大型换热器法兰泄漏问题探讨.pdf

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1、60一一安全密封石20油和化工设备一10年第13卷大型换热器法兰泄漏问题探讨韩冰，赫荣鑫(1．中国石油辽阳石化公司动力厂，辽宁辽阳111003)(2．中国石油辽阳石化公司炼油厂，辽宁辽阳111003)[摘要]对大型换热器法兰泄漏原因进行了分析，对密封结构设计提出了解决方案。[关键词]换热器法兰；密封：泄漏管壳式换热器作为一种传统的换热设备，广具有某些先天缺陷。本文仅就设计方法和法兰密泛应用于工业各个领域，特别是在化工、石油、封结构形式两方面进行分析。能源等部门处于主导地位。当今科学技术的进步1．1设计方法和过程工业向大型化发展都对换热器提出了新的目前法兰密封设计一般采用GB150

2、规定的设要求，特别是换热器向高温、高压、大容量、高计方法，这种方法是以应力极限为设计标准。基效益等方向发展，管壳式换热器无论是设计理论于应力极限的设计方法，不能提供密封性能的保还是应用实践都面临着⋯系列的挑战。大型换热证，仅能避免法兰总体的塑性变形，但对密封结器(直径一压力组合较大)的使用越来越多，在构的泄漏情况没有定量的分析，因而不能了解所大多数情况下，即使法兰直径已超出现有标准，设计结构可能泄漏的程度。但仍倾向采用法兰式结构，随之而来的是设备密1．2结构形式封结构的泄漏问题。健康安全环保(HSE)标准日益提高，如何解决泄漏成为越来越重要的课传统的法兰密封结构形式通常存在下列问

3、题。本文对此进行分析并提出一些解决方案。题：(1)设备存在较大的温差，使法兰和螺栓产1密封性能分析生较大的变形差异，造成某些部位垫片应力低于传统法兰连接结构的密封属于强制密封，密封条件所需的最低值，导致泄漏发生；法兰间的密封依靠主螺栓的预紧作用均匀地压紧(2)当工作压力较大时，直径大的法兰结垫片，使法兰密封面上的凸凹不平面借助垫片变构需要更大的螺栓载荷，因而螺栓规格或数量需形而填满，阻止界面泄漏。当设备承受介质压力要更大或更多，使法兰径向力臂加大，加之自身后，螺栓受到拉应力而伸长，法兰密封面沿着彼截面大，因而整体刚性差，使得密封的可靠性下此分离的方向移动，密封面与垫片之间的压紧力

4、降，密封结构的泄漏率与工作压力呈线型增长关下降，垫片的压缩量减少，预紧密封比压下降。系；由于螺栓载荷较大，为避免被过度压紧而使如果这时密封垫片具有足够的回弹能力使之大于垫片失效，垫片需要较大的宽度。垫片越宽，垫密封面两侧压差形成的泄漏推动力，则法兰依然片应力的径向均匀度越差，泄漏的可能性就越保持良好的密封状态。反之密封失效。在石油化大；工装置中，这种密封结构的泄漏问题时常出现。当换热器直径较大时，这种结构泄漏的可能性会(3)直径越大，预紧力的均匀性也越差，某增大。造成泄漏的原因是复杂的，操作条件(如些部位因过度预紧导致垫片塑性变形而失效的可操作温度、压力波动、介质的化学物理性能)

5、、能性增加；密封面的加工愈发困难，平面度就愈螺栓预紧力、垫片密封性能、法兰密封面特征、难保证；垫片材料和尺寸的均匀性也愈难保证。法兰刚度和螺栓刚度、结构设计和计算方法、制2解决方案造质量、安装情况等诸多环节都可能导致泄漏发基于上述分析，建议换热器直径超出现有法生。虽然导致密封失效的原因很多，但毫无疑问传统的法兰密封形式和设计方法对大直径(直作者简介：韩冰(198O一)，男，黑龙江佳木斯人，本科学径一压力组合超出现有法兰标准)的换热器来说历，助理工程师，在辽阳石化分公司动力厂从事设备管理工作。第10期韩冰等大型换热器法兰泄漏问题探讨一61一兰标准时，密封结构的设计应进行特殊考虑。以

6、(1)根据工况和相关要求确定对垫片量化的下提出针对不同情况的解决方案。紧密度(泄漏率)要求；2．1传统的密封结构设计方法(2)根据紧密度要求对垫片进行泄漏试验以对于一般的泄漏率要求且直径一压力组合超确定垫片系数，并得到指定紧密度参数下最佳垫出法兰标准范围不多的情况，传统的设计方法仍片装配应力与垫片应力变化量的关系；不失为一种便捷的选择。在标准范围内，现有规(3)计算确定达到指定紧密度所需要的最佳范设计具有长期且成功的使用经验，能满足一般螺栓载荷；的要求，如果超出法兰标准范围不多，在传统设(4)计算出螺栓载荷后，法兰的强度计算仍计方法的基础上适当增加螺栓截面积及法兰力矩按常规方法进

7、行。的裕量(建议20％一30％)，并对法兰结构尺寸进这种设计方法将垫片应力与泄漏率关联，行最大限度的优化，即可较好地弥补密封设计方同时满足了强度和密封性要求，弥补了传统设计面的不足。方法缺乏密封性准则的缺陷，并对紧密度级别划2．2基于强度和刚度要求的密封结构设计方法『1分。这种设计方法比传统设计方法提供了更大的传统的设计方法是以强度破坏为失效准则，灵活性，特别对含毒性介质的工况具有重要意这种方法假设法兰为完全刚性，它应用于现有的义，能更好地满足HSE的要求。标准法兰是可靠的。当直