侯文富，饶 文，汤清红，刘奉云，焦永锋，黄佳富

(1 中海石油炼化有限责任公司惠州炼化分公司，广东 惠州 516086；2 湖南橡塑密封件厂有限公司，湖南 南县 413200)



先导式安全阀O型圈国产化研究及应用

侯文富1，饶 文2，汤清红2，刘奉云1，焦永锋1，黄佳富1

(1 中海石油炼化有限责任公司惠州炼化分公司，广东 惠州 516086；2 湖南橡塑密封件厂有限公司，湖南 南县 413200)

先导式安全阀O型圈为进口产品，安全阀解体维修如采用原厂O型圈会导致检修成本高且备件获取周期长。为了对先导式安全阀内部的O型圈进行国产化，降低维修成本，制备了高氟橡胶O型圈。并对氟橡胶O型圈的耐油性能及其力学性能进行了研究，结果表明，氟含量为68%的氟橡胶除了具有优异的力学性能外，其在混合二甲苯、甲苯、苯产品溶液中浸泡9000 h，其线径变化小于5%，并且弹性保持良好。

先导式安全阀；O型圈；氟橡胶；国产化

橡胶O型圈是当前石化行业广泛使用的一种橡胶元件，其密封性的优劣主要取决于橡胶材料在苛刻腐蚀环境中的耐腐蚀性能。在高温和芳烃(混合二甲苯，甲苯，苯产品等)腐蚀条件下，O型圈的密封失效主要表现为橡胶材料的老化及溶胀变形，使密封圈与设备之间的弹性应力被释放，导致介质泄漏[1]。氟橡胶以其优越的耐高温、耐介质腐蚀特性和良好的综合力学性能成为石化、航空等特种环境使用的首选材料。氟橡胶属特种橡胶，具有无毒、不燃、耐热、耐氧化、耐油、耐化学品等优异性能[2]，但是氟橡胶氟含量的高低会对其力学性能和耐芳烃溶胀性产生影响。

先导式安全阀在惠州炼化分公司芳烃、加氢裂化等装置中有大量的应用，但是安全阀动作后常存在泄漏，解体维修需要对安全阀内部的O型圈进行更换，O型圈为国外进口产品，是安全阀厂家维修配套，一组有十多种规格，从安全阀厂家进口配套O型圈，一组需要成本十多万元，导致检修成本很高，且备件获取周期长，检修受制于人。为了解决这一问题，尝试对安全阀内部的O型圈进行国产化研究。

本文通过不同氟含量氟橡胶的力学性能、耐油性能、耐热性能及高温压缩永久变形的测试和高含氟量氟橡胶成品O型圈的浸泡实验，试制出了能够代用进口的O型圈，对石油化工行业耐高温、耐芳烃O型圈材料的选取具有借鉴意义。

1 氟橡胶常规物理性能对比试验

1.1 材料

选取氟混炼胶FH270D(氟含量66%，氟胶原材料为意大利苏威产，双酚硫化)和氟混炼胶FH370D(氟含量68%，氟胶原材料为意大利苏威产，过氧化物硫化)为试验材料，均由湖南橡塑密封件厂有限公司配方生产。

1.2 加工工艺

胶料混炼在开放式炼胶机上进行。氟橡胶试片硫化须分二段进行，一段硫化条件为175 ℃×30 min，硫化压力12 MPa，在电垫平板硫化机上进行。二段硫化在电热鼓风箱内进行，硫化条件为室温(1 h)→100 ℃(1 h)→200 ℃，保温22 h，关闭电源自然冷却。

1.3 力学性能试验

试样的硬度采用邵尔A型硬度计，按GB/T531-1999进行[3]；拉伸强度、扯断伸长率测试在电子拉力试验机(江苏明珠MZ-2000C)上按GB/T528-2009进行[4]。

表1 FH270D和FH370D的力学性能

FH270D和FH370D的力学性能和HG/T 2021-91中HⅡ7435材料指标如表1所示。对比可知FH370D胶料的硬度、拉伸强度、扯断伸长率均高于FH270D,说明FH370D胶料的综合力学性能比FH270D胶料好。

1.4 耐油性能试验

氟橡胶是目前耐油性能最好的品种之一，图1、图2显示了FH270D和FH370D两种氟橡胶的耐油性能(耐油条件200 ℃×70 h，101#标准油)。

图1 FH270D和FH370D的耐油性能硬度对比

图2 FH270D和FH370D的耐油性能体积变化对比

由图1和图2可以看出，FH270D和FH370D两种氟橡胶对比，在耐油试验中硬度变化比较接近，但体积变化相差较大，FH270D为18%，而FH370D仅为8%。由此可见，FH370D胶料的耐油性优于FH270D。这与氟橡胶采用过氧化物硫化和含氟量高低有很大的关系。

1.5 耐热空气老化性能试验

试样热空气老化性能试验在401-B换气式热空气老化箱(上海实验仪器总厂)中按GB/T3512-2001进行[5]，条件为250 ℃×70 h。从表2可以看出FH370D的硬度变化，拉伸强度变化率和扯断伸长变化率均优于FH270D。说明氟橡胶的耐热性与氟含量密切相关，含氟量越高耐热性越好[6]。

表2 FH270D和FH370D的耐热空气老化性能比较

1.6 高温压缩永久变形试验

图3 FH270D和FH370D压缩永久变形对比

压缩永久变形测试按照FB/T7759-1996进行，条件为200 ℃ 22 h；材料标准参照HG/T2021-91。从图3可以看出，FH270D胶料的高温压缩永久变形优于FH370D，两种胶料的压缩永久变形都处于25%以下，均可作为密封件胶料使用。

2 高氟O型圈试制

通过考察FH270D和FH370D两种胶料的常规物理性能，耐油和耐热性能以及压变性能，证明氟含量高的FH370D胶料是综合性能较好的密封材料，可作为耐高温、耐芳烃溶胀O型圈的生产用料。

2.1 高氟O型圈半成品，预成型技术设计

氟橡胶的耐热性和耐介质性与氟含量密切相关，含氟量越高耐热性和耐化学介质性能越好[7]。高氟橡胶的氟含量为67%～68%，但随着氟含量的增加其自粘性能也相对变差，使制成的O形圈在胶料的接口处产生裂口，而有些裂口发生在O型圈截面内部，很难发现，造成使用时密封性能下降甚至裂口受压断裂产生泄漏[8]。为克服此缺点，采用精密预成型机对胶料进行预成型，经试验达到很好的效果。但因产品数量需求少，型号多，而每次预成型的装胶量最少需要20 kg，胶料因多次预成型挤压和频繁更换成型模造成浪费较大。为此专门设计了一种专用预成型冲模，并通过精密计算和多次试验设计出来不同型号的冲压成型模，使每一款型号的O形圈胶料半成品都能通过相对应的冲模在一整块胶料上整体冲压成型，而且无任何接头。用这样冲压成型的胶料半成品进行模压硫化，产品精密度高，内部亦无裂纹，确保了产品的整体性能，且能把原料的浪费控制到最小。

2.2 高氟O型圈生产工艺流程

混炼胶→检验→热胶→滤胶→出片→半成品硫化→修整→二段硫化→检验→包装入库

3 高氟O型圈成品耐芳烃溶胀实验

为进一步了解用FH370D胶料生产的高氟O型圈耐芳烃溶胀性，选取了国产化的用于惠州炼化分公司先导式安全阀O型圈进行浸泡实验。

3.1 实验方法

FH370D高氟O型圈9只，编号分别为：①②③④⑤⑥⑦⑧⑨，产品规格为(内径)88 mm×5.3 mm(线径)。实验溶剂：混合二甲苯、甲苯、苯产品。实验共进行9000 h，测量时段168 h→360 h→720 h→2000 h→5000 h→9000 h。线径变化率Δd=[(d1-d)/d]×100%；d为浸泡前O型圈线径；d1为浸泡后O型圈线径，浸泡前对O型圈线径分别测量并在测量位置做好标记，以O型圈线径变化率作为考察指标。

3.2 线径变化率测试数据

表3 FH370D高氟O型圈耐芳烃线径变化率测试数据

3.3 实验结果及讨论

从表3测试数据可以看出，在实验初期的720 h，FH370D高氟O型圈线径变化率变化幅度较大，后期变化幅度减小并趋于稳定。FH370D高氟O型圈在惠州炼化分公司的混二甲苯、甲苯、苯产品溶液中浸泡9000 h，在甲苯和苯产品中的线径变化率较大，在混合二甲苯产品中的线径变化率较小，但其线径变化在均在5%以内，O型圈始终保持良好弹性。实验证明，采用过氧化物硫化含氟量高的氟橡胶制造的O型圈有着优良的耐芳烃溶胀性。

3.4 现场应用情况

2014年10月，生产出的高氟O型圈在惠州炼化分公司芳烃装置先导式安全阀上使用，经过近两年时间的考验，未出现因O型圈失效而导致安全阀泄漏的情况，使用过程中密封效果良好。

4 结 语

采用过氧化物硫化氟含量高的FH370D氟橡胶，力学性能、耐油性能、耐老化性能和压缩永久变形综合性能优良。用FH370D氟橡胶生产的O型圈耐芳烃性能好，在惠州炼化分公司先导式安全阀上使用情况良好，解决了先导式安全阀用O型圈因进口周期长、价格昂贵造成检修不及时的难题，预计每个检修周期可节约采购费用约350万元，同时为国内O型圈厂家积累了制造类似产品的经验和业绩，取得了良好的经济效益和社会效益。

[1] 杨晓露，曾德智，曹大勇.橡胶O型圈的抗酸性介质腐蚀性能[J].合成橡胶工业,2012,35(6)：420-424.

[2] 钱伯章.氟橡胶国内外发展现状及应用[J].化工新型材料,2007,35(10):31-32.

[3] GB/T 531-1999,橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法[S].

[4] GB/T 528-2009,硫化橡胶或热塑橡胶拉伸应力应变性能的测定[S].

[5] GB/T 3512-2001,硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验[S].

[6] 魏浩.高温加速老化试验温度对F108硫化橡胶老化性能预测结果的影响[J].特种橡胶制品,2009,30(5):48-49.

[7] 常新龙,姜帆.高温、湿热环境下氟橡胶密封圈失效研究[J].装备环境工程,2012,9(1):23-25.

[8] 边俊峰,王珍,谭光志.高性能系列氟橡胶[J].橡胶工业,2003,50(1):21-23.

Localization Research and Application of Pilot Operated Relief Valve O-ring

HOUWen-fu1，RAOWen2，TANGQing-hong2，LIUFeng-yun1，JIAOYong-feng1，HUANGJia-fu1

(1 CNOOC Huizhou Refining & Chemical Company, Guangdong Huizhou 516086;2 Hunan Master Sealing Co., Ltd., Hunan Nanxian 413200, China)

Pilot operated relief valve O-ring is import product, the disintegration repair of the relief valve can lead to high maintenance cost and spare parts take long time if use factory O-ring. In order to reduce maintenance costs of high fluorine rubber O-ring, pilot operated relief valve was prepared in localization. The oil resistance and mechanical properties of fluorine rubber O-ring were studied. The results showed that the fluorine content of 68% of fluorine rubber O-ring had excellent mechanical properties, at the same time, it had good elasticity and the diameter variation of less than 5% after 9000 h immersed in mixed xylene, toluene and benzene, respectively.

pilot operated relief valve; O-ring; fluorine rubber; localization

TE969

A

1001-9677(2016)021-0149-03

侯文富(1982-)，男，工程师，现工作于惠州炼化设备管理中心，主要从事静设备管理工作。