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）

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）

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。

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。

[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.