《CO变换炉进料换热器静密封失效原因分析及对策》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CO变换炉进料换热器静密封失效原因分析及对策（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、CO变换炉进料换热器静密封失效原因分析及对策?22?江西石油化工第20卷第1期2021年CO变换炉进料换热器静密封失效原因分析及对策马自成中石化股份九江分公司机动处江西九江332004摘要:九江化肥合成氨装置120变换王段交换炉进料换热器管箱内外侧静密封结构频繁泄渭失效,通过分析计算,找到了泄渭原因,对此密封结构进行了改良,取得了良好效果.关键词:换热器静密封波齿复合垫失效分析前言九江化肥合成氨装置中CO变换工段变换炉进料换热器(AEA301),由韩国HYUNDAI公司制造,H的CO变换炉进口原料气,管板与法兰密封为榫用以来管板内外侧密封面屡次发生泄漏,泄漏的原料气有毒,易燃,高压,带压堵漏困
2、难,严重影响化肥装置的安稳长满优运行.为维持生产,2000年1月将管箱内外侧法兰密封面进行了封焊处理,采用这种方法虽然堵住了泄漏,但给该设备日彻底解决此类泄漏问题,必须从分析造成该静密表I.表1AEA301主要技术参数1管板内外侧静密封结构失效原因分析造成换热器泄漏的原因有多种,归纳起来主要有:(I)CO变换工段变换炉进料换热器封头尺寸较大,安装过程中螺栓力不均匀,容易产生张口,当张口量超过0.3mm时,容易产生泄漏.(2)垫片安装不到位导致泄漏.(3)法兰的密封面不完整,存在径向沟槽或密封外表不清洁存在异物等会影响法兰密封效果产生泄漏.(4)垫片选择及密封结构的不合理也会影响法兰密封效果产生
3、泄漏.从CO变换工段变换炉进料换热器的泄漏情况来看,不存在由于法兰的密封面不完整,存在径向沟槽或密封外表不清洁存在异物等原因造成的泄漏.该设备泄漏后起初在安装质量上找原因,但在保证安装质量前提下,该设备密封效果仍然情况看,问题可能出在垫片选择及密封结构的合理性上.为此,有必要对原密封结构进行分析核算,具体如下.AEA301管壳程的密封形式均为榫槽结构.密封结构主要参数:垫片是实心平金属垫,尺收稿日期:20071211.于石油大学化机专业,现就职于九江分公司机动处,从事设备管理工作.第1期马自成?CO变换炉进料换热器静密封失效原因分析及对策?23?寸为148814623;垫片材质为5Cr一0.5
4、Mo;(取螺栓根直径);螺拴总数为32个;法兰材质为A336一Fll;设计压力分别为,壳程P1=5.8MPa,管程P:=5.8MPa;设计温度分别为,管程430C,壳程390C.密封结构见图1.原设计堵l处理后图1AEA301密封结构对实心平金属垫其垫片系数m=6,垫片预.根据垫片尺寸可得到垫片实际宽度N=13mm;根据榫槽面密封形式,可得到垫片根本宽度b.=(+t)/2=(13+=2.53/60=7.156mm,垫片压紧力作用的中心圆直径DG=1475mm.对于管程平金属垫,为保证操作时密封不漏,要求的最小螺栓载荷为:=xr/4DP2+2,rrDGbmP2=12212374N(1)式(1)中
5、:为保证管程操作不漏所需最小螺栓载荷,N;Dc为垫片压紧力作用的中心圆直径,DG=1475mm;P2为管程设计压力,P2=5.8MPa;b为垫片有效宽度,b=7.156mm;m为实心平金属垫垫片系数.m=6.对于壳程平金属垫,为保证操作时密封不漏,要求的最小螺栓载荷为:=xr/4DP1+2,rrDGbmP1=12212374N(2)式(2)中:为保证壳程操作不漏所需最小螺栓载荷,N;Dc为垫片压紧力作用的中心圆直径,Dc=1475mm;P2为管程设计压力,P2=5.8MPa;b为垫片有效宽度,b=7.156mm;m为实心平金属垫垫片系数,m=6.根据韩国HYUNDM公司所提供的质量保证书可查得
6、螺栓许用应力叮6=172MPa,叮=171MPa,计算得到室温及设计温度下螺栓所能够提供的总螺栓力分别为:(1)室温下:F20=xr/4d:n叮b=14111739.52N(3)式(3)中:F加为室温下螺栓所能够提供的总螺栓力,N;d6为螺栓根部直径,d6=57.15ram;n为螺拴总数,n=32.(2)设计温度下:F430=,4皖n叮占430=14029694.52N(4)式(4)中:F枷为设计温度下螺栓所能够提供的总螺栓力,N;为螺栓根部直径,=57.15mm;n为螺拴总数,n=32.计算说明螺栓力能够提供保证垫片不泄漏所需最小载荷.?24?江西石油化工2021年对于材质为5Cr一0.5M
7、o的平金属垫,预紧时垫片产生塑性变型即为失效,取垫片的屈服应力=207MPa2】,此时垫片所承受的最大螺栓载荷为:=耵/4(DjD)207=12463366.5N(5)式(5)中:D为金属平垫外径,D=1488mm;D2为金属平垫内径,D2=1462mm.从上面的分析计算可以看出引起泄漏的主要原因是:为保证管壳程法兰密封不漏,要求的螺栓预紧力为12212374N,已到达平金属垫所承受的最大螺栓载荷的98%,接近垫片发生塑性变形的屈服极限.因此,螺栓预紧力必须控制在较小区间内(12212374N一12463366.5N).由于螺栓预紧力控制区间较小,实际操作是很难掌握的,力小现泄漏,采用紧螺栓的
8、方法极易使垫片失去弹性.其它同型厂在此部位的泄漏也证明了这种密封结构的适应性差的问题,因此要解决原管板内外侧静密封失效问题需从垫片选用及密封面结构改良两方面考虑.2对策根据上述计算分析可知,密封结构改良的重点在于选用合理的密封形式及垫片,以降低最小螺栓载荷和提高垫片抗塑性变形能力,思路是将榫槽结构改凹凸面结构,金属平垫改波齿垫,这样改造原设备壳体,管箱及管束均可保存再用.近年来开发的新型金属波齿复合垫片,是由特殊构造的金属骨架及膨胀石墨材料复合而成,金属骨架的上下面均有相互错开具有特殊形状的同心圆沟槽,复合了适当厚度的膨胀石墨材料后变成构成一整体结构的垫片,安装预紧后整个波齿复合垫片与法兰面形
9、成了多道金属的线密封及膨胀石墨非金验说明,波齿垫不仅在35MPa压紧下能到达极高的密封性(泄漏率可达10cm3/s),而且在低比压下仍有优良的密封性3】.波齿复合垫片所使用的金属和膨胀石墨具有极好的耐高温,耐流体侵蚀的性能,不供,在压力温度波动时可以提供比其他形式垫片高几倍的回弹位移,可以适应压力温度波动大的环作研制开发的新型波齿复合垫压缩率在23.6%一29.42%,回弹率在20.48%一22.24%,泄漏率此,拟选用这一新型的金属波齿复合垫片作为CO变换炉进料换热器(AEA301)壳侧及管侧法兰的密封元件,选用材质为0Crl8Ni9(304)+石墨,厚度为5mm的波齿复合垫.根据生产单位提
10、供的垫片质保书可知垫片的性能参数-m=3,Y=70MPa,最大密封比压),=115MPa.波齿垫尺寸:1455mm1391mm5rnm可得垫片实际宽度N=32mm,根本宽度b.=N/2=16mm>6.4mm,垫片有效宽度b=2.53,No=10.12mm,垫片压紧力作用的中心圆直径D.=1423mm.为保证操作时管程密封不漏,要求的最小螺栓载荷为:=耵/4DG2P2+2耵DGbmP2=10798601N(6)式(6)中:为保证管程操作不漏所需最小螺栓载荷,N;D.为垫片压紧力作用的中心圆直径,D.=1423mm;P2为管程设计压力,P2=5.8MPa;6为垫片有效宽度,6=10.12mm
11、;m为波齿复合垫垫片系数,m=3.为保证操作时壳程密封不漏,要求的最小螺栓载荷为:=耵/4P1+2仃DGbmP1=10798601N(7)第1期马自成?CO变换炉进料换热器静密封失效原因分析及对策?25?式(7)中:为保证壳程操作不漏所需最小螺栓载荷,N;D为垫片压紧力作用的中心圆直径,Dc=1423mm;Pl为壳程设计压力,Pl=5.8MPa;6为垫片有效宽度,6=10.12mm;m为波齿复合垫垫片系数,m=3.取0Crl8Ni9在430C时的=119MPa2此时垫片所承受的最大螺栓载荷为:=r/4(一)119=17014981.76N(8)式(8)中:D为波齿复合垫外径,D=1455mm;
12、D为波齿复合垫内径,D=1391mm.由此可见:波齿复合垫片所需要的螺栓压紧力小于原实心平金属垫片所需要的螺栓压紧力,波齿复合垫可承受的最大螺栓力大于原实心保证管壳侧不泄漏,预紧时螺栓预紧力的范围为:10798601NF14029694.52N,螺栓预紧力控制区间变宽,见图2.图2EA301不锈钢石墨复合波齿垫的根本尺寸由于EA301原管壳程的密封形式均为榫槽结构,在保证波齿复合垫片的最小密封宽度及考虑到原法兰面可以加工出的密封面尺寸,决定采用如下改造改造方法:将管壳程的榫作为凹凸面法兰的档环,把原管壳程榫的内侧外表加工成密封面,再将管板的密封槽及分程槽用堆焊的方法填平,再将填平的的密封槽及分
13、程槽加工成另一密封面.改造前后的密封结构见图1,图3.图3AEA301法兰密封面改型后结构管板与管箱的密封面的改造处理是在九江检后,管箱和管束分别运到该公司厂房.对于管束,板密封面位置发生改变,因此改造的关键就是将管板两侧的密封面及周围50mm范围的外表进行的管束竖直放进地井中,通过焊接的方法将分程槽填满,并控制在圆形密封区域内没有焊接咬边现象.堆焊完成后,由钳工手工修磨密封面,处理的关键在于新的密封面与原管板外表在同一水平面内,为此加工了一个大直径的圆环形研磨工具的外径一致,即为凹凸面法兰的凸面外径,凹槽的外唇边(管板两侧)用砂轮机打磨去除并使之与凹槽底面平齐,管板密封面加工好后,用1块长2
14、00ram的平铁块平放在打磨后的密封面上,其接触贴合面没有空隙存在,再用平铁块外表上均匀涂上红丹后,与密封面接触碾压,发现有凸出或下凹后处理,然后重复上述过程,直至密封面的修磨效果符合改造的要求.?26?江西石油化工2021年理方法改造后的密封面没有分程槽,因此封头的分程隔板要车低,在管箱封头焊对称的4个槽钢夹定,车后分程隔板的高度与管箱的新密封面在同一外档圈,榫内侧的外表研磨成为新的密封面,加工好密封面后,将夹槽钢块割除,然后渗透检查表兰密封面改型采用制胎具现场研磨方式进行.安装质量的好坏同样决定了密封改良的成他装置检修时受到损伤,各个密封面是否存在径向沟槽.新垫片的外观完好,石墨带布置均匀且紧贴于垫片外表,必要时在垫片外表涂抹黄油以保证在吊装封头时使垫片不产生错位,安装过程中要保证螺栓力施力均匀,就是保证在安装的过程中对角的螺栓同时受力,同时要考虑封头重力的影响;其次,要在整个安装过程中严格控制张El,在施工中实施多点屡次测量,以保证张El控制在0.3mm以内;最后还要在换热器升温后要对封头法兰实施热紧.法兰密封结构及垫片型式改变后,垫片压紧力引起的力矩
