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高壓換熱器密封淺析

文檔作者：張林文檔來源：中國神華煤制油鄂爾多斯煤制油分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 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:中國神華鄂爾多斯煤制油煤直接液化項目由于介質(zhì)
較為復(fù)雜，溫度和壓力較高，所用設(shè)備均為國內(nèi)外先進設(shè)備。
其中高壓換熱器的采用尤能體現(xiàn)這一點，不僅有國內(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。本文旨在簡要論述各種密封形式，討論各種密
封形式在實際應(yīng)用中的效果和通過檢修拆檢對各種密封形式
一個綜合考量。
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
中國神華鄂爾多斯煤制油煤直接液化項目由于介質(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)備均為國內(nèi)外先進設(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)奠定了堅實的基礎(chǔ)。
煤直接液化項目工藝條件苛刻，在選擇高壓換熱器的密封
結(jié)構(gòu)時，尤為謹慎。高壓換熱器的密封結(jié)構(gòu)不僅有國內(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
形式在實際應(yīng)用中的效果和通過檢修拆檢，對各種密封形式作
一個綜合考量，為以后裝置設(shè)計和建設(shè)過程中高壓換熱器的選
用提供一個參考。
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，在強制力
作用下，槽側(cè)面與八角墊的斜面相接觸實現(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，用兩個八角
形金屬環(huán)作為密封墊片，由螺栓緊固力預(yù)緊來達到密封效果，
如圖1所示。神華煤制油項目采用八角墊密封換熱器一臺，管
束為U型管結(jié)構(gòu)。換熱器管程設(shè)計壓力達14MPa，殼程設(shè)計壓
力達15MPa，換熱器為差壓設(shè)計，該換熱器由撫順機械煉化設(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)波動時，易發(fā)生泄漏事故。
該類型換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和檢修容
易。缺點是尺寸限制，一般認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。裝拆和維護注意事項
在設(shè)備拆裝時，應(yīng)均勻拆裝大法蘭螺栓，檢修過程中，應(yīng)注
意保護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，應(yīng)檢查確認墊片是否能繼續(xù)使用，如不能使用，更換
新墊片應(yīng)該檢查確認墊片材質(zhì)，應(yīng)按照技術(shù)要求對螺栓進行
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。神華煤制油項目用的波齒墊密封
換熱器一臺，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)計壓力達15MPa，殼程設(shè)計壓力達14MPa，換熱器為
差壓設(shè)計，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)波動時，可以達到良好的密封效果。
該類型換熱器優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝和檢修容易。缺點是
制造精度要求高，對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)備采用進口，設(shè)備成本較高。
裝拆和維護注意事項
在設(shè)備拆裝時，應(yīng)均勻拆裝。在設(shè)備檢修中，應(yīng)該著重保
護法蘭密封面，防止出現(xiàn)各類損傷，設(shè)備回裝時，應(yīng)更換波齒墊
片，按照技術(shù)要求對螺栓進行緊固。
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所而有不同的結(jié)構(gòu)，其中
H-L型結(jié)構(gòu)簡單，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)通過壓緊墊片實現(xiàn)密封，在
換熱器出現(xiàn)泄漏時，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
實現(xiàn)密封，在發(fā)生泄漏時，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)
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萬方數(shù)據(jù)
2017 年08 月
綜合管理
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。
神華煤制油項目采用H-H型換熱器兩臺，管、殼程壓力可
達到13MPa，H-L 型換熱器一臺，殼程壓力0.5MPa，管程壓力
13MPa。管束均為U型管結(jié)構(gòu)，煤制油項目三臺換熱器均為撫
順機械煉化設(shè)備有限公司制造。該類型換熱器在正常工藝波
動下，可以實現(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：密封可靠性好，在沒有大螺栓的情況下實現(xiàn)了高壓
密封。在發(fā)生內(nèi)泄漏時可通過擰緊內(nèi)圈螺栓，來實現(xiàn)再次
密封。
缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，螺紋瑣緊環(huán)的機加工精度高，制造難度
大。密封內(nèi)件較多，檢修時拆卸不方便，且需要專門工具拆
卸。內(nèi)、外圈壓緊螺栓長度較長，直徑較小，受熱后易與蓋板咬
合，造成螺栓損壞。
裝拆和維護注意事項
鎖緊環(huán)裝拆時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、壓力波動較大時，由于Ω環(huán)良好的軸向變形能力，結(jié)構(gòu)變形
較小，是一種無泄漏密封結(jié)構(gòu)。適用壓力為7~20MPa。
神華煤制油項目采用的Ω環(huán)密封換熱器四臺，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20MPa，殼程壓力
可達19MPa。換熱器為全壓設(shè)計，煤制油項目四臺換熱器均為
意大利Koch Heat Transfer Co. S.r.l制造。
優(yōu)點：Ω環(huán)機加工件較少，密封結(jié)構(gòu)簡單，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：Ω環(huán)、閉合隔板加工精度較高。Ω環(huán)內(nèi)存在積液，可
能造成點蝕。
注意事項
拆卸該換熱器時，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，拆除管箱壓蓋之后應(yīng)該沿閉合隔板
四周焊縫進行切割。
2 結(jié)語
各種類型的高壓換熱器在神華煤制油項目中都得到了實
際應(yīng)用，在煤制油項目中，應(yīng)對各種高溫、高壓、含固的介質(zhì)，高
壓換熱器發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。在實際應(yīng)用中，各種結(jié)構(gòu)的高壓
換熱器也得到了驗證，其中Ω環(huán)密封結(jié)構(gòu)在各種工藝波動具有
非常穩(wěn)定的密封作用，并且通過合適的設(shè)計，價格也會較螺紋
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:
[1]徐立志，韓杰八角墊密封發(fā)生的泄漏的原因初探[J] 價
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)
換熱器特點比較[J] 石油化工設(shè)備技術(shù)，2004，25（2）：15~16.
(上接第39 頁)
（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)計常用的MT/7為市場主型，
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)備室等中危險等級場所，中危
險級滅火器最低配置基準為55B，符合該基準的規(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)計規(guī)范》
GB50140-2005的規(guī)定，設(shè)計常選用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)
計單位提出設(shè)計參數(shù)及系統(tǒng)設(shè)置場所布置圖，由供貨商根據(jù)計
算選擇可滿足消防認證的消防產(chǎn)品。
3 影響分析
為了加快采購及項目進度，尤其是EPC項目，設(shè)計人員在
選取消防設(shè)備時應(yīng)參照中國消防產(chǎn)品信息網(wǎng)已通過認證的產(chǎn)
品，及時調(diào)整完善設(shè)計參數(shù)，以避免因無法采購導(dǎo)致不必要的
設(shè)計返工。
然而，在中國消防產(chǎn)品信息網(wǎng)列出的產(chǎn)品目前還無法完全
滿足設(shè)計要求。例如，目前大多數(shù)項目參照《石油庫設(shè)計規(guī)范》
對泡沫原液1:1備量。而對于壓力式比例混合裝置，備用量在
火災(zāi)時無法灌裝使用，需將泡沫液壓力儲罐的大小增加一倍，
由此對應(yīng)產(chǎn)品的泡沫液流量范圍遠遠大于設(shè)計用量范圍。
根據(jù)《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50151-2010的規(guī)定，泡
沫站應(yīng)具備遠程控制功能。而經(jīng)過認證的壓力式泡沫比例混
合裝置內(nèi)進水控制閥門和泡沫原液出液閥門均為手動閥門。
同樣，在選擇平衡式泡沫比例混合裝置也會遇到難題：當(dāng)
項目中有不同規(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證，因此宜選用常規(guī)雨
淋閥（干式傳動或濕式傳動驅(qū)動）代替。
碳酸氫鈉干粉滅火器和泡沫滅火器均沒有認證，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、機柜間等嚴重危險
級場所，按照《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》GB50140-2005的規(guī)
定嚴重危險等級場所最低配置基準為89B，只能選擇30kg。但
市場上沒有認證的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指正，謝謝。
參考文獻：
[1]強制性產(chǎn)品認證實施規(guī)則滅火設(shè)備產(chǎn)品（CNCA-C18-
03：2014）.
[2]石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范（GB50160-2008）.
[3]建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范（GB 50140-2005）.
[4]石油庫設(shè)計規(guī)范（GB50074-2014）.
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