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柴油加氢精制高压换热器法兰密封失效分析
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　　安全分析柴油加氢精制高压密封失效分析李海三（广东省茂名市特种设备检验所，广东茂名525000）讨，并提出合适的改进措施。　　某炼油厂柴油加氢装置使用的高压换热器E201（以下简称E201）是意大利设计、生广的高温高压换热器，于1991年在该装置中投用，是柴油加氢装置的关键设备。在10年使用中共发生9起管壳法兰氢气、油气泄漏事件，严重干扰了装置的长周期安全高负荷运行。因此，其运行的可靠性对柴油加氢装置具有重大意义，尤其在当前高含硫原油量日益增加、工艺操作条件越来越苛刻、生产周期要求越来越长的形势下，解决好E201头盖密封失效的问题显得非常重要。　　E201是U型管式换热器，其基本参数见表1.&nbsp5Mo）金属平面垫片材质：TP304L，实际表1项目类别E201管程E201壳程温度（°C）设计条件水压试验（MPa）操作条件温度（°c）3法兰密封设计分析3.1结构分析E201法兰密封结构简图见。密封原理：E201平面密封属于强制密封。法兰间的密封依靠主螺栓的预紧作用，均匀地压紧垫片，使金属平垫产生适量的塑性变形而填满压紧面的高低不平处，从而起到密封的作用。与该垫片配合使用的密封面，尺寸精度要求高，表面粗糙度要求Ra1.6Pm，就密封效果而言，密封面的表面粗糙度要求和尺寸精度越高，表面质量越好，密封就越易保证。　　为使法兰力矩减小，并改善法兰受力条件，降低应力，再考虑到该设备的重要性及现场施工的不可测因素，该法兰设计上采用36个M48X680的螺栓，可使预紧力均匀地作用于法兰密封面，使法兰形成较好的密封状态。　　3.2腐蚀分析E201管箱法兰、壳程主法兰材质是优良抗高温H2+H2S型腐蚀钢材。历年的检验报告表明，该换热器管壳程及密封面未见腐蚀痕迹，安全状况等级为I级。在目前高含硫原油处理量日益增多的形势下，E201仍能良好运行。证明其设计已具有抗H2+H2S型腐蚀的优良性能。　　3.3受力分析以操作状态作受力分析，结果如表2.表2应力汇总法兰轴向应力及轴向许用应力法兰径向应力及径向许用应力法兰切向应力及切向许用应力该法兰设计使径向和切向应力相对较小，大大降低了应力水平，且所受轴向应力位于锥颈大端，优化了受力条件，确保了密封结构的可靠性。　　4密封失效分析要确定导致E201法兰密封失效的因素，就必须对历年来泄漏时工况及操作状态进行总结分析，见表3.时间工况温度状况压力状况工艺操作调整快速升温工艺操作调整快速升温装置开工快速升温快速升压氮气循环气密快速升压至69MPa炼焦化柴油，调整操作快速升温炼焦化柴油，调整操作，降量循环氢量大幅波动炼焦化柴油，调整操作大幅波动由煤油改炼柴油快速升温由煤油改炼柴油快速升温快速升压从表中数据可知，由操作温度波动引起的泄漏6次，压力波动引起的泄漏4次，故可判断，温度或压力波动是导致E201发生泄漏的主要原因。因此，必须将压力和温度对法兰密封的影响进全面分析。　　41温度对法兰连接的影响首先必须取得相关的温度数据，见表4.表4&nbspE01法兰及螺栓温度分布数据表（正东零度，面南，风向东至西，依顺时针方向测量）角度南法兰螺栓北法兰角度南法兰螺栓北法兰注：数据采集时间为2⑴43.由温度分布数据图表分析得知，管壳两法兰温度场分布不均匀，见表5.从数据分析可以看出两法兰的上半部温差都高于下半部，两法兰温差最小处都位于230°~290°310°之间，最大处都位于0°~220°之间。　　表5法兰方位南法兰北法兰角度范围温差（°C）注：温差指法兰和螺栓之间的温差。　　不匀温差的存在及材质的不同（参见表1）必定在法兰和螺栓之间引起不同的膨胀量，则必然导致法兰间距的不均匀分布，为确定温度对法兰连接的影响有必要对上述状况下的法兰间距进行测量，具体见表6.表6E201法兰间距数据表（正东零度，面南，农顺时针方向测量）法兰上部法兰下部角度（°法兰间距（cm）角度（°法兰间距（cm）注：数据采集时间为2004328由表中可清楚得出：法兰间距最大偏差为0.084mm，最大间距位于法兰下部（230°~310°）；最小间距位于法兰上部（60°~140°）。　　间距的分布和温差的分布对照分析可知：温差大的部位间距较小，温差小的部位间距较大；且正是由于温度的不均匀分布，在法兰连接中产生不同的温差场且相互制约，从而在法兰和螺栓之间产生附加的温差载荷，使螺栓预紧力发生变化并造成法兰面个部分压紧各不相同（上紧下松）以致法兰间距发生上述变化。　　由温差载荷公式法兰和螺栓材料的弹性模数法兰和螺栓的横截面积温差载荷法兰和螺栓在工况下的温度-法兰和螺栓安装时的初始温度可知温差载荷与操作温度密切相关，操作温度越高温差载荷越大，因此法兰上半部温差载荷最大，该部分螺栓预紧力也是变化最大。　　故可作如下判断：由于在正常平稳工况下法兰间距受温差载荷的影响已存在有轻微倾斜（最大间距位于法兰下部（230°~310°）最小间距位于法兰上部（60°~140°）），当操作时急速升温或温度发生大幅波动，短时间内使法兰上部温度快速上升导致温差载荷急剧增大，造成螺栓预紧力突变从而使法兰面倾斜加大引起泄漏，且泄漏部位应位于间距较大的位置。　　~310°范围内有明显油污痕迹，说明该处为泄漏部位，与判断吻合。　　42压力对法兰连接的影响泄漏记录表明压力引起的泄漏都是在具备一定温度条件下产生。　　从螺栓载荷计算可知：操作时，螺栓的拉力W等于由内压产生的轴向力Gi与垫片工作时的反作用力G2之和。　　可知，操作压力越大则螺栓的拉力就越大，螺栓就越易发生蠕变和应力滑移。特别是在一定温度的前提下，压力的大幅波动导致螺栓预紧力变动，将使法兰面压紧不均，致使在温度场下已有倾斜的法兰间距进一步扩大而导致泄漏的产生。　　5采取对策5.1科学装配该设备初次投用采用液压拉伸器进行安装，至1993年大修为止使用效果良好，而1993后采用人工安装后有泄漏存在，证明实施精确装配有助于提高承受温度及压力波动的能力。且装配须做到如下要求：严格控制拧紧力，安装垫片时必须对称交叉均匀的预紧螺栓，要求按照30%、60%、90%、iro%的力分四次上紧；安排合理的热紧，在介质温度低于200°C时至少安排一次热紧，高于200°C时至少安排两次热紧；对每次拆下的螺栓做着色检查、测试分析，并对拆卸2次以上的螺栓加大5%~10%的拧紧力。5.2结构改进正常平稳操作时密封可靠，而温度和压力发生波动导致螺栓载荷突变时即产生泄漏也证明目前使用的垫片在高温下回弹能力的不足，不能补偿温差载荷造成的预紧力的变化。　　因此可以考虑采用高温下性能优越的波齿复合垫或外加补偿元件以吸收波动引起的附加应力。　　5.3操作改进在操作设备时升温升压应尽量趋缓，要求升温速率不得大于15°C/h，操作调整中，应先升温并待参数稳定后再升压。　　高压气密在升温后进行，严格执行Cr一Mo钢升温升压顺序，高压气密应在温度升至150&nbsp~200°后进行。　　°C时压力应降至5MPa以下，温度降至100°C时压力应降至3MPa.&nbsp6结论E201法兰泄漏主要是由温度及压力波动造成。　　为确保其可靠运行可采取科学装配、安装能吸收波动载荷的高温碟簧及采取平稳操作保持工艺参数稳定等措施以提高承受温度及压力波动的能力。　　号二楼广东省茂名市特种设备检验所。　　（上接第7页）锥壳大端内表面引起的应力差变化由0到+450MPa.按照GB150基于静载的设计方法判定，450MPa&3；=489MPa结构是安定的。　　但按ASME-2设计，应考虑操作循环的组合：主应力差的变化范围=450D（D155）=605MPa&3；=489MPa结构是不安定的。　　资格的要求，一般而言，仅仅取得GB150设计人员资格或审核人员资格，而对ASME珊一2规范没有全面深刻的了解，仅靠GB150的无折边锥壳大端与圆筒连接的设计方法和设计步骤，许多情况下是不能得到正确结果的。也就是说运用该设计方法，对设计人员而言需要有应力分析设计的基本能力。　　4结语在着差异，所以，在借鉴ASME珊一2规范过程时，应系统地、全面地分析两者的差异，这对于保证GB150规范条文的正确性无疑是必要的。　　顺便提及一下，ASME珊一1无折边锥壳大端与圆筒连接（采用加强圈）的设计方法和ASMEH规范的基础相匹配，也许在GB150中采用ASMEVH一1设计方法更合理。　　度范围、设计理论基础、设计基础定义、设计载荷、设计人员资格要求等方面的差异，可以得出如下结论：GB150中采用ASMEV2无折边锥壳大端与圆筒连接的设计方法是不适宜的。使用其他账号登录
　　化工装置中机组两个相对静止的密封结合面称为一个静密封点。化工装置机组静密封点数目庞大、种类繁多，根据密封连接材料分类一般可分为螺纹连接密封点、法兰连接密封点、卡套联接密封点、机组剖分面密封点等。
1.螺纹密封
1螺纹密封原理和特点
　　螺纹连接一般包括螺栓连接、螺柱连接、螺钉连接等。密封螺纹一般都有一定的锥度，然后靠牙型变形压紧来密封，螺纹密封原理是依靠锥面密封、环状压力接触、螺牙间的挤压、变形达到密封效果。螺纹之间的贴紧保证了密封。当一对内、外锥面互相配合时，只要端面余量足够，就可用轴向位移实现结合面处的过盈。并可用提高结合面处的加工质量、增大轴向力的方法增加接触面处的接触面积和压力，从而获得更加紧密的环状压力接触区。接触区面积越大形成渗漏通道的可能性就越小，密封性能越可靠。典型的锥螺纹就是联接处最少有一圈螺纹是“咬死的”，啮合处就是密封处。
　　螺纹连接一般具有自锁性，此外螺母及螺栓头部的支撑面上的摩擦力也有防松作用，故拧紧后一般不会松脱。但在冲击、振动或变载荷作用下，以及在高温或温度变化较大时，螺纹钢之间的摩擦力会顺时减小或消失，联接就可能松动。而螺纹连接处一旦松动，就会引起密封点的泄漏，防止螺纹密封泄漏的关键就是防止螺纹连接的松动。
2螺纹密封质量控制
　　防止螺纹松动首选锥形、细牙螺纹连接，因为锥形螺纹的自锁性能好，细牙螺纹的螺距小，升角小，自锁性能也好。对于螺纹连接处一般选用四氟带或麻丝进行缠绕，进一步提高螺纹密封效果。进行螺纹连接时应先检查螺纹内、外扣是否完好，然后将四氟带或麻丝沿着旋紧反方向缠绕，缠绕厚度应适中，过厚影响螺纹连接，过薄又影响密封效果，一般缠2-3圈即可。最后用工具把紧丝扣连接点；对于螺纹连接处除用四氟带、麻丝等缠绕外还有选用螺纹密封剂涂抹的方法，一般选用厌氧型密封剂，使用时将密封剂预先均匀涂在螺纹上，然后将螺纹旋紧 ，提高密封效果。
2.法兰密封
1法兰密封原理和特点
　　法兰连接一般包括平面法兰连接、凹凸面法兰连接、隼槽面法兰连接、其它类型密封面连接。法兰密封原理是通过螺栓预紧力的作用，把两个管道密封面之间的垫片压紧，从而实现密封。一般情况下由于联接件密封面的粗糙或由于紧固件载荷的过小强所引起法兰密封失效是很少见的，较多的是因为连接螺栓预紧力不合适、垫片密封不好而泄漏。防止法兰密封泄漏的关键点是防止螺栓预紧力不符合规定、防止垫片密封不好。
2法兰密封质量控制
　　一般管路的法兰连接选用缠绕垫片，并且根据管路内介质的压力、温度、腐蚀性质等情况确定相应磅级、材质的垫片。机组油路系统的法兰连接一般选用四氟垫片或四氟包覆石棉垫片；进行法兰连接时应将法兰密封面清理干净，逐个密封面进行检查，确保密封面完好。然后开始安装垫片，安装时垫片不得装偏，法兰螺栓按照规定对角把紧，防止把偏。螺栓预紧力应符合规定，不能过大也不能过小，过大的螺栓预紧力会使垫片失去弹性，甚至把垫片压坏或挤出，预紧力过小又达不到密封效果；
　　对于榫槽面法兰密封连接，一般管路选用椭圆垫、八角垫，油路管线选用耐油橡胶圈密封，安装前同样先将密封面（椭圆垫、八角垫主要是斜面）、密封槽清理干净，然后安装相应的垫片后，法兰螺栓按照规定对角把紧，防止把偏。螺栓预紧力应符合规定。
3.卡套式联接
1卡套式联接原理及特点
　　直径在16mm以下或者1/2寸以下的铜管和不锈钢管一般采用卡套式联接。是液压、气压系统中较为理想的连接结构。卡套连接是用锁紧螺帽和丝扣管件将管材压紧于管件上，一般分为单刃口卡套式接头、双刃口卡套式接头。卡套连接密封原理是通过卡套与接头体内锥面形成线接触外密封，同时卡套的内刃口与钢管外壁也形成环形内密封，在双重密封下达到介质的不泄漏。卡套式连接具有防松的特点、适用于小管径的高压系统，不适合高温、有震动的地方。
2卡套式连接的质量控制
　　在进行卡套连接前应先检查卡套内刃有无毛刺、锈蚀、断点等缺陷，还要保证接头体锥面锥度合适，以保证安装并且不损坏卡套内刃。然后将卡套和螺母套在钢管上插入接头体，用扳手旋紧螺母5/4圈，旋紧时用力应均匀适中，让内刃均匀地咬入无缝钢管，直到卡套前端外侧与接头体锥面贴合，从而形成有效密封。旋紧螺母不能旋的太紧，以免损坏卡套。
4.机组各分面连接
1机组各分面连接的原理及特点
　　机组剖分面主要包括机体剖分面、轴承箱剖分面、端盖面等。分面密封的原理是两分面互相配合，然后通过螺栓预紧力把两个分面压紧，防止泄漏。分面连接的特点是密封基准面一般比较大，且不规则。密封难度相对较大。
2机组各分面连接的质量控制
　　分面密封对密封面的平面度和粗糙度要求较高，在进行分面密封连接时，早期有用密封条密封，现在一般不使用垫片，对于所密封介质压力不高、密封基准面大的情况下，多使用液态密封胶代替固体垫片。目前常用的密封胶有厌氧型密封胶、耐高温有机硅型密封胶、密封膏等，有些机组应使用厂家指定专用密封剂。进行平面密封时首先应使用砂纸、刮刀清理干净密封面，对几个结合面进行清洗，如有高点或损伤，应用锉刀或油石进行修理，修理过程中要注意，应纵向顺延密封线方向。需脱脂处理的用脱脂剂进行脱脂处理，检测合格后，将直径适当的密封胶涂到密封面（螺栓内测）上形成一个密封胶圈，若用促进剂处理表面，应在10分钟内把紧密封面，没有用促进剂的也要尽快把紧。螺栓把紧扭矩也必须符合要求，有需热紧要求的还需待机组升温后按要求进行紧固。在有些可以加垫的密封面，中间加垫片，两侧涂密封胶加强密封性能。
　　在生产中经常遇到一些密封点由于密封不好而发生泄漏，随着机组运行时间的增长，泄漏几率也随之增大。密封点的泄漏影响了机组的正常运行，泄漏的介质对周围环境造成了很大的污染、有些危险介质甚至造成人身伤害人，于是就要在线或停机对泄漏密封点处理，这又影响了装置的平稳生产。控制好机组静密封质量已经成为化工装置十分迫切的要求。
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&以下有关密封件贮存和清洁的指导原则适用于用天然和/或合成橡胶弹性材料制造的密封件，符合ISO&和DIN&7716中的标准化原则。DIN&9088&-&航空： 还应遵守有关弹性体产品允许贮存时间的指导原则。
下列规定符合 DIN 7716 有关贮存设施和实际
以下有关密封件贮存和清洁的指导原则适用于用天然和/或合成橡胶弹性材料制造的密封件，符合ISO&和DIN&7716中的标准化原则。DIN&9088&-&航空： 还应遵守有关弹性体产品允许贮存时间的指导原则。
下列规定符合 DIN 7716 有关贮存设施和实际贮存的要求，适用于长期贮存。对于短期贮存（六个月以内），例如生产和交付过程中持续流转材料的贮存，这些建议同样适用，但有关贮存设施和温度的建议除外；不过，产品的外观和功能不应受到损害。
在不适宜的贮存条件下，或是处理不当时，多数天然或合成橡胶制品的物理特性会发生变化。这可能会缩短使用寿命，产品也可能因为硬化或软化、永久变形、表面剥落、开裂或其他表面损伤等原因而无法使用。这些变化可以是受氧气、臭氧、热、光、潮气、溶剂等的影响而发生，也可以是产品贮存时受力或负荷所致。另一方面，弹性体产品如妥善贮存，即使存放数年，其特性也能保持不变。
上海斯将利传动机械有限公司是一家致力于高品质动力配件的公司。专业经营进口轴承,进口密封件销售， 欢迎垂询.径向轴密封件用于转动和非转动的机械零部件之间。它们由下列部分组成& 钢板（壳体）或弹性体圆柱形外覆层，它能静态密封箱体轴孔，并使密封件在箱体轴孔中达到要求的过盈度，有利于正确的安装；& 弹性体密封唇口环，对轴进行动态和静态密封。唇口有一个密封唇口，是经由压紧、切削或磨削而形成的，一般通过卡紧弹簧，以规定的径向力紧靠轴的相对面压紧。 密封唇口的唇口和轴的相对面构成径向轴密封件最重要的功能区。 向唇口的接触区提供流体动力型辅助装置，可提高唇口的密封效果。辅助装置可专为单一方向运行设计，也可为交变方向的轴转动设计。还可以提供一个额外的密封唇口，以保护密封接触面本身免受灰尘和其他细小固体杂质的侵入。在密封唇口本身（主唇口）和额外（次）唇口之间加入合适的润滑剂可减轻磨损，延缓腐蚀。 在提供流体动力型辅助装置的情况下，应该记住的是，主次唇口之间的空间可出现压力不足的现象，这将增加径向压力。 在次唇口上提供呼吸孔，可缓解这一状况。还应注意的是，穿过次唇口的杂质最终会损坏相对面区域。两个唇口之间可产生热量积聚的现象； 这会加剧过早磨损。1.径向密封 常用的径向接触式密封包括毡圈密封、油封密封、填料密封及密封环密封。由于在此类密封装置中，密封件与轴或其他配合件直接相接触，因此，在工作中不可避免的产生摩擦和磨损，并使温度升高，故一般适用于中、低速运转条件下轴承的密封。& 2.端面密封 端面接触式密封是近些年来发展很快的一种密封结构。常用的端面密封主要有金属垫圈端面密封、浮动油封密封装置和自润滑材料端面密封。 CR 34x48x8 CRW1 R &CR 68x88x8 CRW1 R &CR 84590 &CR 18785 &CR 70x110x10 CRW1 R &CR 15X30X7 HMSA10 RG &CR 210x250x20 HDS1 V &CR 7413 &CR 3025660 &CR 65X80X8 HMSA10 V & SKF
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