摘 要：本文介绍了螺纹锁紧环换热器的结构特点，以及双金属自密封波齿复合垫片在高压、高温、大直径螺纹锁紧环换热器上成功应用的经验，阐述了新型双金属自密封波齿复合垫片的设计原理、结构、工作原理和性能特点实践表明双金属自密封波齿复合垫片不但继承了以往各种垫片的优异性能，而且具有优异的压力温度均布性和追随补偿性。

　　高压加氢裂化技术是将重质油深度加工为轻质油的最主要工艺技术，它不仅能将重质油中的硫、氮、金属等杂质脱除而且具有改善油品质量环保、低碳、效益显著和实现石油资源的高效利用等优势。因此得到重视和较广泛的推广应用，但由于加氢工艺具有高温、高压、临氢、易燃、易爆和高腐蚀性的特点，高压加氢装置“安、稳 长、运行和设备的防渗漏工作显得尤为紧迫和重要。为此，运用新技术提高设备可靠度，消除泄漏点，成为高压加氢装置具有前瞻性的基础技术工作。中国石化海南炼油化工有限公司加氢裂化装置在，2009年12月的装置第一次大检修中，在大直径高温、高压的进口螺纹锁紧环换热器上成功的采用双金属自密封波齿复合垫片代替了进口垫片，经过三年的运行考验使用效果很好，为设备、管道的长周期运行提供了可靠保障。

　　　1、 螺纹锁紧环换热器及其结构密封特点

　　随着装置的大型化，尤其是在加氢裂化、渣油加氢等装置上用于高温、高压及介质中含有氢和硫化氢等部位的换热器，首先要解决的是苛刻条件下的密封问题普通法兰式的换热器管、壳程法兰在苛刻条件下的设计值将变得非常厚，其紧固螺栓也随之增大，给紧固、拆卸带来了很大困难。 既不便于维修，又难以保证不漏，并且大大增加了昂贵金属的耗材。所以，加氢装置高压部位选择了具有密封可靠、结构紧凑、维护简单的螺纹锁紧环式换热器，该换热器管箱用大型螺纹锁紧环承担全部压力，减掉了传统换热器两个大型法兰和相应的一套重型螺栓、螺母，另外压紧垫片的螺栓只承受垫片压紧力，不同于普通的换热器螺栓还要提供抵消介质对封头的巨大压力，几乎与换热器内压力无关且运行过程中出现泄漏时，也不必停车，只需紧固外面的螺栓即可达到密封要求，其最大优点是可在带压的情况下排除泄漏，实现了密封力与内压力由不同零部件承担。因此，如果选择好垫片类型则密封是有保证的，且操作安全可靠，但螺纹锁紧环式换热器的结构比较复杂，制造精度要求高，内构件多，装配复杂，拆装需要借助专用工装。

　　海南炼油化工有限公司加氢裂化装置反应进料和反应产物换热器选用双壳体螺纹锁紧环式换热器，由于其螺纹锁紧承压部分的直径超过1800mm加之高温、高压、临氢及国内制造经验相对不足 为提高设备使用的安全可靠度，采用了意大利IPM公司制造的螺纹锁紧环式换热器。该换热器型号为DFU1600-911-5.2/19-2;板间距B=833mm;管、壳程设计压力为16.5MPa/17MPa，管/壳程设计温度为450℃/395℃;正常生产时，管/壳程操作压力为14.8MPa/14.5MPa, 管/壳程操作温度为428℃/365℃;壳体材料采用2.25Cr1Mo，管箱内件和换热管束选用防腐性能优越的TP321不锈钢;为抗H2 H2S腐蚀，在管箱和壳程侧堆焊超低碳不锈钢，堆焊层采用双层式：内侧为E309L，外侧为E347，E347有较好的抗高温H2 H2S和连多硫酸应力腐蚀的性能。

　　螺纹紧锁环式换热器管束采用了U形管式，如图1所示，它的结构的独到之处在于管箱部分，如图2所示。这种换热器可分为两类：H-H型和H-L型。H-H于管程和壳程，均为高压的场合，H-L壳程为低压,而管程为高压的场合，即壳程筒体和管箱筒体采用螺栓连接、 管板和管箱一体的分体结构形式。螺纹锁紧环换热器的管板置于管箱筒体内，管箱压盖由螺纹承压环固定，筒体上的开孔采用整体补强结构，管束采用U形管结构可以减少密封点，管程和壳程介质是纯逆向流动，壳程采用双壳程，可大大提高换热效率，为保证上、下壳程不串漏中间插入一密封隔板，制造上对壳体直线度，圆度均有严格要求。

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　1.压盖 2.内压紧螺栓 3.外压紧螺栓 4.螺纹锁紧环 5.压环 6.卡环 7.管程内套筒 8.盘根 9.管板 10.壳体 11.分程隔质 12.密封盘 13.复合垫片 14.筒体

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1.内密封垫片 2.内套筒 3.管箱壳体 4.卡环 5.压环 6.外密封垫片 7.外压圈 8.外压杆 9.外压紧螺栓 10.螺纹承压环 11.内压紧螺栓 12.内压杆 13.内压圈 14.压盖 15.顶压螺栓 16.密封盘

　　2 .双金属自密封波齿复合垫片应用情况

　　螺纹锁紧环式换热器安装垫片的位置为图2中件6和件1。以前，内、外密封垫片均采用石墨缠绕垫 当加氢裂化开 停工及装置紧急停工或温度压力波动时，外检查孔有冒烟迹象，后逐渐消失，判断可能是由于结焦止漏;开工、紧急停工或温度压力波动时，内密封垫有较大泄漏，因为热高分罐很快就有液位，但温度升起后泄漏消失，可能是不锈钢内件热膨胀对垫片产生了紧固作用，原有缠绕垫不能弥补压力，温度波动所引起泄漏为消除上述问题。在2009年12月装置大检修期间，将缠绕垫更换为双金属自密封波齿复合垫片，规格为1793mmX1743mmX7.2mm，材质为TP321不锈钢。在开停、工及日常操作或操作波动时未发现有泄漏的迹象，三年来的平稳运行表明，双金属自密封波齿复合垫片其优秀的压力、温度均布性和追随补偿性，使它的密封性能和长久性得到很好的发挥。双金属自密封波齿复合垫片适合具有高温、高压和氢腐蚀环境的加氢裂化装置螺纹锁紧环换热器的运行工况。

　　　3.新型双金属自密封波齿复合垫片

　　双金属自密封波齿复合垫片由波纹齿形状的金属骨架和在其上复合适当厚度的柔性石墨料构成。金属骨架由两片金属叠合后，在外周通过熔焊方法将两者熔合成一整体，其上下表面设计加工有相互错开的圆弧形沟槽，如同波纹从而构成波齿状整体结构的金属骨架，如图3所示。

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　　双金属自密封波齿复合垫片的安装与其他垫片一样，是通过螺栓预紧力将其紧密地压紧在两密封面之间，但在操作状态下其工作原理却有所区别。按“强制密封”理论设计的普通垫片，在密封面的工作介质进入后，由于介质压力的分离作用所形成的轴向力会使原有垫片上的预紧应力降低，当预紧力低于介质在密封面的渗透力时，将导致垫片密封能力下降而发生泄漏。对以“压力自密封”原理设计的双金属自密封波齿复合垫片而言，系统内的压力介质会通过自密封波齿复合垫片的微小间隙进入到两金属片间，并向上和向下对金属片施压，将介质压力传递给垫片与法兰密封面上，从而使这种垫片在操作状态下的垫片应力比其他形式的垫片始终多出此附加应力，其值最大可达到介质的压力 并随介质压力，温度变化而变化，因而使垫片能始终保持其良好的密封性能。

　　双金属自密封波齿复合垫片的整体结构除了金属骨架是由同质双金属组合外，其他结构和材料与柔性石墨金属波齿复合垫片是一样的，其金属齿峰更起到多道金属线密封作用，而圆弧形沟槽上填充的柔性石墨材料不仅具有很好的密封贴合性，而且能很好地补偿密封表面的微观缺陷 具有金属线密封和柔性石墨密封的双重作用。因此，它继承了柔性石墨金属波齿复合垫片原有的优良密封性、结构牢固、安全可靠性高、安装使用方便、适应性广等特点。其独有的介质压力、温度均布性和追随补偿性能使它的密封性能和长久性表现得更为优秀，甚至在螺栓初始预紧应力接近消失的极端情况下，由于其“压力自密封”作用所形成的相当于介质压力的由内向外预应力的存在，垫片仍能保持一定密封性。通过长期观察，大尺寸的法兰密封面往往存在以下问题：

　　(1)在生产制造过程中法兰表面加工质量难以保证，从而存在较大的粗糙度，法兰密封较容易形成不同程度的宏观不平度;

　　(2)容器或换热器法兰的刚性不足，在各受力元件的作用下，法兰容易发生变形或扭曲;

　　(3) 在操作工况下，法兰由于受压力和温度的作用下也容易变形甚至扭曲;

　　(4)在生产中，法兰或垫片受腐蚀介质损伤不能及时消除补偿，所以大尺寸的法兰连接对

　　于小尺寸法兰更难密封。

　　综上所述，双金属自密封波齿复合垫片特别适用于温度和压力波动的部位、大直径管法兰、容器和换热器法兰或者对密封性要求较高的重要场合。

　　　4 结语

　　双金属自密封波齿复合垫片是根据“压力自密封”原理设计产生的新型垫片，其在加氢裂化装置反应进出物料的螺纹锁紧环换热器上的应用，说明它不但继承了以往各种垫片的优异性能，而且展示了其优秀的压力、温度均布性和追随补偿性，为大型设备在高温 高压等苛刻工况下的密封问题提供了一种很好的解决方法。

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