不锈钢膨胀石墨金属缠绕垫片因其自身所具有的独特性能,在石油化工装置各密封部位的应用越来越多,换热器浮头盖处的密封应用就是一个典型事例。这种垫片的比压较低,其y=39·2MPa,m=2.5～3(5)。可压缩量较大,即近1.5mm(4】。鉴于此种特性,当换热器管程试压时,浮头盖法兰螺栓不需要很大的把紧力即可达到良好的密封。此时垫片比压亦不很大,仍有较大的可压缩量;但壳程试压时浮头盖外表面受到均匀压力的作用,浮头垫片便再次受压而变薄,螺栓把紧载荷下降,以致有可能引起全部螺栓松动的发生。壳程卸压后由于垫片的回弹能力有限而使其比压不足,进而使密封失效。我们在镇海第二套250Zi吨/年常减压装置的施工中,就曾出现过此问题。 通常,这种密封失效难以被人们发现,壳程试压时虽然会使浮头螺栓松动,但此时浮头盖在试验压力的作用下,垫片仍有较大的比压,壳程试压介质一般不会通过浮头垫片漏到膂程去。壳程试压可能已使浮头密封失效,但此时试压工作已经结束,一般很少有人-j;去检查浮头的密封情况,所以问题不易发现。 1.试验与计算 为说明其问题,现以FB800。180’40一4型换热器为例进行分析。该换热器设计压力p和水压试验压力pT分别为4和6 MPa,垫片内环内径Dl=766mm,浮头垫片的内、外径D2和.D3分别为770和790mm,垫片的中间窄带宽度6l=10ram,厚度8 0=4.5mm,比压力y=39.2MPa,最大可压缩量Ab。.。≈1.3mm(受内环的限制),垫片系数m。2.5～3。 垫片内环为书3.2mm的不锈钢丝(1Crl8Ni9)绕成,垫片缠绕钢带材质为1Crl8Ni9,厚度O·15mm,硬度<HBl90。缠绕钢带中间夹膨胀石墨。 (1)试验;在浮头垫片未受压变形时测得浮头法兰端面与钩圈端面的平均尺寸(测24点的平均值,下同)为162.36mm。然后均匀把紧浮头螺栓,使浮头法兰端面与钩圈端面的平均尺寸变为161.62mm,垫片的压缩量为81:162·36—161·62:O.74mm。按照文献[4]中“窄2—1”垫片的试验数据,用内差法算得此时垫片的预紧比压al≈42.4MPa。然后做管程试压,试验压力达到6MPa,保压30分钟无泄漏现象,卸压。再安装外头盖进行壳程试压,试验压力达到6MPa,保压30分钟无降压外漏现象。卸压后将外头盖拆除检查浮头情况,发现浮头螺栓大部分已松动,密封失效。 (2)计算s①浮头盖外侧承受水压试验压力pT的有效面积:彳1=“(.Ds/2)0=489918.5ramz②水压试验压力pt对浮头盖的作用力:F=加彳-=293951lN,③浮头垫片的承压面积s么2=Ⅱ[(.D8/2)。一(D2/2)0]+6lD2=321 92ram。J④只考虑水压试验加对浮头作用时(不考虑螺栓把紧力)垫片单位面积所承受的比压力。a z=F/彳z=91.312MPa,⑤根据文献[4]中“窄2—1”垫片的试验数据,用内差法进行计算,当垫片承受a:=91.312MPa的预紧比压力时,垫片的压缩量6 2≈1.064ram。 (3)结果分析t从试验与计算结果来看,当浮头垫片实际压缩量6l=O.74ram,预紧比压al≈42.4MPa时,管程试压pT=6MPa即可获得良好的密封效果。但壳程试压时浮头盖外表面承受的均匀分布压力,使浮头垫片承受了02=91.312MPa较大的预紧比压力,此时浮头垫片的压缩量62≈1.064m rs.。可见,o z>al这便是造成壳程试压后浮头螺栓松动,以致引起密封失效的原因。也就是说,浮头垫片在较大比压力作用下而使其变薄后引起密封失效的。但需指出的是.并非每台换热器都会出现上述失效问题,如预紧浮头螺栓时预紧比压较大,能使垫片产生较大的压缩量,垫片内环承担了所施加的载荷。这时就不会出现上述问题。 c 2.结语 r 为解决上述问题,笔者建议应采取以下措施·①把紧浮头螺栓时加大其预紧力,给垫片以较大的预紧比压力和压缩量,使垫片内环承担所施加的载荷,垫片厚度就不再随比压力的增加而变化,②亮程试压时控制壳程与管程的压差,降低浮头垫片的二次受压力。但应注意的是,上压时管程先上,壳程后上,卸压时壳程先卸,管程后卸。一般换热器的操作压力要比水压试验压力低得多,尽管这种垫片的高温回弹能力较好,正常操作时要比水压试验时的情况要好得多,但最好还是经计算后确认。 我们在镇海的现场施工中,在征得建设单位的同意后,对用该垫片的浮头换热器壳程试压,采取了控制壳程与管程压差(O.5MPa)的措施,使该装置一次试车成功。产品经化验分析,确认其密封是可靠的。该设备运行一周期停工检修中用上述同样的方法试压。也得到了满意的效果。换热器浮头盖中不锈钢膨胀石墨缠绕垫片的密封性能@厉学臣$中国石油化工总公司第三建设公司!浙江镇海 技术员浮头式换热器;;石墨缠绕垫片;;密封比压不锈钢膨胀石墨金属缠绕垫片以它独特的性能而被广泛应用,但在换热器浮头盖密封应用中也因比压较低,可压缩量较大而存在一定问题。笔者从施工实际问题出发,通过试验和计算,提出了解决该问题的建议。