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，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

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，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

中國神華鄂爾多斯煤制油煤直接液化項目由于介質較為復雜，溫度和壓力較高，所用設備均為國內外先進設備。其中高壓換熱器的采用尤能體現這一點，不僅有國內成熟的螺紋瑣緊環密封結構，還有Ω環密封結構，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。

高壓換熱器密封;螺紋瑣緊環密封;Ω環密封;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較為復雜，不僅直接面臨高溫高壓氫氣、硫化氫氣體的侵蝕，而且介質中固含量較高，因此所采用設備均為國內外先進設備。其中高壓換熱器的密封形式，根據不同的工況，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奠定了堅實的基礎。

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構時，尤為謹慎。高壓換熱器的密封結構不僅有國內成熟的螺紋瑣緊環密封形式，還有Ω環密封結構，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，為以后裝置設計和建設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、下法蘭槽內的八角密封墊組成，在強制力作用下，槽側面與八角墊的斜面相接觸實現密封，斜面的傾斜角為23度。

圖1 八角墊密結構換熱器示意

八角墊密封換熱器密封結構簡單，與低壓換熱器結構類似，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作為密封墊片，由螺栓緊固力預緊來達到密封效果，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型管結構。換熱器管程設計壓力達14MPa，殼程設計壓力達15MPa，換熱器為差壓設計，該換熱器由撫順機械煉化設備有限公司制造。由于該換熱器用到了尺寸較大的八角墊，在生產波動時，易發生泄漏事故。

該類型換熱器的優點是結構簡單，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，這就導致了該類型換熱器功率較低。裝拆和維護注意事項

在設備拆裝時，應均勻拆裝大法蘭螺栓，檢修過程中，應注意保護密封墊片及法蘭密封面，勿使密封面出現徑向傷痕，設備回裝時，應檢查確認墊片是否能繼續使用，如不能使用，更換新墊片應該檢查確認墊片材質，應按照技術要求對螺栓進行緊固。

1.2 波齒墊密封

波齒墊密封結構與八角墊密封結構類似。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構，浮頭采用T結構，管程設計壓力達15MPa，殼程設計壓力達14MPa，換熱器為差壓設計，該換熱器由意大利Koch Heat Transfer Co.S.r.l制造。該換熱器在系統波動時，可以達到良好的密封效果。

該類型換熱器優點是結構簡單，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，由于設備采用進口，設備成本較高。

裝拆和維護注意事項

在設備拆裝時，應均勻拆裝。在設備檢修中，應該著重保護法蘭密封面，防止出現各類損傷，設備回裝時，應更換波齒墊片，按照技術要求對螺栓進行緊固。

1.3 螺紋瑣緊環密封

螺紋鎖緊環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型螺紋鎖緊環換熱器示意環

圖3 H-H螺紋鎖緊密封結構詳圖1、螺紋瑣緊環2、內圈壓緊螺栓3、外圈壓緊螺栓4、殼體5、內壓環6、外壓環 7、墊片壓板 8、管程墊片 9、內套筒 10、分合環11、半月板12、內螺栓 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構，其中H-L型結構簡單，由于管箱和管板是一體成型，管板處的內漏就被杜絕。在管箱處，螺紋瑣緊環通過壓緊墊片實現密封，在換熱器出現泄漏時，可以緊固壓緊螺栓螺栓以壓緊墊片來減少泄漏。

H-H型換熱器結構較為復雜，如圖3所示。該類型密封結構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，通過螺紋鎖緊環壓緊墊片來實現密封，在發生泄漏時，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，該壓緊力正常情況下由分合環頂住換熱器殼體，通過內螺栓、隔板套圈、包裹墊片傳遞到管板；而發現內漏后，通過擰緊內圈壓緊螺栓減少內漏之后，該壓緊力由內壓緊螺栓頂住螺紋瑣緊環，通過墊片壓板、支撐板、內套筒傳遞到分合環，再傳遞到管板，實現密封。由于該結構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型管結構，煤制油項目三臺換熱器均為撫順機械煉化設備有限公司制造。該類型換熱器在正常工藝波動下，可以實現較好的密封效果，但是在反應器飛溫、系統緊急泄壓等異常工況下，內泄則不可避免。

優點：密封可靠性好，在沒有大螺栓的情況下實現了高壓密封。在發生內泄漏時可通過擰緊內圈螺栓，來實現再次密封。

缺點：結構復雜，螺紋瑣緊環的機加工精度高，制造難度大。密封內件較多，檢修時拆卸不方便，且需要專門工具拆卸。內、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，影響設備使用性能；

1.4 Ω環密封

Ω環換熱器是一種高壓焊接密封結構，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，并以螺栓壓緊以實現密封，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，并以箱蓋壓緊實現密封。

圖4 Ω環密封換熱器示意

Ω環作為承壓密封元件，由一對Ω形半環組焊而成，半環分別焊在換熱器殼體上，形成一組Ω環密封。Ω環作為承壓密封元件，其環殼部分直徑小，壁厚2～3mm，受壓能力非常好，在溫度、壓力波動較大時，由于Ω環良好的軸向變形能力，結構變形較小，是一種無泄漏密封結構。適用壓力為7～20MPa。

神華煤制油項目采用的Ω環密封換熱器四臺，管束為高壓換熱器通常采用的U型管結構，管程壓力可達20MPa，殼程壓力可達19MPa。換熱器為全壓設計，煤制油項目四臺換熱器均為意大利Koch Heat Transfer Co.S.r.l制造。

優點：Ω環機加工件較少，密封結構簡單，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、閉合隔板加工精度較高。Ω環內存在積液，可能造成點蝕。

注意事項

拆卸該換熱器時，需要首先沿Ω環頂部切割，Ω環切割三次后應當更換。拆卸管箱時，拆除管箱壓蓋之后應該沿閉合隔板四周焊縫進行切割。

2 結語

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用，在煤制油項目中，應對各種高溫、高壓、含固的介質，高壓換熱器發揮了關鍵的作用。在實際應用中，各種結構的高壓換熱器也得到了驗證，其中Ω環密封結構在各種工藝波動具有非常穩定的密封作用，并且通過合適的設計，價格也會較螺紋鎖緊環換熱器便宜，應該成為以后高壓換熱器的首選。

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