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高壓換熱器密封淺析

文檔作者：張林文檔來源：中國(guó)神華煤制油鄂爾多斯煤制油分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年09月21日
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2017 年08 月
綜合管理
高壓換熱器密封淺析
張林（中國(guó)神華煤制油鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017209）
摘要:中國(guó)神華鄂爾多斯煤制油煤直接液化項(xiàng)目由于介質(zhì)
較為復(fù)雜，溫度和壓力較高，所用設(shè)備均為國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備。
其中高壓換熱器的采用尤能體現(xiàn)這一點(diǎn)，不僅有國(guó)內(nèi)成熟的螺
紋瑣緊環(huán)密封結(jié)構(gòu)，還有Ω環(huán)密封結(jié)構(gòu)，甚至還采用波齒墊密封
和八角墊密封。本文旨在簡(jiǎn)要論述各種密封形式，討論各種密
封形式在實(shí)際應(yīng)用中的效果和通過檢修拆檢對(duì)各種密封形式
一個(gè)綜合考量。
關(guān)鍵詞:高壓換熱器密封;螺紋瑣緊環(huán)密封;Ω環(huán)密封;波齒墊
密封;八角墊密封
中國(guó)神華鄂爾多斯煤制油煤直接液化項(xiàng)目由于介質(zhì)較為
復(fù)雜，不僅直接面臨高溫高壓氫氣、硫化氫氣體的侵蝕，而且介
質(zhì)中固含量較高，因此所采用設(shè)備均為國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備。其中
高壓換熱器的密封形式，根據(jù)不同的工況，采用了不同的密封
形式。各種密封形式達(dá)到了很好的密封效果，為煤直接液化的
正常生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
煤直接液化項(xiàng)目工藝條件苛刻，在選擇高壓換熱器的密封
結(jié)構(gòu)時(shí)，尤為謹(jǐn)慎。高壓換熱器的密封結(jié)構(gòu)不僅有國(guó)內(nèi)成熟的
螺紋瑣緊環(huán)密封形式，還有Ω環(huán)密封結(jié)構(gòu)，甚至還采用波齒墊密
封和八角墊密封。本文旨在論述各種密封形式，討論各種密封
形式在實(shí)際應(yīng)用中的效果和通過檢修拆檢，對(duì)各種密封形式作
一個(gè)綜合考量，為以后裝置設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中高壓換熱器的選
用提供一個(gè)參考。
1 高壓換熱器密封形式
1.1 八角墊密封
按照GB150-2011,八角墊密封是一種強(qiáng)制密封方式，由上、
下法蘭及安裝于上、下法蘭槽內(nèi)的八角密封墊組成，在強(qiáng)制力
作用下，槽側(cè)面與八角墊的斜面相接觸實(shí)現(xiàn)密封，斜面的傾斜
角為23度。
圖1 八角墊密結(jié)構(gòu)換熱器示意
八角墊密封換熱器密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與低壓換熱器結(jié)構(gòu)類
似，將固定端管板夾在殼體法蘭和管箱法蘭之間，用兩個(gè)八角
形金屬環(huán)作為密封墊片，由螺栓緊固力預(yù)緊來達(dá)到密封效果，
如圖1所示。神華煤制油項(xiàng)目采用八角墊密封換熱器一臺(tái)，管
束為U型管結(jié)構(gòu)。換熱器管程設(shè)計(jì)壓力達(dá)14MPa，殼程設(shè)計(jì)壓
力達(dá)15MPa，換熱器為差壓設(shè)計(jì)，該換熱器由撫順機(jī)械煉化設(shè)
備有限公司制造。由于該換熱器用到了尺寸較大的八角墊，在
生產(chǎn)波動(dòng)時(shí)，易發(fā)生泄漏事故。
該類型換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝和檢修容
易。缺點(diǎn)是尺寸限制，一般認(rèn)為八角墊直徑不能大于800mm，
這就導(dǎo)致了該類型換熱器功率較低。裝拆和維護(hù)注意事項(xiàng)
在設(shè)備拆裝時(shí)，應(yīng)均勻拆裝大法蘭螺栓，檢修過程中，應(yīng)注
意保護(hù)密封墊片及法蘭密封面，勿使密封面出現(xiàn)徑向傷痕，設(shè)
備回裝時(shí)，應(yīng)檢查確認(rèn)墊片是否能繼續(xù)使用，如不能使用，更換
新墊片應(yīng)該檢查確認(rèn)墊片材質(zhì)，應(yīng)按照技術(shù)要求對(duì)螺栓進(jìn)行
緊固。
1.2 波齒墊密封
波齒墊密封結(jié)構(gòu)與八角墊密封結(jié)構(gòu)類似。將固定端管板
夾在殼體法蘭和管箱法蘭之間，用波齒墊作為密封墊片，由螺
栓緊固力預(yù)緊來完成密封。神華煤制油項(xiàng)目用的波齒墊密封
換熱器一臺(tái)，該換熱器由中管束為浮頭式結(jié)構(gòu)，浮頭采用T結(jié)
構(gòu)，管程設(shè)計(jì)壓力達(dá)15MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力達(dá)14MPa，換熱器為
差壓設(shè)計(jì)，該換熱器由意大利Koch Heat Transfer Co. S.r.l 制
造。該換熱器在系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)，可以達(dá)到良好的密封效果。
該類型換熱器優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝和檢修容易。缺點(diǎn)是
制造精度要求高，對(duì)于法蘭密封面的平面度和粗糙度有著極高
的要求，由于設(shè)備采用進(jìn)口，設(shè)備成本較高。
裝拆和維護(hù)注意事項(xiàng)
在設(shè)備拆裝時(shí)，應(yīng)均勻拆裝。在設(shè)備檢修中，應(yīng)該著重保
護(hù)法蘭密封面，防止出現(xiàn)各類損傷，設(shè)備回裝時(shí)，應(yīng)更換波齒墊
片，按照技術(shù)要求對(duì)螺栓進(jìn)行緊固。
1.3 螺紋瑣緊環(huán)密封
螺紋鎖緊環(huán)換熱器有兩種基本形式，一種是管程高壓、殼
程低壓的H-L型，如圖2所示；一種是管殼程都承受高壓的HH
型，如圖3所示。
圖2 H-L 型螺紋鎖緊環(huán)換熱器示意環(huán)
圖3 H-H 螺紋鎖緊密封結(jié)構(gòu)詳圖
1、螺紋瑣緊環(huán)2、內(nèi)圈壓緊螺栓3、外圈壓緊螺栓4、殼體5、內(nèi)壓環(huán)
6、外壓環(huán)7、墊片壓板8、管程墊片9、內(nèi)套筒10、分合環(huán)
11、半月板12、內(nèi)螺栓13、隔板套圈14、包裹墊片15、管板墊片
16、管板17、隔板18、支撐板
兩種換熱器由于不同的使用場(chǎng)所而有不同的結(jié)構(gòu)，其中
H-L型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于管箱和管板是一體成型，管板處的內(nèi)漏
就被杜絕。在管箱處，螺紋瑣緊環(huán)通過壓緊墊片實(shí)現(xiàn)密封，在
換熱器出現(xiàn)泄漏時(shí)，可以緊固壓緊螺栓螺栓以壓緊墊片來減少
泄漏。
H-H型換熱器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如圖3所示。該類型密封結(jié)
構(gòu)是由一系列的密封組件相互配合達(dá)到密封要求。該換熱器
在管箱處的密封的與H-L型類似，通過螺紋鎖緊環(huán)壓緊墊片來
實(shí)現(xiàn)密封，在發(fā)生泄漏時(shí)，可以通過擰緊外圈壓緊螺栓來減少
泄漏。在管板處的密封，如圖3所示，主要依靠管板壓緊墊片來
實(shí)現(xiàn)，該壓緊力正常情況下由分合環(huán)頂住換熱器殼體，通過內(nèi)
螺栓、隔板套圈、包裹墊片傳遞到管板；而發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏后，通過擰
緊內(nèi)圈壓緊螺栓減少內(nèi)漏之后，該壓緊力由內(nèi)壓緊螺栓頂住螺
(下轉(zhuǎn)第41 頁(yè))
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萬(wàn)方數(shù)據(jù)
2017 年08 月
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紋瑣緊環(huán)，通過墊片壓板、支撐板、內(nèi)套筒傳遞到分合環(huán)，再傳
遞到管板，實(shí)現(xiàn)密封。由于該結(jié)構(gòu)換熱器管殼程均為高壓，管
板處所受到的力為管殼程的壓力差，故所承受壓力較小。
神華煤制油項(xiàng)目采用H-H型換熱器兩臺(tái)，管、殼程壓力可
達(dá)到13MPa，H-L 型換熱器一臺(tái)，殼程壓力0.5MPa，管程壓力
13MPa。管束均為U型管結(jié)構(gòu)，煤制油項(xiàng)目三臺(tái)換熱器均為撫
順機(jī)械煉化設(shè)備有限公司制造。該類型換熱器在正常工藝波
動(dòng)下，可以實(shí)現(xiàn)較好的密封效果，但是在反應(yīng)器飛溫、系統(tǒng)緊急
泄壓等異常工況下，內(nèi)泄則不可避免。
優(yōu)點(diǎn)：密封可靠性好，在沒有大螺栓的情況下實(shí)現(xiàn)了高壓
密封。在發(fā)生內(nèi)泄漏時(shí)可通過擰緊內(nèi)圈螺栓，來實(shí)現(xiàn)再次
密封。
缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，螺紋瑣緊環(huán)的機(jī)加工精度高，制造難度
大。密封內(nèi)件較多，檢修時(shí)拆卸不方便，且需要專門工具拆
卸。內(nèi)、外圈壓緊螺栓長(zhǎng)度較長(zhǎng)，直徑較小，受熱后易與蓋板咬
合，造成螺栓損壞。
裝拆和維護(hù)注意事項(xiàng)
鎖緊環(huán)裝拆時(shí)必須采用制造廠提供的帶有配重的專用工
具，防止大螺紋咬死、拉傷或損傷，影響設(shè)備使用性能；
1.4 Ω環(huán)密封
Ω環(huán)換熱器是一種高壓焊接密封結(jié)構(gòu)，如圖4示。換熱器
通過一體成型管箱，省去了管板的密封，杜絕了管板處泄漏的
可能性。在換熱器中段通過一道Ω環(huán)，并以螺栓壓緊以實(shí)現(xiàn)密
封，該換熱器管箱密封采用一塊閉合隔板，閉合隔板四周于管
箱焊接，并以箱蓋壓緊實(shí)現(xiàn)密封。
圖4 Ω環(huán)密封換熱器示意
Ω環(huán)作為承壓密封元件，由一對(duì)Ω形半環(huán)組焊而成，半環(huán)分
別焊在換熱器殼體上，形成一組Ω環(huán)密封。Ω環(huán)作為承壓密封
元件，其環(huán)殼部分直徑小，壁厚2~3mm，受壓能力非常好，在溫
度、壓力波動(dòng)較大時(shí)，由于Ω環(huán)良好的軸向變形能力，結(jié)構(gòu)變形
較小，是一種無(wú)泄漏密封結(jié)構(gòu)。適用壓力為7~20MPa。
神華煤制油項(xiàng)目采用的Ω環(huán)密封換熱器四臺(tái)，管束為高壓
換熱器通常采用的U型管結(jié)構(gòu)，管程壓力可達(dá)20MPa，殼程壓力
可達(dá)19MPa。換熱器為全壓設(shè)計(jì)，煤制油項(xiàng)目四臺(tái)換熱器均為
意大利Koch Heat Transfer Co. S.r.l制造。
優(yōu)點(diǎn)：Ω環(huán)機(jī)加工件較少，密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造及折裝方便，
密封效果好。
由于管板與管箱一體成形，換熱器可以單程受壓，不用考
慮管板處的泄漏。
缺點(diǎn)：Ω環(huán)、閉合隔板加工精度較高。Ω環(huán)內(nèi)存在積液，可
能造成點(diǎn)蝕。
注意事項(xiàng)
拆卸該換熱器時(shí)，需要首先沿Ω環(huán)頂部切割，Ω環(huán)切割三次
后應(yīng)當(dāng)更換。拆卸管箱時(shí)，拆除管箱壓蓋之后應(yīng)該沿閉合隔板
四周焊縫進(jìn)行切割。
2 結(jié)語(yǔ)
各種類型的高壓換熱器在神華煤制油項(xiàng)目中都得到了實(shí)
際應(yīng)用，在煤制油項(xiàng)目中，應(yīng)對(duì)各種高溫、高壓、含固的介質(zhì)，高
壓換熱器發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。在實(shí)際應(yīng)用中，各種結(jié)構(gòu)的高壓
換熱器也得到了驗(yàn)證，其中Ω環(huán)密封結(jié)構(gòu)在各種工藝波動(dòng)具有
非常穩(wěn)定的密封作用，并且通過合適的設(shè)計(jì)，價(jià)格也會(huì)較螺紋
鎖緊環(huán)換熱器便宜，應(yīng)該成為以后高壓換熱器的首選。
參考文獻(xiàn):
[1]徐立志，韓杰八角墊密封發(fā)生的泄漏的原因初探[J] 價(jià)
值工程，2011，36~37.
[2]崔振寧，李爽高壓加氫換熱器密封技術(shù)分析比較[J] 化
工設(shè)備與管道，2012，49（2）：18~20.
[3]尹丹勤，杜鵬螺紋螺緊環(huán)雙殼程換熱器與Ω環(huán)密封結(jié)構(gòu)
換熱器特點(diǎn)比較[J] 石油化工設(shè)備技術(shù)，2004，25（2）：15~16.
(上接第39 頁(yè))
（1）手提式滅火器
手提式干粉（ 磷酸銨鹽）滅火器目前我們常用的MFZ/
ABC4、MFZ/ABC5、MFZ/ABC8供貨商均可滿足要求，字母Z代
表驅(qū)動(dòng)滅火器的壓力形式為貯壓式。
手提式二氧化碳滅火器目前設(shè)計(jì)常用的MT/7為市場(chǎng)主型，
其它規(guī)格有MT/2、MT/3、MT/5。但手提式二氧化碳滅火器常設(shè)
置于變配電室、電纜夾層、重要設(shè)備室等中危險(xiǎn)等級(jí)場(chǎng)所，中危
險(xiǎn)級(jí)滅火器最低配置基準(zhǔn)為55B，符合該基準(zhǔn)的規(guī)格只有
MT/7。
（2）推車式滅火器
推車式干粉（磷酸銨鹽）滅火器目前市場(chǎng)有MFTZ/ABC20/
30/35/50/70 五種規(guī)格。根據(jù)《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》
GB50140-2005的規(guī)定，設(shè)計(jì)常選用20和50kg規(guī)格的推車式干
粉滅火器。
推車式二氧化碳滅火器目前市場(chǎng)有MTT/20/24/40 三種
規(guī)格。
2.10 氣體/干粉滅火設(shè)備產(chǎn)品
氣體滅火設(shè)備和干粉滅火設(shè)備通常為供貨商成套供貨，設(shè)
計(jì)單位提出設(shè)計(jì)參數(shù)及系統(tǒng)設(shè)置場(chǎng)所布置圖，由供貨商根據(jù)計(jì)
算選擇可滿足消防認(rèn)證的消防產(chǎn)品。
3 影響分析
為了加快采購(gòu)及項(xiàng)目進(jìn)度，尤其是EPC項(xiàng)目，設(shè)計(jì)人員在
選取消防設(shè)備時(shí)應(yīng)參照中國(guó)消防產(chǎn)品信息網(wǎng)已通過認(rèn)證的產(chǎn)
品，及時(shí)調(diào)整完善設(shè)計(jì)參數(shù)，以避免因無(wú)法采購(gòu)導(dǎo)致不必要的
設(shè)計(jì)返工。
然而，在中國(guó)消防產(chǎn)品信息網(wǎng)列出的產(chǎn)品目前還無(wú)法完全
滿足設(shè)計(jì)要求。例如，目前大多數(shù)項(xiàng)目參照《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》
對(duì)泡沫原液1:1備量。而對(duì)于壓力式比例混合裝置，備用量在
火災(zāi)時(shí)無(wú)法灌裝使用，需將泡沫液壓力儲(chǔ)罐的大小增加一倍，
由此對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的泡沫液流量范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)用量范圍。
根據(jù)《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50151-2010的規(guī)定，泡
沫站應(yīng)具備遠(yuǎn)程控制功能。而經(jīng)過認(rèn)證的壓力式泡沫比例混
合裝置內(nèi)進(jìn)水控制閥門和泡沫原液出液閥門均為手動(dòng)閥門。
同樣，在選擇平衡式泡沫比例混合裝置也會(huì)遇到難題：當(dāng)
項(xiàng)目中有不同規(guī)模的罐區(qū)，大罐區(qū)與小罐區(qū)的泡沫液用量不在
認(rèn)證產(chǎn)品的混合液流量范圍之內(nèi)，目前的常規(guī)做法是將小罐區(qū)
的儲(chǔ)罐泡沫產(chǎn)生器規(guī)格變大或選擇流量大的泡沫槍，以滿足產(chǎn)
品要求。
水幕系統(tǒng)常用的感溫雨淋閥沒有認(rèn)證，因此宜選用常規(guī)雨
淋閥（干式傳動(dòng)或濕式傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)）代替。
碳酸氫鈉干粉滅火器和泡沫滅火器均沒有認(rèn)證，所以宜選
用磷酸銨鹽干粉滅火器替代。
推車式二氧化碳滅火器設(shè)置于控制室、機(jī)柜間等嚴(yán)重危險(xiǎn)
級(jí)場(chǎng)所，按照《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50140-2005的規(guī)
定嚴(yán)重危險(xiǎn)等級(jí)場(chǎng)所最低配置基準(zhǔn)為89B，只能選擇30kg。但
市場(chǎng)上沒有認(rèn)證的30kg推車式二氧化碳滅火器。
本人資歷有限，以上提到的影響分析與解決方法還有一些
不足的地方，希望大家能給予批評(píng)指正，謝謝。
參考文獻(xiàn)：
[1]強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則滅火設(shè)備產(chǎn)品（CNCA-C18-
03：2014）.
[2]石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB50160-2008）.
[3]建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50140-2005）.
[4]石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50074-2014）.
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