[实用新型]多面高压密封结构

说明书

本实用新型属一般机械工程类，涉及到设备密封技术领域。

换热器是石油、化工等生产中广泛使用的单元设备之一。列管换热器作为其一由于结构紧凑、制造工艺成熟、承压能力高、适应性强等特点，至今仍获得广泛应用。然而在高压下，如何保证列管换热器的密封可靠，一直是人们所关注的问题。通常用的密封结构是将列管束固定在管板上，管板又和管壳整体连接，管板外缘设有法兰，通过螺栓螺帽与端盖紧固，端盖与管板之间采用垫片密封，当列管束管内因赃物堵塞而须清洗时，或更换列管时，一般将螺栓、螺帽拆卸后，卸下端盖便可进行。但列管束管间因介质不洁而结垢和脏物堵塞时，影响传热和介质流动必须进行清理或检修就相当困难了，一般只能通过介质置换清洗，但不彻底，有时，只好切割换热器器壁才能清洗检修，影响了设备受压强度，给生产带来诸多不便。

本实用新型的目的是为了克服上述存在缺陷而提出了一种可将管板和壳体拆卸分离便于清洗和检修的密封结构。

本实用新型的技术方案是将管板和管板外缘法兰分离，见图一所示。管板与列管束固定连接，法兰与外壳固定连接，管板与法兰不连接。管板（列管束）固定借助卡环挂放在法兰台阶上，通过金属垫压紧而用螺栓螺帽紧固。金属垫可用环形椭园垫、园形垫和多面垫，此金属垫可实现一垫二封，即用一个金属垫可将端盖与法兰之间和法兰与管板之间两处进行密封，由于法兰（与壳体连接）与管板（与列管束连接）分离能使列管束能抽出壳体外，便于清洗、检修。

采用椭园垫、园形垫或多面垫的金属垫实现一垫二封的机理是利用端盖上形成的梯形槽和法兰内坡口和管板外坡口形成梯形槽的两个侧面与金属垫形成线（或窄面）接触而实现密封的。为了实现密封紧密和回弹性，在金属垫的两侧接触密封面上增加一金属软片，以共同补偿卡环热胀冷缩变形量和消除剪切应力。卡环尺寸、材质和金属垫外套的金属软片材质和厚度，尺寸均经过计算和实验确定。

下面通过实施例进一步阐明本实用新型结构及特点：

图一为以八角垫为金属密封垫的卡环密封结构（是多面高压密封结构中的一种）示意图。图一中，1－螺帽；2－螺栓，用以紧固端盖3与法兰7；3－端盖，密封端面有一环形梯形沟槽，用于嵌装金属垫4；4－金属密封垫，此为八角垫；5－卡环，尺寸、材质根据计算和实验确定；6－列管束，焊接或胀接固定在管板8上；7－法兰，与壳体焊接；8－管板，管板8外缘上端有一斜坡口，管板8外缘中间有一矩形沟槽，用于放置卡环5用。图一中，金属密封热4形状可制成圆环形横截面为八角形状，此垫也可作成六角形状，十二角形状等多角形状，同时，此垫也可作成椭园垫成园形垫。此垫在组装时，在上、下两端密封的端面套以环形金属软片，材质可用铝或不锈钢等根据密封的介质确定，金属软片厚度经过计算和实验确定。图一中端盖3的密封端面上有一梯形沟槽，供金属密封垫4上端密封用。管板8上端外缘有一斜坡口，法兰7上端内缘也有一斜坡口，此两斜坡口构成下梯形沟槽，供金属密封垫4下端密封用。图一中卡环5形状是由横截面为正方形或矩形的二个半圆卡环组合而成整圆环状，卡环5尺寸大小和材质及与卡环槽之间的间隙量是关键尺寸，也必须通过应力、变形分析计算和实验确定。组装设备时，先将装有管束6的管板8套入设备内，使管板8露出法兰7上端外部，将卡环5两半装嵌在管板8外缘的矩形沟槽中，然后将管板8放下，使管板8通过卡环5架在法兰7的台阶上，然后将两端套有金属软片的金属密封垫4装入管板8与法兰7之间的梯形槽之间，最后将端盖3盖上，使端盖3上梯形沟槽与金属密封垫4吻合，拧紧螺栓2螺帽1即安装完毕。

本实用新型特点之一是实现一垫二封，即通过一个金属密封垫4使端盖3与法兰7之间和法兰7与管板8之间同时密封。本实用新型特点之二是管板8与法兰7分开不连接，而通过卡环5和金属密封垫4固定和密封，在停车检修时，可装拆，将管束和管板抽出设备外进行清洗和检修。本实用新型特点之三是金属密封垫4（多面密封垫）与端盖3、法兰7、管板8的密封接触为线或窄面接触，克服了密封面易泄漏，接触好，而承受压力高，所用螺栓不大，密封可靠，节约成本。

本实用新型通过用八角垫形式的模拟试验装置进行试验验证，效果良好，并在小化肥厂软水加热器的设计中采用。其使用条件为：使用压力30.2MPa；使用温度：管程170℃，壳程110℃；使用介质：管程：NH₃、N₂、H₂、CH₄、A₂等气体；壳程：软水或冷却水。

本实用新型不仅能应用于石油、化工生产中作列管热交换器密封，而且也可在造纸、冶金、编织等其他行业中任何设备、容器密封。特别适用温度和压力联合作用而波动较剧，介质渗透性大或渗漏有危险性场合。