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高压换热器密封浅析

文档作者：张林文档来源：中国神华煤制油鄂尔多斯煤制油分公司		点击数：	更新时间： 2024年09月21日
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2017 年08 月
综合管理
高压换热器密封浅析
张林（中国神华煤制油鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯017209）
摘要:中国神华鄂尔多斯煤制油煤直接液化项目由于介质
较为复杂，温度和压力较高，所用设备均为国内外先进设备。
其中高压换热器的采用尤能体现这一点，不仅有国内成熟的螺
纹琐紧环密封结构，还有Ω环密封结构，甚至还采用波齿垫密封
和八角垫密封。本文旨在简要论述各种密封形式，讨论各种密
封形式在实际应用中的效果和通过检修拆检对各种密封形式
一个综合考量。
关键词:高压换热器密封;螺纹琐紧环密封;Ω环密封;波齿垫
密封;八角垫密封
中国神华鄂尔多斯煤制油煤直接液化项目由于介质较为
复杂，不仅直接面临高温高压氢气、硫化氢气体的侵蚀，而且介
质中固含量较高，因此所采用设备均为国内外先进设备。其中
高压换热器的密封形式，根据不同的工况，采用了不同的密封
形式。各种密封形式达到了很好的密封效果，为煤直接液化的
正常生产奠定了坚实的基础。
煤直接液化项目工艺条件苛刻，在选择高压换热器的密封
结构时，尤为谨慎。高压换热器的密封结构不仅有国内成熟的
螺纹琐紧环密封形式，还有Ω环密封结构，甚至还采用波齿垫密
封和八角垫密封。本文旨在论述各种密封形式，讨论各种密封
形式在实际应用中的效果和通过检修拆检，对各种密封形式作
一个综合考量，为以后装置设计和建设过程中高压换热器的选
用提供一个参考。
1 高压换热器密封形式
1.1 八角垫密封
按照GB150-2011,八角垫密封是一种强制密封方式，由上、
下法兰及安装于上、下法兰槽内的八角密封垫组成，在强制力
作用下，槽侧面与八角垫的斜面相接触实现密封，斜面的倾斜
角为23度。
图1 八角垫密结构换热器示意
八角垫密封换热器密封结构简单，与低压换热器结构类
似，将固定端管板夹在壳体法兰和管箱法兰之间，用两个八角
形金属环作为密封垫片，由螺栓紧固力预紧来达到密封效果，
如图1所示。神华煤制油项目采用八角垫密封换热器一台，管
束为U型管结构。换热器管程设计压力达14MPa，壳程设计压
力达15MPa，换热器为差压设计，该换热器由抚顺机械炼化设
备有限公司制造。由于该换热器用到了尺寸较大的八角垫，在
生产波动时，易发生泄漏事故。
该类型换热器的优点是结构简单，制造、安装和检修容
易。缺点是尺寸限制，一般认为八角垫直径不能大于800mm，
这就导致了该类型换热器功率较低。装拆和维护注意事项
在设备拆装时，应均匀拆装大法兰螺栓，检修过程中，应注
意保护密封垫片及法兰密封面，勿使密封面出现径向伤痕，设
备回装时，应检查确认垫片是否能继续使用，如不能使用，更换
新垫片应该检查确认垫片材质，应按照技术要求对螺栓进行
紧固。
1.2 波齿垫密封
波齿垫密封结构与八角垫密封结构类似。将固定端管板
夹在壳体法兰和管箱法兰之间，用波齿垫作为密封垫片，由螺
栓紧固力预紧来完成密封。神华煤制油项目用的波齿垫密封
换热器一台，该换热器由中管束为浮头式结构，浮头采用T结
构，管程设计压力达15MPa，壳程设计压力达14MPa，换热器为
差压设计，该换热器由意大利Koch Heat Transfer Co. S.r.l 制
造。该换热器在系统波动时，可以达到良好的密封效果。
该类型换热器优点是结构简单，安装和检修容易。缺点是
制造精度要求高，对于法兰密封面的平面度和粗糙度有着极高
的要求，由于设备采用进口，设备成本较高。
装拆和维护注意事项
在设备拆装时，应均匀拆装。在设备检修中，应该着重保
护法兰密封面，防止出现各类损伤，设备回装时，应更换波齿垫
片，按照技术要求对螺栓进行紧固。
1.3 螺纹琐紧环密封
螺纹锁紧环换热器有两种基本形式，一种是管程高压、壳
程低压的H-L型，如图2所示；一种是管壳程都承受高压的HH
型，如图3所示。
图2 H-L 型螺纹锁紧环换热器示意环
图3 H-H 螺纹锁紧密封结构详图
1、螺纹琐紧环2、内圈压紧螺栓3、外圈压紧螺栓4、壳体5、内压环
6、外压环7、垫片压板8、管程垫片9、内套筒10、分合环
11、半月板12、内螺栓13、隔板套圈14、包裹垫片15、管板垫片
16、管板17、隔板18、支撑板
两种换热器由于不同的使用场所而有不同的结构，其中
H-L型结构简单，由于管箱和管板是一体成型，管板处的内漏
就被杜绝。在管箱处，螺纹琐紧环通过压紧垫片实现密封，在
换热器出现泄漏时，可以紧固压紧螺栓螺栓以压紧垫片来减少
泄漏。
H-H型换热器结构较为复杂，如图3所示。该类型密封结
构是由一系列的密封组件相互配合达到密封要求。该换热器
在管箱处的密封的与H-L型类似，通过螺纹锁紧环压紧垫片来
实现密封，在发生泄漏时，可以通过拧紧外圈压紧螺栓来减少
泄漏。在管板处的密封，如图3所示，主要依靠管板压紧垫片来
实现，该压紧力正常情况下由分合环顶住换热器壳体，通过内
螺栓、隔板套圈、包裹垫片传递到管板；而发现内漏后，通过拧
紧内圈压紧螺栓减少内漏之后，该压紧力由内压紧螺栓顶住螺
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万方数据
2017 年08 月
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纹琐紧环，通过垫片压板、支撑板、内套筒传递到分合环，再传
递到管板，实现密封。由于该结构换热器管壳程均为高压，管
板处所受到的力为管壳程的压力差，故所承受压力较小。
神华煤制油项目采用H-H型换热器两台，管、壳程压力可
达到13MPa，H-L 型换热器一台，壳程压力0.5MPa，管程压力
13MPa。管束均为U型管结构，煤制油项目三台换热器均为抚
顺机械炼化设备有限公司制造。该类型换热器在正常工艺波
动下，可以实现较好的密封效果，但是在反应器飞温、系统紧急
泄压等异常工况下，内泄则不可避免。
优点：密封可靠性好，在没有大螺栓的情况下实现了高压
密封。在发生内泄漏时可通过拧紧内圈螺栓，来实现再次
密封。
缺点：结构复杂，螺纹琐紧环的机加工精度高，制造难度
大。密封内件较多，检修时拆卸不方便，且需要专门工具拆
卸。内、外圈压紧螺栓长度较长，直径较小，受热后易与盖板咬
合，造成螺栓损坏。
装拆和维护注意事项
锁紧环装拆时必须采用制造厂提供的带有配重的专用工
具，防止大螺纹咬死、拉伤或损伤，影响设备使用性能；
1.4 Ω环密封
Ω环换热器是一种高压焊接密封结构，如图4示。换热器
通过一体成型管箱，省去了管板的密封，杜绝了管板处泄漏的
可能性。在换热器中段通过一道Ω环，并以螺栓压紧以实现密
封，该换热器管箱密封采用一块闭合隔板，闭合隔板四周于管
箱焊接，并以箱盖压紧实现密封。
图4 Ω环密封换热器示意
Ω环作为承压密封元件，由一对Ω形半环组焊而成，半环分
别焊在换热器壳体上，形成一组Ω环密封。Ω环作为承压密封
元件，其环壳部分直径小，壁厚2~3mm，受压能力非常好，在温
度、压力波动较大时，由于Ω环良好的轴向变形能力，结构变形
较小，是一种无泄漏密封结构。适用压力为7~20MPa。
神华煤制油项目采用的Ω环密封换热器四台，管束为高压
换热器通常采用的U型管结构，管程压力可达20MPa，壳程压力
可达19MPa。换热器为全压设计，煤制油项目四台换热器均为
意大利Koch Heat Transfer Co. S.r.l制造。
优点：Ω环机加工件较少，密封结构简单，制造及折装方便，
密封效果好。
由于管板与管箱一体成形，换热器可以单程受压，不用考
虑管板处的泄漏。
缺点：Ω环、闭合隔板加工精度较高。Ω环内存在积液，可
能造成点蚀。
注意事项
拆卸该换热器时，需要首先沿Ω环顶部切割，Ω环切割三次
后应当更换。拆卸管箱时，拆除管箱压盖之后应该沿闭合隔板
四周焊缝进行切割。
2 结语
各种类型的高压换热器在神华煤制油项目中都得到了实
际应用，在煤制油项目中，应对各种高温、高压、含固的介质，高
压换热器发挥了关键的作用。在实际应用中，各种结构的高压
换热器也得到了验证，其中Ω环密封结构在各种工艺波动具有
非常稳定的密封作用，并且通过合适的设计，价格也会较螺纹
锁紧环换热器便宜，应该成为以后高压换热器的首选。
参考文献:
[1]徐立志，韩杰八角垫密封发生的泄漏的原因初探[J] 价
值工程，2011，36~37.
[2]崔振宁，李爽高压加氢换热器密封技术分析比较[J] 化
工设备与管道，2012，49（2）：18~20.
[3]尹丹勤，杜鹏螺纹螺紧环双壳程换热器与Ω环密封结构
换热器特点比较[J] 石油化工设备技术，2004，25（2）：15~16.
(上接第39 页)
（1）手提式灭火器
手提式干粉（ 磷酸铵盐）灭火器目前我们常用的MFZ/
ABC4、MFZ/ABC5、MFZ/ABC8供货商均可满足要求，字母Z代
表驱动灭火器的压力形式为贮压式。
手提式二氧化碳灭火器目前设计常用的MT/7为市场主型，
其它规格有MT/2、MT/3、MT/5。但手提式二氧化碳灭火器常设
置于变配电室、电缆夹层、重要设备室等中危险等级场所，中危
险级灭火器最低配置基准为55B，符合该基准的规格只有
MT/7。
（2）推车式灭火器
推车式干粉（磷酸铵盐）灭火器目前市场有MFTZ/ABC20/
30/35/50/70 五种规格。根据《建筑灭火器配置设计规范》
GB50140-2005的规定，设计常选用20和50kg规格的推车式干
粉灭火器。
推车式二氧化碳灭火器目前市场有MTT/20/24/40 三种
规格。
2.10 气体/干粉灭火设备产品
气体灭火设备和干粉灭火设备通常为供货商成套供货，设
计单位提出设计参数及系统设置场所布置图，由供货商根据计
算选择可满足消防认证的消防产品。
3 影响分析
为了加快采购及项目进度，尤其是EPC项目，设计人员在
选取消防设备时应参照中国消防产品信息网已通过认证的产
品，及时调整完善设计参数，以避免因无法采购导致不必要的
设计返工。
然而，在中国消防产品信息网列出的产品目前还无法完全
满足设计要求。例如，目前大多数项目参照《石油库设计规范》
对泡沫原液1:1备量。而对于压力式比例混合装置，备用量在
火灾时无法灌装使用，需将泡沫液压力储罐的大小增加一倍，
由此对应产品的泡沫液流量范围远远大于设计用量范围。
根据《泡沫灭火系统设计规范》GB50151-2010的规定，泡
沫站应具备远程控制功能。而经过认证的压力式泡沫比例混
合装置内进水控制阀门和泡沫原液出液阀门均为手动阀门。
同样，在选择平衡式泡沫比例混合装置也会遇到难题：当
项目中有不同规模的罐区，大罐区与小罐区的泡沫液用量不在
认证产品的混合液流量范围之内，目前的常规做法是将小罐区
的储罐泡沫产生器规格变大或选择流量大的泡沫枪，以满足产
品要求。
水幕系统常用的感温雨淋阀没有认证，因此宜选用常规雨
淋阀（干式传动或湿式传动驱动）代替。
碳酸氢钠干粉灭火器和泡沫灭火器均没有认证，所以宜选
用磷酸铵盐干粉灭火器替代。
推车式二氧化碳灭火器设置于控制室、机柜间等严重危险
级场所，按照《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005的规
定严重危险等级场所最低配置基准为89B，只能选择30kg。但
市场上没有认证的30kg推车式二氧化碳灭火器。
本人资历有限，以上提到的影响分析与解决方法还有一些
不足的地方，希望大家能给予批评指正，谢谢。
参考文献：
[1]强制性产品认证实施规则灭火设备产品（CNCA-C18-
03：2014）.
[2]石油化工企业设计防火规范（GB50160-2008）.
[3]建筑灭火器配置设计规范（GB 50140-2005）.
[4]石油库设计规范（GB50074-2014）.
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