熱交換器密封技術與失效影響因素

第1篇 熱交換器主體密封的失效及基本影響因素

第1章 管殼式熱交換器的密封失效現象 3
1.1 管程外漏或殼程外漏 3
1.1.1 設備法蘭與管板之間的外漏 3
1.1.2 管箱端蓋處的外漏 5
1.1.3　螺塞的外漏 6
1.2 墊片相關問題 6
1.2.1　墊片及緊固件品質問題 6
1.2.2　墊片安裝問題 8
1.2.3　墊片選材問題 11
1.2.4 運行載荷對墊片的損傷 12
參考文獻 12

第2章 環形平墊的安全係數及其許用壓力 13
2.1　墊片密封效果的影響因素 14
2.1.1　載荷因素 14
2.1.2　結構因素 15
2.1.3　墊片自身特性因素 16
2.1.4　科研因素 17
2.2　墊片的組合特性 18
2.3　墊片密封安全係數 19
2.3.1　墊片緊密度及墊片強度安全係數 20
2.3.2　墊片綜合安全裕度 21
2.3.3　墊片密封安全係數的應用 22
參考文獻 23

第3章 環形平墊的幾何尺寸 26
3.1　墊片初始寬度設計 27
3.2　墊片的理論寬度與實際寬度 29
3.2.1　墊片寬度相關概念 29
3.2.2　墊片主要寬度概念的關係 31
3.3 墊片寬度的影響因素及對策 33
3.3.1 人為因素的不確定性對墊片寬度的影響 34
3.3.2　結構因素對墊片寬度的影響 34
3.3.3　系統因素對墊片寬度的影響 35
3.3.4　品質因素對墊片寬度的影響 36
3.3.5　隔板因素對墊片寬度的影響 37
3.3.6 墊片有效密封寬度修正 38
3.4　墊片設計技術對策 41
3.4.1　墊片寬度對策 41
3.4.2　墊片直徑對策 42
3.4.3　墊片厚度對策 43
3.4.4　墊片結構改良 44
3.5　墊片製造技術條件 47
參考文獻 47

第2篇 熱交換器主體密封失效的技術因素

第4章 熱交換器的外密封 51
4.1 熱交換器設備法蘭密封 51
4.1.1 螺柱法蘭連接密封失效的設計因素及對策 52
4.1.2 螺柱法蘭連接密封失效的動態干擾因素及對策 63
4.1.3 螺柱法蘭連接密封失效的結構因素及對策 70
4.1.4 螺柱法蘭連接密封失效的製造偏差因素 79
4.2 管板周邊的密封 80
4.2.1 管接頭焊接的影響 80
4.2.2 管板與殼程筒體焊接的影響 80
4.2.3 U形殼熱交換器管板的密封 85
4.2.4 管板密封面品質檢測 86
4.2.5 管束反向設計製造的偏差 87
4.3 熱交換器人孔密封 92
4.3.1 製造工藝人孔的焊接密封 92
4.3.2 檢測維修人孔的螺栓強制密封 93
4.3.3 高壓蒸汽的反向內壓自緊密封 93
4.4 熱交換器接管密封 94
4.4.1 螺柱法蘭強制密封 95
4.4.2 焊接密封 96
4.4.3 螺紋連接 96
4.4.4 疊裝熱交換器的開口連接 97
4.4.5 填料函密封 98
4.4.6 耐壓試驗卡板密封 98
參考文獻 100

第5章 設計製造工序的品質技術 103
5.1 設計品質技術經驗點滴 103
5.1.1 高壓熱交換器密封結構的螺柱載荷 104
5.1.2 浮頭管箱端支持板的形位要求 104
5.1.3 管板徑向延伸與管箱法蘭配對時的厚（剛）度差要求 105
5.1.4 分段式循環氣冷卻器設計的熱膨脹分析 106
5.1.5 固定端鞍座位置的調整 107
5.2 結構材料對環形墊壓緊力的影響 108
5.2.1 管箱局部結構對密封的影響 108
5.2.2 緊固件對環形墊壓緊力的影響 109
5.3 製造品質技術經驗點滴 110
5.3.1 某制氫裝置蒸汽發生器的關鍵製造技術 110
5.3.2 大型熱交換器殼體製造過程的剛度要求 110
5.3.3 熱交換器製造中膨脹節的維護 112
5.3.4 各種加工變形的防治對策 113
5.3.5 墊片的各種損傷及防治對策 113
5.4 螺塞密封問題 114
參考文獻 115

第3篇 熱交換器新型密封墊的品質檢驗及結構功能因素

第6章 密封墊品質技術對密封的影響 119
6.1 複合石墨波齒金屬墊的品質狀況 119
6.1.1 產品結構及其標準 119
6.1.2 墊片性能分析 122
6.1.3 墊片應用驗證 123
6.1.4 材料的工況適應性 125
6.1.5 結構的影響 126
6.1.6 技術對策 127
6.2 複合石墨波齒金屬墊品質保證技術對策 128
6.2.1 品質管制問題分析 128
6.2.2 墊片骨架結構檢測 130
6.2.3 墊片骨架機械性能檢測 132
6.2.4 墊片複合層檢測 132
6.2.5 設計技術對策 133
6.2.6 製造關鍵工藝 134
6.2.7 採購技術對策 135
參考文獻 135

第7章 雙層金屬墊的密封功能分析 137
7.1 雙層金屬墊的結構及功能 137
7.2 雙層金屬墊自緊密封作用的內壓下限分析 140
7.2.1 雙層金屬墊片密封壓緊力分析 140
7.2.2 墊片間隙獲得內壓作用的計算式 142
7.2.3 雙層金屬墊自緊作用的可行性 144
7.2.4 雙層金屬墊自緊作用的影響因素 146
7.2.5 雙層金屬墊內壓自緊密封的適用下限 147
7.3 雙層金屬墊自緊密封作用的內壓上限分析 148
7.3.1 結構尺寸對雙層金屬墊自緊性密封的影響 148
7.3.2 內壓作用下雙層金屬墊的密封行為力學分析 149
7.3.3 墊片金屬環張開自緊的計算壓力 152
7.3.4 計算壓力存在張開自緊有效值的物理意義 156
7.3.5 墊片金屬環自緊密封的計算壓力 156
7.3.6 雙層金屬墊內壓自緊密封的結論 159
7.3.7 面向工程的應用研究 160
7.3.8 面向工程的理論研究 162
7.4 雙層金屬墊自緊密封的圖解分析 163
7.4.1 內壓作用下無組焊雙層金屬墊的力學行為 164
7.4.2 內壓作用下雙層金屬墊的力學行為分類 164
7.4.3 雙層金屬墊自緊性的圖解分析 166
7.5 其他因素對雙層金屬墊密封行為的影響 171
7.5.1 高溫下墊片的等效回彈量 171
7.5.2 問題討論及有待研究的專題 172
參考文獻 175

第8章 金屬隔膜密封墊片 176
8.1 金屬隔膜密封的結構及其適用性 176
8.1.1 球面隔膜的結構特點 177
8.1.2 球面隔膜的優缺點 177
8.1.3 工況上適於高參數動態密封結構 179
8.1.4 結構上普遍適用於各種開口密封 180
8.1.5 隔膜密封結構的經濟性分析 185
8.2 高壓作用下熱交換器管箱球面隔膜密封結構設計分析 188
8.2.1 隔膜的受力變形及其設計關鍵 188
8.2.2 敞口管箱密封埠徑向位移的求解 189
8.2.3 球面隔膜彈性補償結構設計 193
8.2.4 結構功能設計的基本技術路線 198
8.3 高溫作用下熱交換器管箱球面隔膜密封結構設計分析 199
8.3.1 高溫對管箱隔膜密封的影響 199
8.3.2 高溫高壓組合載荷作用下的徑向補償量分析 202
8.3.3 結構功能設計的完善技術路線 205
8.4 熱交換器管箱球面隔膜密封焊縫受力分析 206
8.4.1 高壓作用下球面隔膜密封焊縫的受力分析 207
8.4.2 高溫作用下球面隔膜密封焊縫的受力分析 210
8.4.3 平面隔膜密封變形分析 210
8.4.4 基本結論和技術要求 211
8.5 管箱密封金屬隔膜的應力分析 212
8.5.1 圓平板隔膜的應力分析 213
8.5.2 球面隔膜的應力分析 215
8.5.3 球面隔膜的總應力及主要結論 219
8.6 球面隔膜密封式熱交換器管箱中隔板的設計 220
8.6.1 小直徑管箱隔板 221
8.6.2 大直徑管箱隔板 225
8.7 熱交換器管箱球面隔膜密封關鍵結構的製造技術 227
8.7.1 球面隔膜設計 227
8.7.2 管箱端部設計 229
8.7.3 密封緊固件設計 230
8.7.4 管箱端蓋設計 231
8.7.5 組裝技術 232
8.7.6 焊接設計 233
8.7.7 檢修時的焊縫去除及坡口加工 234
參考文獻 235

第9章 熱交換器的徑向密封 238
9.1 雙錐密封 238
9.2 徑向受載密封 239
9.3 金屬環墊密封 240
9.4 O形環軸徑雙向密封 241
9.5 C形環雙徑向密封 242
9.6 異形環密封 243
9.7 填料函密封 245
9.8 隔膜焊接密封 246
參考文獻 246

第4篇 熱交換器密封的工程技術管理因素

第10章 熱交換器密封的技術基礎與工程管理 248
10.1 設備結構的適應性 248
10.2 密封技術管理 251
10.3 工程及品質管制 254
10.4 溝通協調管理 255
10.5 技術專題研究 256
參考文獻 260

第11章 換熱工況參數的優化設計 262
11.1 容器和機械專業常用軟體 262
11.2 工藝設計計算類型及基本方法 263
11.3 工藝計算智慧化的智慧問題 265
11.4 工藝計算智慧化的工藝問題 268
11.5 工藝計算智慧化的發展 270
11.6 換熱工藝設計智慧軟體技術 271
11.6.1 通用工藝設計計算軟體 271
11.6.2 通用工藝設計計算軟體 274
11.7 工藝和多功能軟體 275
11.8 設備工藝計算 276
11.9 設備成本計算 278
11.10 多因素綜合設計分析 278
11.11 值得關注的新課題 280
參考文獻 281

第12章 熱交換器的組裝和維護對密封的影響 283
12.1 熱交換器組裝技術 283
12.1.1 安裝載荷因素 283
12.1.2 安裝對中因素 288
12.1.3 密封系統的上緊操作 289
12.2 熱交換器的維護 293
參考文獻 296

陳孫藝

工學博士，教授級工程師，享受政府特殊津貼專家，中國化工學會專業會員，中國機械工程學會壓力容器分會理事，廣東省壓力容器學會常務理事，全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會專家、固定式壓力容器分技術委員會委員，壓力容器規則設計和分析設計審批員，廣東石油化工學院、茂名職業技術學院客座教授，《壓力容器》《石油化工設備技術》編委，出版專著3部。