Приложение Н (справочное). Уплотнения

Приложение Н
(справочное)

Уплотнения

Н.1 Общие положения

Уплотнение представляет собой совокупность сопрягаемых элементов соединения, обеспечивающих необходимую герметичность подвижных или неподвижных соединяемых деталей. Функцией уплотнения является обеспечение и поддержание герметичности между компонентами (фланцы, муфта/ниппель) в течение продолжительного периода времени. Уплотнение должно быть устойчивым к воздействию уплотняемой среды, к внутреннему и внешнему давлению, температуре и внешним нагрузкам.

При оценке свойств уплотнения следует учитывать предварительное натяжение болтов и рассматривать уплотнение, соединитель и входящие в него болты как единую систему. При рассмотрении влияния соединителя на свойства уплотнения необходимо рассматривать такие параметры, как крутящий момент свинчивания ниппеля/муфты соединителя, предварительное натяжение и сопротивление болтов.

При возможности, в соединителях райзера необходимо использовать неподвижные уплотнения, т.е. уплотнения, размещаемые между поверхностями, с минимальным относительным перемещением или неподвижными поверхностями. Неподвижные уплотнения рекомендуются использовать в динамически нагружаемых соединителях.

Уплотнения могут воспринимать внешнюю нагрузку (т.е. являться элементами, несущими основную нагрузку) или не подвергаться воздействию внешней нагрузки. В динамически нагружаемых соединителях рекомендуется использовать конструкцию, в которой уплотнения не подвержены воздействию внешней нагрузки, для обеспечения высокой надежности и герметичности соединения на протяжении всего времени работы. Кроме того, при определении предварительного нагружения соединителя необходимо учитывать возможные сочетания действующих нагрузок.

При проектировании уплотнений для трубопроводной арматуры, фитингов и соединителей следует учитывать действие внешнего давления. Внешнее давление может превысить внутреннее рабочее давление в процессе внутрискважинных работ (при значительном снижении давления в райзере), а также при эксплуатации райзера в глубоководных условиях. При проектировании уплотнения следует учитывать условия эксплуатации и испытаний, при которых может иметь место частое изменение давления уплотняемой среды, что в сочетании с высоким внешним давлением воды приводит к циклическому изменению направления действия давления на уплотнение.

При выборе уплотнения необходимо учитывать срок его службы, химические свойства и температуру уплотняемой среды, рабочие давления и возможные относительные перемещения уплотняющих поверхностей. Уплотнения подвержены повреждениям в процессе перемещения, установки и повторной сборки. Поэтому единичное уплотнение имеет ограниченную надежность. Для повышения надежности соединения можно использовать двойное уплотнение. Для обеспечения резервирования следует использовать два уплотнения, имеющие различную конструкцию и не подверженные общему отказу.

Уплотнение следует устанавливать в процессе свинчивания соединителя с учетом требований 6.4.12 к обеспечению герметичности. Следует отметить, что для более низкого давления (3,5 МПа) контактное напряжение в соединении может быть недостаточным для обеспечения требований к герметичности.

Уплотнения могут быть разделены на две основные категории: металлические уплотнения и мягкие (комбинированные или неметаллические) уплотнения. Более подробная информация приведена в Н.2 и Н.3.

Н.2 Уплотнения "металл к металлу"

В качестве металлического уплотнения можно рассматривать пластически деформируемые металлические кольца, воспринимающие внешнюю нагрузку, упруго деформируемые металлические кольца, не воспринимающие внешнюю нагрузку, или уплотнения, формируемые непосредственным контактом уплотнительных металлических поверхностей. В металлических прокладках в виде уплотнительных колец специальной формы используют как упруго деформируемые, так и пластически деформируемые металлические уплотнения. Уплотнение при использовании металлических уплотнительных колец достигается за счет эффекта расклинивания, который вызывает напряжение сжатия в контакте, обеспечивая герметичность. Некоторые из уплотнений являются самоуплотняющимися, характеризующимися увеличением нагрузки на уплотняющие поверхности за счет давления уплотняемой среды. В большинстве случаев при использовании уплотнения "металл к металлу" для обеспечения герметичности необходимо обеспечивать высокое качество подготовки уплотнительных поверхностей и требуемое значение напряжения сжатия в контакте на уплотняющей/посадочной поверхности.

В технических условиях производителя должно быть указано минимальное начальное контактное напряжение после посадки уплотнения, минимальное контактное давление в процессе эксплуатации и испытаний, необходимое для обеспечения герметичности, и требование к чистоте обработки поверхности. Ниже приведены примеры типовых требований.

Для корректной сборки металлических уплотнений необходимо обеспечить начальное контактное напряжение в уплотнении и месте посадки, приводящее к пластической деформации материала уплотнения или посадочной поверхности. Для газовой уплотняемой среды требуются более высокие начальные контактные напряжения, чем для жидкой.

Контактное напряжение в уплотнении и месте посадки должно быть выше давления уплотняемой среды. Отношение контактного напряжения к давлению уплотняемой среды должно составлять 2,0 для газа (азот) и 1,2 для жидкости.

Уплотнительные поверхности должны иметь низкую шероховатость. Среднее арифметическое отклонение оцениваемого профиля шероховатости, определяемое в соответствии с ГОСТ Р ИСО 4287, не должно превышать Ra = 0,8 для газовой среды и Ra = 1,6 для жидкости.

Необходимо подтвердить, что при наиболее неблагоприятном сочетании деформаций, заводских допусков и нагрузок не происходит недопусти