承压设备带压引流焊接密封优化技巧

带压引流焊接方法，可以消除具有焊接性承压设备出现的各种泄漏事故，实现带压密封的目的。

1.基本原理

带压引流焊接密封是指承压设备一旦出现压力介质泄漏，在不降低其温度、压力和泄漏流量的条件下，利用焊接技术实现再密封的目的。由于是在承压设备泄漏状态下进行的特殊焊接作业，泄漏位置千变万化，施焊人员必须与各种物化性能不同的泄漏介质直接接触。因此与正常的焊接工艺相比，承压设备的带压引流焊接难度更大。

承压设备的泄漏常发生在焊接、机械连接及流体转向冲刷等部位。在相当长的时期内，承压设备的带压焊接一直被人们视为禁区。

泄漏介质的存在必然影响焊接作业的进行，如果能够将泄漏介质通过特殊的装置引开，然后在没有泄漏介质影响或影响较小的区域进行焊接作业，处理好后，切断泄漏通道，从而达到带压密封的目的，这就是引流焊接密封法的基本思路。具体做法是：按泄漏部位的外部形状设计制作一个引流器，引流器一般由封闭板或封闭盒及闸阀组成；由于封闭板或封闭盒与泄漏部位的外表面能较好地贴合，因此在处理泄漏部位时，只要将引流器吻合在泄漏部位上，事先把闸阀全部打开，泄漏介质就会沿着引流器的引流通道及闸阀排掉；而在封闭板的四周边缘处，则没有泄漏介质或只有很少的泄漏介质外泄；此时就可以利用金属的焊接性将引流器牢固地焊在泄漏部位上，如图8-15a所示。引流器焊好后，关闭闸阀就能重新达到密封的目的，如图8-15b所示。

带压引流焊接密封技术的基本原理是：利用金属的焊接性，将装闸阀的引流器焊在泄漏部位上，泄漏介质由引流通道及闸阀引出施工区域以外，待引流器全部焊牢后，关闭闸阀，实现密封的目的。

2.承压设备允许带压焊接最小壁厚的计算

在承压设备上进行焊接作业，首先要解决安全性和可靠性问题。根据《压力容器安全技术监察规程》第122条，“压力容器内部有压力时，不得进行任何修理。对于特殊的生产工艺过程，需要带温带压紧固螺栓时，或出现紧急泄漏需要进行带压堵漏时，使用单位必须按设计规定选定有效的操作要求和防护措施”中的“选定有效的操作要求”，指的是带压焊接必须满足的充分条件，即承压设备泄漏部位区域的实际壁厚。没有足够的厚度，带压焊接时，极易发生烧穿现象，引发更大的泄漏事故。因此，带压焊接之前必须对承压设备焊接部位进行测厚，满足壁厚要求后，才能考虑带压焊接密封的可行性。

图8-15 带压引流焊接示意

a）引流器焊在泄漏部位 b）关闭闸阀重新密封

承压设备允许带压施焊的壁厚可通过下式计算：

式中，t是承压设备允许带压焊接的最小壁厚（mm）；p是泄漏介质实际压力（MPa）；D是承压设备的外径（mm）；f是安全系数（液体承压设备取0.6，气体承压设备取0.5）；σ_s是承压设备材料的最小屈服极限（MPa）；c是因焊接引起的壁厚修正量（mm），通常取c=2.4mm。

3.引流器的结构形式

引流器一般由封闭盒（管）和排泄阀两部分组成，它的结构形式应当按照泄漏缺陷的外部几何轮廓设计制作，常用的有管式引流器、板式引流器和盒式引流器。

（1）管式引流器 管式引流器的结构如图8-16所示。其封闭管可用标准无缝钢管制作，其规格根据承压设备泄漏缺陷的大小选择，钢管的内径应能全部覆盖住泄漏缺陷，并有充足尺寸的通道引出泄漏介质，不产生阻塞现象。引流阀应选择阻力小的闸阀。图8-16a为用于平面泄漏缺陷的管式引流器，封闭管前端为带有坡口的平面结构形式；图8-16b为用于曲面泄漏缺陷的管式引流器，封闭管前端为带有弧线形的结构形式，可按泄漏缺陷的外部几何形状制作；图8-16c为用于角缝泄漏缺陷的管式引流器，封闭管的前端为带有特定角度的锥状结构形式，可按泄漏缺陷的角度制作，并在现场进行实际研合。

图8-16 管式引流器结构

a）用于平面泄漏缺陷的管式引流器 b）用于曲面泄漏缺陷的管式引流器 c）用于角缝泄漏缺陷的管式引流器

（2）板式引流器 制作引流器的材料应与承压设备的材质相同，或选择焊接性优于承压设备材质的材料。引流板的厚度应等于泄漏承压设备的壁厚，或通过式8-1计算确定。引流阀应选择阻力小的闸阀，其规格应能够覆盖全部泄漏缺陷。

（3）盒式引流器 承压设备的泄漏多是裂纹、腐蚀及焊缝上的焊接缺陷引起的，泄漏多呈喷射状态。盒式引流器的设计制作方法如下：首先全面了解泄漏介质参数，测量泄漏部位的尺寸，如管道外直径、设备曲率、泄漏裂纹长短、孔洞几何尺寸等，根据上述数据设计制作一个封闭盒，要求封闭盒能与泄漏部位外表面吻合良好，且能全部覆盖住泄漏缺陷。在封闭盒中心开一个15～89mm的孔，根据所选阀门的结构形式，在开孔上焊一短接，（丝头、法兰、焊接等形式），将DN15～DN80mm的闸阀安装在短接上，必要时还可在阀门的另一侧再加一个短接，在此短接上可以接短胶管，这样就可以把泄漏介质引向指定的方向，其结构如图8-17所示。(www.xing528.com)

图8-17 盒式引流器结构

法兰泄漏盒式引流器的制作：首先测量泄漏法兰的有关数据，包括两泄漏法兰的总宽度B，法兰的最大外径D，法兰接管的尺寸D₁、D₂，如图8-18所示。根据这些数据设计一个法兰引流器，结构如图8-19a所示。法兰引流器的壁厚通过相关公式计算确定。引流器的加工精度视泄漏介质的压力、泄漏量的大小而定。精度要求较高时可首先焊制成一个封闭的圆柱形盒体，如图8-19b所示。圆柱形盒体的内壁宽度应大于两块法兰及连接螺栓的总长，一般以大于这一尺寸10～30mm为宜，盒子焊好后，用铣床或锯床从直径上断开，断开后再定位焊上，然后加工两个圆孔φ1、φ2，引流阀应开设在圆柱盒的径向上，当泄漏量较大，一个引流阀难以达到引流目的时，则应开设多个引流阀，以便顺利排放泄漏介质。引流阀应选用DN15～DN80mm的闸阀。

图8-18 泄漏法兰

图8-19 法兰泄漏盒式引流器结构

a）法兰引流器结构 b）封闭的圆柱形盒体

4.引流器壁厚的计算

（1）盒式引流器筒体壁厚计算 由图8-19可知，盒式引流的简体部分相当于受内压作用的压力容器，可通过下式计算其壁厚：

式中，S是盒式引流器筒体计算壁厚（mm）；p是泄漏介质实际压力（MPa）；D_i是盒式引流器内径（mm）；t是承压设备允许带压焊接的最小壁厚（mm）；φ是焊接接头系数，取φ=0.7；[σ]^t是泄漏介质温度下引流器材料的许用应力（MPa）。

（2）盒式引流器端板壁厚计算 由图8-19可知，盒式引流器的端板可通过下式计算其壁厚：

式中，δ_p是盒式引流器筒体计算壁厚（mm）；K是端板平盖系数，当引流器圆筒壳体与端板为焊接结构时，K=0.3；p是泄漏介质实际压力（MPa）；D_i是盒式引流器内径（mm）；T是承压设备允许带压焊接的最小壁厚（mm）；φ是焊接接头系数，取φ=0.7；[σ]^t是泄漏介质温度下引流器材料的许用应力（MPa）。

5.焊接工艺选择及操作方法

带压引流焊接工艺应根据承压设备的母材及引流器的材料来选择，可依据GB 50236—2011确定。带压焊接作业时，应当配合作业，一人首先把引流器紧紧压合在泄漏缺陷上，使泄漏介质经引流通道、短接、闸阀及胶皮管引开，使得引流器的四周无泄漏或泄漏很小；另一人应事先把电流调整好，电流不可过大，以免把管道烧穿，第一步先将引流器定位焊在泄漏部位上，以防止焊接变形，施焊时，引弧点应选在引流器上，然后再移到焊接处连续焊接。

焊接的顺序：先焊特殊位置或不好焊的位置，如仰焊；后焊正常位置或好焊的位置，如平焊，这样可以有效地保证焊接的质量。因为先焊时，泄漏介质的干扰会小一些，随着焊接的进行，泄漏介质的干扰会明显增大。当焊到有少量泄漏介质干扰的位置时，焊缝成形后可能出现气孔或其他焊接缺陷，甚至在焊缝上仍有泄漏存在，这时可用刨锤或样冲将其碾研，再在其上复焊一层焊肉。焊接时的焊条角度如图8-20所示。引流器的四周焊好后，应认真检查一遍，确认无误后，即可关闭闸阀。

图8-20 焊条角度