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90 化工机械 2008年
基于结构设计的大型法兰式换热器
泄漏问题解决方案
谭集艳
(中国石化集团公司洛阳石油化工工程公司)
摘要对可能造成大型法兰式换热器泄漏的原因进行了分析,重点从密封结构的设计方面提出了一
3 些可行的解决方案。
关键词换热器法兰密封泄漏结构
中图分类号 TQ051 5 文献标识码 B 文章编号 0254 6094 (2008) 02 0090 04
法兰式换热器因其结构简单、造价低廉和安的法兰密封形式和设计方法对大直径(直径- 压
装方便,在石油化工装置中的应用一直十分广泛。力组合超出现有法兰标准)换热器来说具有某些
近年来,随着装置的大型化,大型换热器(指直径先天缺陷。为简便起见,笔者仅就设计方法和法
- 压力组合较大)的使用也越来越多,大多数情兰密封结构形式两个方面进行分析。
况下,即使换热器法兰直径已超出现有的标准,但 1. 1 设计方法
人们仍倾向于采用法兰式结构,随之而来的、最棘目前换热器法兰密封设计一般采用传统的即
手的问题便是换热器密封结构的泄漏。随着健康 GB150规定的设计方法,这种方法是以应力极限
安全环保(HSE)标准的日益提高,如何解决换热为设计标准,基于应力极限的设计方法不能提供
器的泄漏也成为越来越重要的课题,笔者就此进密封性能的保证,仅能避免法兰总体的塑性变形,
行分析研究并提出了一些可行的解决方案。但对密封结构的泄漏情况没有定量的分析,因而
1 大型法兰式换热器连接结构的密封性能分析不能了解所设计结构可能泄漏的程度。
传统的法兰连接结构的密封属于强制密封。 1. 2 结构形式
法兰间的密封依靠主螺栓的预紧作用均匀地压紧传统的法兰密封结构形式通常会有下列问题:
垫片,使其产生适量的变形,垫片因变形回弹,从 a. 大直径换热器基本上会采用多管程,存在
而在垫片与法兰之间形成一道紧密的屏障,使介较大的温差,使法兰和螺栓产生较大的变形差异,
质通过这道屏障的压降必须大于或等于内压。在易造成某些部位垫片应力低于密封条件所需的最
石油化工装置中,关于换热器这种密封结构泄漏低值,导致泄漏的发生;
的问题时常出现,当换热器直径较大时,这种结构 b. 当工作压力较大时,直径大的换热器法兰因
泄漏的可能性更会增大。分析造成泄漏的原因往为需要更大的螺栓载荷,因而螺栓规格或数量需要
往是十分复杂的,操作条件(如温度压力的波动、更大或更多,使法兰径向力臂加大,加之自身截面
换热器的振动、高温高压下螺栓及垫片的应力松大,因而整体刚性差,使密封的可靠性降低,密封结
弛等) 、材料选择、结构设计和计算方法、制造质构的泄漏率与工作压力呈线型增长关系;
量、安装情况等诸多环节都可能导致泄漏的发生。 c. 由于螺栓载荷较大,为避免被过度压紧而
虽然导致密封失效的原因很多,但毫无疑问传统使垫片失效,垫片需要较大的宽度。垫片越宽,垫
谭集艳,女, 1963年 3月生,高级工程师。河南省洛阳市, 471003。
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第 35卷第 2期化工机械 91
片应力的径向均匀度越差,泄漏的可能性就越大; 2. 1. 3 基于强度和紧密度要求的密封结构设计
d. 直径越大,预紧力的均匀性也越差,某些方法[ 2 ]
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