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高壓換熱器密封淺析

文檔作者：張林文檔來源：中國神華煤制油鄂爾多斯煤制油分公司		點擊數：	更新時間： 2024年09月21日
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2017 年08 月
綜合管理
高壓換熱器密封淺析
張林（中國神華煤制油鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古鄂爾多斯017209）
摘要:中國神華鄂爾多斯煤制油煤直接液化項目由于介質
較為復雜，溫度和壓力較高，所用設備均為國內外先進設備。
其中高壓換熱器的采用尤能體現這一點，不僅有國內成熟的螺
紋瑣緊環密封結構，還有Ω環密封結構，甚至還采用波齒墊密封
和八角墊密封。本文旨在簡要論述各種密封形式，討論各種密
封形式在實際應用中的效果和通過檢修拆檢對各種密封形式
一個綜合考量。
關鍵詞:高壓換熱器密封;螺紋瑣緊環密封;Ω環密封;波齒墊
密封;八角墊密封
中國神華鄂爾多斯煤制油煤直接液化項目由于介質較為
復雜，不僅直接面臨高溫高壓氫氣、硫化氫氣體的侵蝕，而且介
質中固含量較高，因此所采用設備均為國內外先進設備。其中
高壓換熱器的密封形式，根據不同的工況，采用了不同的密封
形式。各種密封形式達到了很好的密封效果，為煤直接液化的
正常生產奠定了堅實的基礎。
煤直接液化項目工藝條件苛刻，在選擇高壓換熱器的密封
結構時，尤為謹慎。高壓換熱器的密封結構不僅有國內成熟的
螺紋瑣緊環密封形式，還有Ω環密封結構，甚至還采用波齒墊密
封和八角墊密封。本文旨在論述各種密封形式，討論各種密封
形式在實際應用中的效果和通過檢修拆檢，對各種密封形式作
一個綜合考量，為以后裝置設計和建設過程中高壓換熱器的選
用提供一個參考。
1 高壓換熱器密封形式
1.1 八角墊密封
按照GB150-2011,八角墊密封是一種強制密封方式，由上、
下法蘭及安裝于上、下法蘭槽內的八角密封墊組成，在強制力
作用下，槽側面與八角墊的斜面相接觸實現密封，斜面的傾斜
角為23度。
圖1 八角墊密結構換熱器示意
八角墊密封換熱器密封結構簡單，與低壓換熱器結構類
似，將固定端管板夾在殼體法蘭和管箱法蘭之間，用兩個八角
形金屬環作為密封墊片，由螺栓緊固力預緊來達到密封效果，
如圖1所示。神華煤制油項目采用八角墊密封換熱器一臺，管
束為U型管結構。換熱器管程設計壓力達14MPa，殼程設計壓
力達15MPa，換熱器為差壓設計，該換熱器由撫順機械煉化設
備有限公司制造。由于該換熱器用到了尺寸較大的八角墊，在
生產波動時，易發生泄漏事故。
該類型換熱器的優點是結構簡單，制造、安裝和檢修容
易。缺點是尺寸限制，一般認為八角墊直徑不能大于800mm，
這就導致了該類型換熱器功率較低。裝拆和維護注意事項
在設備拆裝時，應均勻拆裝大法蘭螺栓，檢修過程中，應注
意保護密封墊片及法蘭密封面，勿使密封面出現徑向傷痕，設
備回裝時，應檢查確認墊片是否能繼續使用，如不能使用，更換
新墊片應該檢查確認墊片材質，應按照技術要求對螺栓進行
緊固。
1.2 波齒墊密封
波齒墊密封結構與八角墊密封結構類似。將固定端管板
夾在殼體法蘭和管箱法蘭之間，用波齒墊作為密封墊片，由螺
栓緊固力預緊來完成密封。神華煤制油項目用的波齒墊密封
換熱器一臺，該換熱器由中管束為浮頭式結構，浮頭采用T結
構，管程設計壓力達15MPa，殼程設計壓力達14MPa，換熱器為
差壓設計，該換熱器由意大利Koch Heat Transfer Co. S.r.l 制
造。該換熱器在系統波動時，可以達到良好的密封效果。
該類型換熱器優點是結構簡單，安裝和檢修容易。缺點是
制造精度要求高，對于法蘭密封面的平面度和粗糙度有著極高
的要求，由于設備采用進口，設備成本較高。
裝拆和維護注意事項
在設備拆裝時，應均勻拆裝。在設備檢修中，應該著重保
護法蘭密封面，防止出現各類損傷，設備回裝時，應更換波齒墊
片，按照技術要求對螺栓進行緊固。
1.3 螺紋瑣緊環密封
螺紋鎖緊環換熱器有兩種基本形式，一種是管程高壓、殼
程低壓的H-L型，如圖2所示；一種是管殼程都承受高壓的HH
型，如圖3所示。
圖2 H-L 型螺紋鎖緊環換熱器示意環
圖3 H-H 螺紋鎖緊密封結構詳圖
1、螺紋瑣緊環2、內圈壓緊螺栓3、外圈壓緊螺栓4、殼體5、內壓環
6、外壓環7、墊片壓板8、管程墊片9、內套筒10、分合環
11、半月板12、內螺栓13、隔板套圈14、包裹墊片15、管板墊片
16、管板17、隔板18、支撐板
兩種換熱器由于不同的使用場所而有不同的結構，其中
H-L型結構簡單，由于管箱和管板是一體成型，管板處的內漏
就被杜絕。在管箱處，螺紋瑣緊環通過壓緊墊片實現密封，在
換熱器出現泄漏時，可以緊固壓緊螺栓螺栓以壓緊墊片來減少
泄漏。
H-H型換熱器結構較為復雜，如圖3所示。該類型密封結
構是由一系列的密封組件相互配合達到密封要求。該換熱器
在管箱處的密封的與H-L型類似，通過螺紋鎖緊環壓緊墊片來
實現密封，在發生泄漏時，可以通過擰緊外圈壓緊螺栓來減少
泄漏。在管板處的密封，如圖3所示，主要依靠管板壓緊墊片來
實現，該壓緊力正常情況下由分合環頂住換熱器殼體，通過內
螺栓、隔板套圈、包裹墊片傳遞到管板；而發現內漏后，通過擰
緊內圈壓緊螺栓減少內漏之后，該壓緊力由內壓緊螺栓頂住螺
(下轉第41 頁)
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萬方數據
2017 年08 月
綜合管理
紋瑣緊環，通過墊片壓板、支撐板、內套筒傳遞到分合環，再傳
遞到管板，實現密封。由于該結構換熱器管殼程均為高壓，管
板處所受到的力為管殼程的壓力差，故所承受壓力較小。
神華煤制油項目采用H-H型換熱器兩臺，管、殼程壓力可
達到13MPa，H-L 型換熱器一臺，殼程壓力0.5MPa，管程壓力
13MPa。管束均為U型管結構，煤制油項目三臺換熱器均為撫
順機械煉化設備有限公司制造。該類型換熱器在正常工藝波
動下，可以實現較好的密封效果，但是在反應器飛溫、系統緊急
泄壓等異常工況下，內泄則不可避免。
優點：密封可靠性好，在沒有大螺栓的情況下實現了高壓
密封。在發生內泄漏時可通過擰緊內圈螺栓，來實現再次
密封。
缺點：結構復雜，螺紋瑣緊環的機加工精度高，制造難度
大。密封內件較多，檢修時拆卸不方便，且需要專門工具拆
卸。內、外圈壓緊螺栓長度較長，直徑較小，受熱后易與蓋板咬
合，造成螺栓損壞。
裝拆和維護注意事項
鎖緊環裝拆時必須采用制造廠提供的帶有配重的專用工
具，防止大螺紋咬死、拉傷或損傷，影響設備使用性能；
1.4 Ω環密封
Ω環換熱器是一種高壓焊接密封結構，如圖4示。換熱器
通過一體成型管箱，省去了管板的密封，杜絕了管板處泄漏的
可能性。在換熱器中段通過一道Ω環，并以螺栓壓緊以實現密
封，該換熱器管箱密封采用一塊閉合隔板，閉合隔板四周于管
箱焊接，并以箱蓋壓緊實現密封。
圖4 Ω環密封換熱器示意
Ω環作為承壓密封元件，由一對Ω形半環組焊而成，半環分
別焊在換熱器殼體上，形成一組Ω環密封。Ω環作為承壓密封
元件，其環殼部分直徑小，壁厚2~3mm，受壓能力非常好，在溫
度、壓力波動較大時，由于Ω環良好的軸向變形能力，結構變形
較小，是一種無泄漏密封結構。適用壓力為7~20MPa。
神華煤制油項目采用的Ω環密封換熱器四臺，管束為高壓
換熱器通常采用的U型管結構，管程壓力可達20MPa，殼程壓力
可達19MPa。換熱器為全壓設計，煤制油項目四臺換熱器均為
意大利Koch Heat Transfer Co. S.r.l制造。
優點：Ω環機加工件較少，密封結構簡單，制造及折裝方便，
密封效果好。
由于管板與管箱一體成形，換熱器可以單程受壓，不用考
慮管板處的泄漏。
缺點：Ω環、閉合隔板加工精度較高。Ω環內存在積液，可
能造成點蝕。
注意事項
拆卸該換熱器時，需要首先沿Ω環頂部切割，Ω環切割三次
后應當更換。拆卸管箱時，拆除管箱壓蓋之后應該沿閉合隔板
四周焊縫進行切割。
2 結語
各種類型的高壓換熱器在神華煤制油項目中都得到了實
際應用，在煤制油項目中，應對各種高溫、高壓、含固的介質，高
壓換熱器發揮了關鍵的作用。在實際應用中，各種結構的高壓
換熱器也得到了驗證，其中Ω環密封結構在各種工藝波動具有
非常穩定的密封作用，并且通過合適的設計，價格也會較螺紋
鎖緊環換熱器便宜，應該成為以后高壓換熱器的首選。
參考文獻:
[1]徐立志，韓杰八角墊密封發生的泄漏的原因初探[J] 價
值工程，2011，36~37.
[2]崔振寧，李爽高壓加氫換熱器密封技術分析比較[J] 化
工設備與管道，2012，49（2）：18~20.
[3]尹丹勤，杜鵬螺紋螺緊環雙殼程換熱器與Ω環密封結構
換熱器特點比較[J] 石油化工設備技術，2004，25（2）：15~16.
(上接第39 頁)
（1）手提式滅火器
手提式干粉（ 磷酸銨鹽）滅火器目前我們常用的MFZ/
ABC4、MFZ/ABC5、MFZ/ABC8供貨商均可滿足要求，字母Z代
表驅動滅火器的壓力形式為貯壓式。
手提式二氧化碳滅火器目前設計常用的MT/7為市場主型，
其它規格有MT/2、MT/3、MT/5。但手提式二氧化碳滅火器常設
置于變配電室、電纜夾層、重要設備室等中危險等級場所，中危
險級滅火器最低配置基準為55B，符合該基準的規格只有
MT/7。
（2）推車式滅火器
推車式干粉（磷酸銨鹽）滅火器目前市場有MFTZ/ABC20/
30/35/50/70 五種規格。根據《建筑滅火器配置設計規范》
GB50140-2005的規定，設計常選用20和50kg規格的推車式干
粉滅火器。
推車式二氧化碳滅火器目前市場有MTT/20/24/40 三種
規格。
2.10 氣體/干粉滅火設備產品
氣體滅火設備和干粉滅火設備通常為供貨商成套供貨，設
計單位提出設計參數及系統設置場所布置圖，由供貨商根據計
算選擇可滿足消防認證的消防產品。
3 影響分析
為了加快采購及項目進度，尤其是EPC項目，設計人員在
選取消防設備時應參照中國消防產品信息網已通過認證的產
品，及時調整完善設計參數，以避免因無法采購導致不必要的
設計返工。
然而，在中國消防產品信息網列出的產品目前還無法完全
滿足設計要求。例如，目前大多數項目參照《石油庫設計規范》
對泡沫原液1:1備量。而對于壓力式比例混合裝置，備用量在
火災時無法灌裝使用，需將泡沫液壓力儲罐的大小增加一倍，
由此對應產品的泡沫液流量范圍遠遠大于設計用量范圍。
根據《泡沫滅火系統設計規范》GB50151-2010的規定，泡
沫站應具備遠程控制功能。而經過認證的壓力式泡沫比例混
合裝置內進水控制閥門和泡沫原液出液閥門均為手動閥門。
同樣，在選擇平衡式泡沫比例混合裝置也會遇到難題：當
項目中有不同規模的罐區，大罐區與小罐區的泡沫液用量不在
認證產品的混合液流量范圍之內，目前的常規做法是將小罐區
的儲罐泡沫產生器規格變大或選擇流量大的泡沫槍，以滿足產
品要求。
水幕系統常用的感溫雨淋閥沒有認證，因此宜選用常規雨
淋閥（干式傳動或濕式傳動驅動）代替。
碳酸氫鈉干粉滅火器和泡沫滅火器均沒有認證，所以宜選
用磷酸銨鹽干粉滅火器替代。
推車式二氧化碳滅火器設置于控制室、機柜間等嚴重危險
級場所，按照《建筑滅火器配置設計規范》GB50140-2005的規
定嚴重危險等級場所最低配置基準為89B，只能選擇30kg。但
市場上沒有認證的30kg推車式二氧化碳滅火器。
本人資歷有限，以上提到的影響分析與解決方法還有一些
不足的地方，希望大家能給予批評指正，謝謝。
參考文獻：
[1]強制性產品認證實施規則滅火設備產品（CNCA-C18-
03：2014）.
[2]石油化工企業設計防火規范（GB50160-2008）.
[3]建筑滅火器配置設計規范（GB 50140-2005）.
[4]石油庫設計規范（GB50074-2014）.
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