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一一安全密封石油和化工设备
一年第卷
大型换热器法兰泄漏问题探讨
韩冰,赫荣鑫
.中国石油辽阳石化公司动力厂, 辽宁辽阳
.中国石油辽阳石化公司炼油厂, 辽宁辽阳
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。
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
封结构的泄漏问题。
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
题。本文对此进行分析并提出一些解决方案。题:
密封性能分析设备存在较大的温差,使法兰和螺栓产
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
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
形而填满, 阻止界面泄漏。当设备承受介质压力构需要更大的螺栓载荷, 因而螺栓规格或数量需
后, 螺栓受到拉应力而伸长,法兰密封面沿着彼要更大或更多,使法兰径向力臂加大,加之自身
此分离的方向移动,密封面与垫片之间的压紧力截面大, 因而整体刚性差,使得密封的可靠性下
下降,垫片的压缩量减少,预紧密封比压下降。降, 密封结构的泄漏率与工作压力呈线型增长关
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
密封面两侧压差形成的泄漏推动力,则法兰依然垫片失效,垫片需要较大的宽度。垫片越宽,垫
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
工装置中,这种密封结构的泄漏问题时常出现。大;
当换热器直径较大时,这种结构泄漏的可能性会直径越大,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、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