃气站场法兰密封连接进行了微动磨损特性及其紧密性评价研究，不仅对密封界面微动磨损具有重要的学术价值，更对法兰连接系统的优化和评价具备深刻的实际意义。