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1、Ω环密封结构在高压换热器中的应用郭晓岚,范熙火亘摘要:对国内外目前使用的高压换热器的密封结构、制造、检修及经济合理性等方面进行分析比较,优选了Ω环密封结构,并应用于抚顺石化分公司120万t/a催化柴油加氢精制(改质)装置5台高压换热器中,保证了密封的可靠性,节省了投资。关 键 词:换热器;密封结构;Ω密封环;应用 随着对油品质量要求的提高,加氢精制及改质技术被广泛应用,各炼油厂不断改进或新建加氢装置,该装置的操作介质为高温、高压、易燃、易爆的油气、氢气和少量硫化氢,故对高压换热器的密封要求很严,高压密封结构的设计既要满足密封性能又要便于制造、安装和检修。高压换热器密封设
2、计主要是防止高温高压有腐蚀流体的内泄和外漏,拆卸装配容易,经济合理。其密封结构特点:①为使垫片达到足够的预紧密封比压和操作密封比压,保证密封性能而不致于将垫片压溃,常采用金属环垫片,垫片和密封面的接触面尽量窄。②密封面应尽量靠近筒体内壁处,以减小法兰和主螺拴的尺寸,降低密封承压件金属质量。③若操作介质比较干净,密封元件材料具备防腐性能,应避免采用大法兰结构。④结构简单。⑤采用自紧和半自紧式密封。⑥减少密封空间。1 常见密封结构分析与比较 国内加氢精制裂化装置中的高压换热器多采用卧式U型管换热器,固定端管板采用可拆卸连接,管束可抽出进行清洗维修。这种型式的换热器的密封性能
3、好坏在于管、壳程筒体端与管板之间的密封结构选择是否合理。1.1 八角金属环垫片密封 这种密封结构是将固定端管板夹在壳体法兰和管箱法兰之间,用八角形金属环作为密封垫片,由螺栓紧固力预紧来完成密封。特点是结构简单,制造、安装和检修容易。但法兰和螺栓尺寸很大,质量大,造价高,易泄漏,已很少使用。1.2 螺纹锁紧环密封螺纹锁紧环密封结构在高温高压换热器的设计中应用较广,其密封结构见图1。 拧紧外圈螺栓,通过顶柱、固定环和垫片压板压紧垫片,实现管程密封。拧紧内法兰螺栓,通过分程套筒和管板压紧壳程垫片,实现壳程密封。在生产操作过程中,如发现壳程介质向管程泄漏,可拧紧内圈螺栓,通过
4、顶柱、压紧环、垫片压板、内套筒、内法兰、分程套筒和管板压紧壳程垫片,实现壳程垫片在线辅助压紧。这种密封结构适合于管、壳程均为高压的换热器。但结构复杂,螺纹锁紧环的机加工精度高,制造难度大,造价高。承压内件(内法兰、螺栓等)在高温高压条件下容易变形及腐蚀,在发生内泄时又要不断地拧紧螺栓,加大密封压力,使内件受损较大,检修时需要经常更换。其特点是密封螺栓较小,密封可靠性高。1.3 Ω环密封 Ω环密封结构最早见于引进的高压化肥装置中的换热器内。近几年由兰州石油机械研究所开发的Ω环设计计算方法和制造加工技术,已应用在高压加氢换热器的密封设计上。其结构型式见图2。 Ω环作为承压
5、密封元件,其环壳部分直径小,壁厚2～3mm,能承受很高的压力,介质和环境完全隔绝,是1种无泄漏密封结构。Ω环由1对Ω形半环组焊而成,半环分别焊在法兰和管板上,由于法兰和管板的刚度较大,Ω环本身具有较好的轴向变形能力,不受温度、压力波动大和结构变形不一致的影响,其密封结构简单,制造及拆装方便,密封效果好,解决了其它类型垫片可能出现的密封面失效问题,也不会因密封面变形错位而导致泄漏。适用压力为7～32MPa。Ω环突出的优点是密封比压为0,螺栓预紧力小,螺栓主要承受内压引起的轴向力,因此螺栓直径、法兰厚度和质量均减小,造价降低。若换热管结垢需清洗,则应沿Ω环顶部焊口切开,检修完
6、毕组对时再将环焊上。2 经济性比较 通过对前述3种密封结构优缺点的分析比较,我们在抚顺石化120万t/a催化柴油加氢精制(改质)装置5台加氢换热器的设计中优选了Ω环密封结构。与八角垫密封结构相比较,两者均结构简单,每吨单价相同,但Ω环无泄漏,质量小,制造费用降低45万元。与螺纹锁紧环相比,螺纹环易发生内泄漏,Ω环不会发生内泄漏。采用Ω环的5台换热器平均每台重36.5t,比采用螺纹环的换热器轻6t,可节省投资约200万元,占换热器总投资的18%。3 Ω环密封设计要求3.1 防结焦 设计中应对整个换热流程中的介质洁净度和结焦性进行控制,在原料泵前加2级管道过滤器,原料泵后
7、加自动冲洗过滤器,通过优化换热流程控制介质的换热温度,使混合原料油避开易结焦温度范围区域,减小结焦的可能。3.2 锻件要求 Ω环锻件材质0Cr18Ni10Ti,420℃的高温屈服强度为σ012≥117MPa,化学成分及其它技术要求见JB4728—2000《压力容器用不锈钢锻件》,验收级别为Ⅲ级。锻件应按GB43315—84《不锈钢硫酸2硫酸铜腐蚀试验方法》进行抗晶间腐蚀试验。3.3 制造 Ω环锻件粗加工后,按JB4730—94进行射线检查,Ⅱ级为合格。在设备法兰和管板热处理及机加工完成以后再将Ω半环分别焊在法兰密封面和管板
