高壓容器人孔內密封結構研究

邱佳月

（江西省核工業地質局二六一大隊，江西 鷹潭 335000）

近年來隨著工業生產力水平不斷提升，生產規模不斷擴大，越來越多的壓力容器引入工業生產領域中，大大提高了生產效能。作為一種能夠承受壓力的密閉容器，壓力容器目前在工業、民用、軍工以及科研等領域都得到廣泛的應用，且日漸發揮著不可替代的作用。當壓力容器承受壓力超過10MPa時，為了確保容器日常穩定運行，便于日常檢修和制造，通常需要在設備不同位置配置大小不一的人孔，在高壓容器中設置人孔裝置，通常需要應用自緊式內密封結構進行防護，從而確保應有的性能，但是在使用過程中依然暴露出一些問題，需要選擇匹配的人孔內密封結構，才能有效降低事故發生率，提高密封安全性和可靠性。加強高壓容器人孔內密封結構研究探索，具有重要的研究意義。

1 高壓容器人孔內密封結構基礎分析

在高壓容器設備上配置多樣化的人孔，對人孔進行自緊式內密封，通過配置相應的上緊螺栓、螺母以及固定裝置、人孔平蓋、人孔接管口等，從而確保密封效果有效發揮。

2 問題及具體處理分析

為確保液壓試驗順利完成，需要找出存在的具體問題，并采取有效的措施進行應對。下面以高壓密封DN450的人孔內密封結構為例，測算分析設備臨界壓力值與金屬平墊片密封效果的最佳融合性。

按照金屬墊人孔結構設計具體情況，當內壓力值超過4.46MPa時會降低氣密性，需要控制內壓力值，確保高壓容器在運行過程中最大限度減少氣體泄漏等情況，更好地起到內部良好密封性的作用。需要解決的問題時高壓容器內部壓力值偏低，液壓試驗階段試驗液體泄露、內部介質泄露的情形。分別對內密封進行徑向改進，從而尋求不同方案的優劣，確定最佳改進結構方案。

（1）通過在泄漏通道部位添加密封元件的方式來解決泄露問題。通過這種方式，在人孔平蓋安裝金屬密封墊片之前，通過事先在平蓋徑向位置配置匹配的O形橡膠圈構造的矩形溝槽，這樣可以通過O形橡膠圈預壓縮量，進而在低壓狀態下保持密封效果。引入O形橡膠圈是為了解決壓力較小造成的氣體泄漏問題，如果內部壓力值不斷升高，為了避免O形橡膠圈被擠出，影響密封效果，需要探究橡膠硬度、溝槽間隙、壓力值變化之間的聯系，從而繪制相應的曲線圖，更好地尋求最佳設置參數。進行綜合實驗分析，利用相應的參數規范要求進行配置，開展密封試驗，最終確定壓力值、O形橡膠圈邵氏硬度、密封間隙直徑方向最佳區間各項參數分別為 4 MPa、70、0.35 mm（0.15～0.40 mm）。雖然可以實現在低壓狀態下的密封效果，但是該方案中如果人孔平臺、接管端之間的間距過小，會增加安裝難度。

（2）通過在泄漏通道部位添加O形橡膠圈結構的密封元件并設計配合錐面的方式來解決泄露問題。為了有效降低上述方案的安裝難度，進行了進一步優化，即在人孔平蓋處與接管端部安裝O形橡膠圈位置設計相應的錐面，這樣既可以增加裝配空間，也降低了裝配難度，當兩個錐面互相配合時，會進一步促使O形橡膠圈處的密封間隙在擠壓作用下變得越來越小，從而起到良好的密封作用。

（3）通過在金屬平墊外部配置匹配的O形橡膠圈等方式來解決泄露問題。按照上述方案的設計原理，也可以通過在金屬平墊外部配置匹配的O形橡膠圈，控制設計厚度（通常要比金屬平墊片厚度高出1～2 mm），并考慮O形橡膠圈變形情況等因素來進行改進設計。這樣可以最大限度降低人孔平蓋、接管端部受到O形橡膠圈的影響，又可以降低操作難度。當然需要嚴格按照規范操作進行逐步安裝和配置，避免發生貼合不到位現象。

（4）通過設計橢圓人孔結構的方式來解決泄露問題。將人孔結構設置為橢圓形，從而直接將密封元件置于溝槽中，不需要就可以選擇到匹配的密封墊，實現高壓密封效果。為了實現低壓下的密封效果，可以選擇非金屬密封墊等元件壓力較低的材質進行制作，當然由于設計橢圓形結構，會增加加工難度和加工成本。

綜合分析，在確保高壓容器內部工作介質和密封元件相容的基礎上，進行圓形人孔徑向改進結構為最佳方案。當然在具體應用過程中還需要考慮經濟性、便捷性和安全環保性、實用性等各方面的因素，尋求在一定壓力范圍內最佳的匹配結構，才能確保高壓容器能夠穩定安全運行。