船舶人孔、手孔带来特殊的密封挑战

有许多类型的法兰开口用作人孔和手孔，提供进入储罐和其他类型的封闭容器的通道。有些使用标准的 ASME 型法兰，并且与法兰管道连接非常相似。内部人孔和手孔具有适合容器内部的盖板或板，并靠在垫圈和外部法兰上。

这些设计提出了许多密封挑战。例如，法兰表面往往不够完美。此外，圆形盖不能穿过圆形开口，因为它必须大于开口才能发挥其功能。因此，这些法兰的垫圈通常是椭圆形或长圆形的，这样盖子就可以从侧面转动以穿过开口。

椭圆形垫圈保持平滑的曲率，为制造和安装提供足够的箍强度。相比之下，长圆形垫圈包括一个限制其径向强度的直线部分。这些垫圈按照 OEM 规格制造，尺寸范围很广，通常从内径 (ID) 确定尺寸。描绘了长轴和短轴，以及垫圈的法兰宽度。带内圈的垫片，还必须规定内圈的宽度。

图 1. 此人孔盖上的单个双头螺栓将对垫圈施加低且不均匀的压缩力，从而密封容器的法兰通道。

由这些垫圈密封的内部人孔盖通常只有一个或两个双头螺栓焊接到盖的中心（图 1）。它们通过连接开口的轭架安装，因此螺栓可以将盖子拉回垫圈。这种螺栓限制，再加上螺栓和垫圈之间的距离，导致压缩力低且通常不均匀。

由于人孔位于储罐或容器内，因此内部压力对组件的作用与对传统螺栓法兰连接的作用不同。在后者中，内部压力起到分离法兰和卸载垫圈的作用。对于人孔，内部压力实际上将法兰推到位，加载垫圈，并且在许多情况下，产生比螺栓更大的压缩力（图 2）。尽管如此，这种动态的压缩载荷很少达到推荐的水平。

图 2. 人孔盖上的内部压力可以超过螺栓的压缩力，用于密封和加载垫圈。

压力容器通常使用内部座椅，有时使用铰链门进行内部访问。此类门的方向必须确保内部系统压力产生足够的应力来固定人孔垫圈。随着内部压力的增加，垫圈上的应力也会增加，这是使垫圈与容器设计压力最佳匹配必须考虑的一个因素。低压系统需要更柔软、更容易变形的垫圈，但这些垫圈在压缩率较低的端部容易爆裂。相反，更高压力的容器需要更坚固、更高密度的密封件，例如金属增强垫片，这可能难以密封。

出于本次讨论的目的，理解密封表面通常测量到垫圈的内边缘是有帮助的。因此，椭圆形状将表示为内部宽度 x 内部长度 x 垫圈表面宽度 - 例如列为 12 英寸 x 16 英寸 x 1 英寸 x 1/8 英寸的垫圈的内部尺寸为 12 英寸 x 16 英寸，法兰宽度为 1 英寸，厚度为 ⅛ 英寸。

垫片

有几种不同类型的垫圈适用于密封压力容器中的人孔和手孔。螺旋缠绕垫片可用于低压（小于 999 psi）和高压（大于或等于 1,000 psi）应用。尽管它们的压缩载荷通常低于推荐水平，但它们通常能有效密封。这些垫圈由长条薄金属制成，在绕组或包裹物之间缠绕并填充软材料，有两种配置 - 仅绕组和带内部压缩环的绕组。

低压系统要求使用较厚等级的填料使垫圈更柔软，而高压容器需要使用较薄填料规格的垫圈。这不仅增加了垫片中金属层的数量，而且使其更致密，更能承受更高的压缩载荷。系统压力施加在密封垫的外径 (OD) 上，密封垫位于门到容器的接口处。如果看到垫圈朝连接的 ID 突出，这会使密封故障很明显。在观察到此类故障的情况下以及在高压循环应用中，可以为垫圈设计实心金属内圈。

内部压力低于 1,000 psig 的人孔的首选是带有石墨面的波纹金属芯垫片（图 3）。这些垫圈由一个相对较厚的金属芯组成，该金属芯呈波纹状，形成同心或平行的脊，表面贴有石墨片材料。当垫圈的法兰宽度为二分之一英寸或更大时，它们的效果最佳。对于小于二分之一英寸的法兰宽度，应咨询垫片供应商。

图 3. 对于内部压力小于 1,000 psig 且法兰宽度为二分之一英寸或更大的人孔，建议使用带有石墨面的波纹金属芯垫片。

只要垫圈至少有二分之一英寸宽，最好是四分之三英寸或更多，柔性石墨片就可以用来有效地密封锅炉人孔和手孔。对于要求垫片宽度小于二分之一英寸的连接，应使用螺旋缠绕垫片，因为不均匀的压缩载荷会对石墨片垫片产生不利影响。大多数石墨片垫片包含一个金属嵌件，在某些情况下包含多个嵌件，以便于处理而不损坏垫片。

图 4. Kammprofile 垫片密封不完美的法兰并承受极端温度和压力偏移。

Kammprofile 垫片（图 4）是以下应用的绝佳替代品或非金属衬垫材料。这些类型的垫圈由一个带有深槽的金属环组成，表面覆盖有膨胀石墨、微孔聚四氟乙烯或膨胀聚四氟乙烯等软材料。

高压缩性、低蠕变的 PTFE 垫圈采用微孔结构或填充有微型气球的双轴取向。它们已成功用于密封化工服务的人孔和手孔法兰，但通常不推荐用于蒸汽/锅炉应用。下表提供了根据使用条件匹配垫片的快速参考。

安装

由于人孔和手孔垫圈安装在容器内部，因此有时使用压敏粘合剂将它们的垫圈固定在盖子上。然而，这些粘合剂在蒸汽温度下会软化或熔化，并可能在化学应用中分解。

非金属垫片应在不使用粘合剂的情况下安装，但可以使用少量喷洒接触粘合剂将其固定到位。金属垫圈带有固定片，可在安装过程中将其固定到位。

考虑到压力差和其他条件，密封内部人孔和手孔可能很困难。大多数组件在螺栓连接过程中会产生低压缩载荷，有些组件在施加内部压力时会产生高压缩应力。可以使用不同类型的垫圈来密封这些开口，但它们的有效性取决于选择正确类型的垫圈，并为特定应用正确确定尺寸。