[实用新型]高压密封盖无弯矩结构

说明书

1、技术领域

本实用新型是关于高压密封盖无弯矩结构，属于机械装备工程中高压容器特别是各类反应器的物料内件进出口密封盖、人孔盖，同时适用于高压换热器管箱结构的端部密封。具体可用于石油炼制与化工、煤化工、化肥、核电设施装备等等的高温高压开口密封上，也可用于这些设备制造检验过程的超压试验工序的常温密封上。 

2、背景技术

任何压力容器均设有物料或内件进出口，为了检修、清理等工作，绝大部分压力容器也设置人孔(最小口径450mm)以方便进出，这些开孔的密封一般由法兰、垫片、密封盖以及连接螺栓和螺母等主要零部件组成。图1所示的带管箱高压管束。其中密封盖是一块周边带螺栓孔的圆形平板，中低压容器的人孔密封盖厚度不大，但高压容器人孔密封盖的厚度很大。 

相比之下，高压换热器管箱结构的端部密封盖因其直径最小800mm、一般达1200mm，远比人孔大，所以其厚度更大，有的甚至只好放弃常见的密封盖结构而采用其他复杂的密封结构。 

石油炼制与化工、煤化工、化肥装置高温高压容器和换热器的运行介质绝大部分是易燃易爆的，其开口密封是否可考是设备及装置安全运行的关键。 

(1)已有高压密封的结构功能 

自蒸汽机为代表的机械革命以来，人类没有停止过高压容器处理工艺及其密封技术，以石油炼制及化工中加氢装置的几种典型高压密封结构为代表：普通大法兰型换热器密封、图2所示的螺纹环锁紧式换热器，图3所示的Ω环密封、图4所示是一台典型的列管式浮头换热器的剖面示意图，其管箱端部密封由椭圆封头与管箱短节组焊而成，不便于对管束的检修。高温高压容器的开口密封结构应该根据不同的使用条件合理地进行选择，选用螺纹环锁紧式和Ω环密封结构型式较为合理。 

已有的几种密封结构功能简介如下。 

1)螺纹环锁紧式换热器管箱密封 

主要结构特点：如果把图4和图5管箱端部椭圆封头改为图6和图7所示的螺纹环锁紧式密封结构，则适用于高温高压换热器的检修。 

优点是：a)密封性能可靠；(b)金属用量少；(c)结构紧凑，占地面积小。具体地说， 螺栓载荷小，故螺栓小，便于拧紧；在运转中如管壳程间发生串漏有消除泄漏的手段；法兰联接点少，减少了许多可泄漏点。同钢垫圈密封结构(八角垫、椭圆垫)相比其优点：密封可靠性好，可在操作运行式上紧螺栓及时排除介质与外部的泄漏，金属耗量较少。与其他不同结构换热器螺栓大小的对比情况：在压力17.65MPa、温度430℃、内径900mm的设计条件下，法兰盖型密封的螺栓规格×数量为M85×20根，螺纹环锁紧式密封的螺栓规格×数量为M38×40根。 

缺点是：结构比较复杂，公差与配合要求较严，设计计算繁琐，机加工件较多，拆装复杂，造价昂贵；不能准确排除管壳程间介质内漏；拆卸检修复杂，管头试漏需要单独的试压壳体，不仅检修不便，而且增加设备投资成本。国外一般也只在压力高于10MPa时，才考虑采用。 

设计、使用中应注意的问题：由于它的结构复杂，在设计中务必进行仔细的计算；要保证有足够的管箱端部螺纹啮合高度(不小于6毫米)及尽量限制螺纹啮合高度的变化；管束拆装要使用专门工夹具，以保护好管箱大螺栓；使用过程务必保证管壳程间的压差不超过设计规定值；在检修中，发现有关零件的变形或损伤超过规定值时，务必及时更换。 

2)Ω环密封结构 

这是一种新型的高压换热器密封结构，在抚顺石油三厂120万吨/年加氢装置中使用了此结构的加氢换热器。以石油三厂五台加氢换热器为例，采用Ω环密封结构同螺纹锁紧环结构相比，重量减轻53.38吨，节省一次性投资360万元，达到26.7％。 

此结构与法兰金属环垫密封结构外形相似，不同的是用截面形状如同希腊字母Ω的金属环代替普通钢垫圈，见示意图8，图9是图8中壳体之间的Ω环密封结构1，图10是图8中管箱端部的Ω环密封结构2。 

结构特点：Ω环密封结构设备主螺栓具有较小的预紧和操作载荷，减小了设备法兰与主螺栓的尺寸和重量。由于Ω环密封结构特殊的连接形式保证了高压高温换热器绝对可靠的密封。 

同普遍采用的钢垫圈密封结构(八角垫、椭圆垫)、螺纹锁紧环密封结构相比，Ω环密封结构兼有两者的优点：拆卸检修方便、密封绝对可靠等特点，同时具有制造简单、造价低以及直径、压力、温度适用范围广的优势。 

3)普通大法兰型密封 

图11和图12所示是普通大法兰型人孔或换热器密封，其垫圈是金属八角垫。 

4)盖板封焊式换热器