哈雷釬焊板式換熱器
專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
新聞動態

加氫裝置高壓換熱器密封的分析比較

點擊:1570 日期:[ 2014-04-26 22:21:38 ]
                          加氫裝置高壓換熱器密封的分析比較                                      陳南雄                      (揚子石油化工公司煉油廠, 江蘇南京2l0000)      摘要:就加氫裝置中高壓換熱器密封結構的3種型式:八角墊密封、螺紋鎖緊環密封、I2形環密封的工作原理、結構特點、密封載荷、泄漏原因等方面進行了分析和比較,提出的問題和建議對加氫裝置中高壓換熱器密封的設計和使用有較大幫助     關鍵詞:加氫裝置;高壓換熱器;密封     中圖分類號:TB42 文獻標識碼:B 文章編號:1006—0316(2006)07—006l一04     由于加氫換熱器內的介質為易燃易爆的含氫介質.而且操作溫度、操作壓力均較高,臨氫、【太J部有溫度差、膨脹不均勻.不允許有任何泄漏。這已成為生產、維護檢修中的主要問題。密封性能直接影響加氫換熱器的可靠性。因此密封結構成為加氫換熱器結構沒計最重要的環節。     揚子石化公司700 kt/a加氫精制裝置采用的是螺紋鎖緊環密封式換熱器,500 kt/a加氫精制裝置采用的是八角顰密封式換熱器,2000 kt/a加氫裂化裝置采用的是Q密封環式換熱器。     1結構特點     1.1三套加氫裝置高壓換熱器參數     八角墊密封式高壓換熱器、螺紋鎖緊環換高壓熱器、Q形密封環型高壓換熱器參數見表1。     1.2八角墊密封式    它的結構與通常換熱器密封無大差別.應用于高壓場合的半自緊密封根據墊片形式主要有八角墊、橢圓墊等,加氫裝置中應用最多的為八角結構。    (1)密封結構及特點    八角墊密封屬于線接觸密封,具有徑 半自緊的特點,環墊的平均直徑比環槽平均直徑稍大,靠環墊與環槽的的I大J外斜面接觸并壓緊形成密封 、環墊與環槽的斜面角度一股為23。.見圖1 環墊材料的最高硬度應在1 70 HBS以下,且比環槽零佴:f,j材料低HBS30~40.密封面粗糙度尺“為1.60~0,8m 】。高壓換熱器依靠螺栓拉 壓緊八角墊來產生初始壓力.保持密封,L大J此,法蘭外圓直徑、厚度、螺栓尺寸都很大。如500 kt/a加氫精制裝置高壓換熱器的法蘭直徑1570 ITIITI.厚度297 mm.單套螺栓重量45.9 kg,螺栓總重量1.10 t。升壓后.介質作用使八角墊徑向擴張,墊與環槽的斜面更加帖緊產生自緊作用,但介質壓力升高剛樣使螺栓幣u法蘭變形.造成密封面的相對分離,壓緊力減小 此.它對溫度、壓力的波動非常敏感。                            (2)密封載荷分析     升壓后,法蘭式換熱器的螺栓載荷主要由兩部分組成:一是流體靜壓力產生的軸向力使法蘭分開,需克服此種端面載荷;二是為保證密封性,要在墊片或接觸面上維持足夠的壓緊力,因此螺栓大,擰緊困難。當換熱器內壓、溫度發生波動時,由于主螺栓很長,八角墊很小的變形都會使螺栓載荷發生明顯的變化,直接影響著環墊的密封效果。因此,極容易產生泄漏,尤其在裝置開停工時可能性更大。加氫高壓換熱器八角墊的材質一般采用不銹鋼。對其密封載荷分析時,密封基本寬度為環寬的1/8。預緊比壓約179 MPa,墊片系數為6.50左右。     1.3螺紋鎖緊環密封式換熱器     這種結構換熱器最早是由美國雪弗龍(Chevron)公司和日本千代田公司共同研究開發成功的。它的獨特點在于管箱部分,見圖2。由于結構上的優點,近20年來在加氫裂化和加氫脫硫裝置使用較多。當管殼程均為高壓時采用H—H型,殼程為低壓而管程為高壓時,采用H—L型。圖2為H— H型高壓換熱器的管箱結構圖。                     (1)密封結構及特點     換熱器的殼體和管箱鍛成或焊為一體,由內壓引起的軸向力通過管箱蓋和螺紋由殼體本體承受。因此,加給密封墊片的比壓小,所需要的螺栓預緊力小。它的特點是沒有主法蘭及主螺栓,壓緊墊片的壓力由裝在螺紋承壓環上的壓緊螺栓專門提供·    設備內部的壓力載荷發生波動時,不影響墊片密封,同時壓緊墊片的螺栓受力是壓縮方向的,更有利于彌補墊片回彈作用,因此密封可靠。在操作運轉過程中,如果發現管程密封處泄漏或管殼程問串漏,利用露在端面的固定螺栓和輔助固定螺栓就很容易進行在線緊固作業,消除泄漏,免去了不必要的停工及經濟損失。但這種結構較復雜,機加工件多,而且其公差與配合的要求也比較嚴格,大直徑精度要求高的螺紋加工困難。     (2)密封載荷分析     它的結構形式,使得內壓載荷與墊片載荷各自分開,流體靜壓力產生的軸向力通過螺紋鎖緊環傳到了管箱殼體上,螺栓只需供給墊片密封所需的壓緊力,使墊片的壓緊力得到保證。內壓載荷與墊片載荷形成的總載荷由端部大螺紋承受,因此螺紋鎖緊環是主要的受力元件,常采用大節距的梯形螺紋形式。它上面的大螺紋及相對應的簡體上的大螺紋承擔著全部載荷,而且載荷并非均勻地分布在每圈螺紋上,前三圈最大,局部應力峰值可高達250MPa,因此對于螺紋的加工精度尤為重要。大螺紋的加工需要有數控機床來保證。要進行全面的檢查及詳細測試。     內套筒傳遞壓緊力,使管板墊片被壓緊,另一個作用使管程的進出口隔開。墊片壓板壓緊墊片起密封作用,同時傳遞螺紋承壓環上的壓緊力;內、外固定螺栓傳遞螺栓壓緊力,起壓縮彈簧作用,對墊片起回彈補償作用。螺紋鎖緊環與壓蓋一起承受全部內壓載荷及墊片壓緊力。開口環與內部固定螺栓一起給管板的墊片第一次壓緊力。     1.4 Q形環密封式高壓換熱器     n形環密封是一種新型半可拆式密封結構,最早見于引進高壓化肥裝置。其密封由螺栓、法蘭、墊片及n環的密封焊來實現的。由于n形環具有較好的軸向變形能力(形狀像膨脹節的一個波)及密封焊本身的特點,常被用在溫度、壓力較高且有較大波動,介質為易燃易爆,密封性能要求較高的場合。國內加氫裝置在20世紀90年代初開始應用該密封形式。它的零件少,設備法蘭、主螺栓尺寸小,鋼材耗量少。     (1)密封結構及特點     如圖3所示,加工成對稱的各半形n形密封圈,先各自焊在法蘭密封面上和管板密封面上,安裝時,2個法蘭對中后,用幾個螺栓先固定,將2個密封圈組對焊成n形。再用大螺栓壓緊法蘭。另外在密封圈的周向設幾個平衡孔,將介質引入n環腔內。因此,密封壓力部分由n環腔體的膨脹來消除。這種結構有較大回彈補償,當主螺栓被拉伸較長時,超出彈性變形而不能補償時,弧形的n環可以伸縮,且伸縮值很大,有很大的補償能力。                       (2)密封載荷分析     在操作工況下,由n形密封圈膨脹消除部分液體內壓產生的軸向力載荷,大螺栓承受余下部分的軸向力載荷和壓緊墊片的載荷。因此,同八角墊密封結構相比較,螺栓載荷和直徑可以大大減小。因此,n密封圈是最重要的受力元件,它不僅承受由內壓引起的周向薄膜應力、徑向薄膜應力和徑向彎曲應力,而且承受軸向力引起的徑向薄膜應力、徑向彎曲應力。在環體和n密封圈的結合處,由于有結構變化而存在局部應力(二次應力)。所以在設計時應對n密封圈進行有限元應力分析。此外,由于工作介質的溫度和壓力經常波動,n密封圈將承受交變載荷的作用,應進行疲勞壽命核算。表2為三種高壓換熱器密封的性能比較。     2密封泄漏的原因分析     2.1八角墊密封換熱器     螺栓上壓緊力不足以保持密封比壓,是八角墊式密封換熱器泄漏的主要原因。八角墊表面粗糙度及法蘭密封面的光潔度如果低于設計要求,使得法蘭如密封面與墊片有可能達不到足夠貼合的要求,假再加上螺栓上緊力低于設計要求,將增加泄漏的可能性。另外一個影響因素是密封槽及八角墊的同心度。當直徑較大時,同心度不夠理想,也增加了泄漏的可能性。                      2.2螺紋鎖緊環式換熱器     螺紋鎖緊環式換熱器內部有4道密封環節:     (1)專用隔板從中間分成2個半圓筒,其中1個半圓筒用半圓蓋封閉,使管箱的進出口完全隔開。裝配時必須保證半圓蓋的周邊螺栓壓緊均勻;     (2)為了防止專用隔板、內法蘭的環形間隙產生短路,在進口上設置密封機構,依靠填料壓圈壓緊密封帶來維持密封;     (3)管、殼程之間的密封靠壓緊管板兩側的墊片來保證。預緊時,依靠開口環和內部固定螺栓給管板墊片預緊力。操作時,一旦發生內漏,依靠旋緊管箱壓蓋固定螺栓,通過固定環、密封盤、內套筒、內法蘭、專用隔板,把力傳遞到管板,壓緊墊片,保持密封;     (4)依靠壓緊外泄漏墊圈來保證防止介質的外泄。當介質外漏時,通過上緊螺紋鎖緊環固定螺栓,通過承壓環、密封盤,把力傳遞到外密封墊圈上。溫度及壓力的頻繁波動也是影響泄漏的因素。     2.3 Q形環式高壓換熱器     Q形環式換熱器的管板與管箱法蘭、殼體法蘭的密封采用n環密封機構,由于其連接形式的特殊保證了密封的可靠性。但是如果發生換熱器泄漏,必是Q環損壞,出現裂紋或穿孔。出現這種情況時裝置必須緊急停車。     造成Q環密封失效的原因主要有兩點:     (1)接質量差,焊縫內部有缺陷;兩個半形n環有錯邊,壁厚不均勻導致應力不均勻;     (2)螺栓上緊力不足。由于工作溫度、壓力的變化和金屬材料的蠕變,螺栓有可能產生“松弛”,當螺栓拉力如果低于內壓引起的軸向力時,兩個半形n環間的間隙增大,在n環頂焊縫處產生很大的彎曲應力,導致密封圈損壞而產生泄漏。     3 結束語     (1)高壓密封比中低壓密封設備的密封要困難得多。在密封原理和結構上有較大區別。上述三種密封原理、結構、加工制造、成本、設備維護等方面來看各有利弊,應綜合考慮。    (2)在加氫高壓換熱器的密封型式選擇時,可以依據壓力等級、殼體直徑來選擇。壓力為6—9MPa,殼體直徑小于1000 mm的密封,一般采用八角墊密封的形式;壓力大于9 MPa時采用螺紋鎖緊環式密封,而n密封環式適用于7—20 MPa高壓換熱器,且超高壓時該密封優勢明顯。      參考文獻:     【1】王志文.化工容器設計【M】.北京:化學工業出版社,]993,5.        【2】徐灝.密封fM1.北京:冶金工業出版社.1999,3.
上一篇:預應力換熱器的預應力仿真分析計算方法 下一篇:換熱器(氨氣)NH3泄漏的危害及防治措施

相關資訊

Copyright ?2008 哈雷換熱設備有限公司 All Rights Reserved. 地址:奉化外向科技園西塢金水路 電話:0086-574-88928255 傳真:0086-574-88916955
換熱器 | 板式換熱器 | 釬焊板式換熱器 | 冷卻器 | 分水器 | 地暖分水器 | B3-14B板式換熱器 | 網站地圖 | XML 浙ICP備09009252號 技術支持:眾網千尋
最新色情绪网址