換熱器填料密封裝置的改進設計

韓 柏，趙利民

(揚州工業職業技術學院 機械與汽車工程學院，江蘇 揚州 225127)

0 引言

傳統的填料函式換熱器通常采用整體填料密封，具有結構簡單等優點，但其主要的不足是：介質可通過填料函外漏，且對于泄漏的介質沒有相應的回收措施，會污染環境。因此，當操作壓力較高時，或遇到易燃、易爆、有毒的介質或貴重的介質時則不宜采用該種設備。本文介紹一種改進后的填料密封裝置 ，它改善了設備的密封性并可回收泄漏的介質，從而實現了技術進步并可擴大該種設備的適用范圍。

1 填料密封裝置的改進設計

改進設計后的填料密封裝置[1]如圖1所示。其中，剖分式卡箍安裝在浮動管箱箱體的凹槽中并與凹槽中的底密封環貼合；壓簧式密封圈安裝在填料函座與剖分式卡箍之間，同時分別與填料函座的擋板內表面以及剖分式卡箍的凹側表面相貼合；頂密封環安置在填料函座擋板頂面的凹槽中；剖分式卡箍外圈的內表面與頂密封環貼合。兩個剖分式卡箍采用螺栓連接成整體，并使底密封環和頂密封環獲得壓緊力；在兩個剖分式卡箍的剖分面處安裝有密封平墊，該平墊起到調整上述壓緊力和密封的作用(見圖2)；剖分式卡箍的外圈上開設有通孔并與介質回收軟管連通，該軟管被引入至介質回收罐中。上述結構使設備在填料處密封的基礎上又在壓簧式密封圈處實現再次密封，同時使設備泄漏的殼程介質得到回收。其中，再次密封的設計以控制“界面泄漏”[2]為目標，其關鍵性技術參數主要有：底密封環比壓力Pd和頂密封環比壓力PD，內嵌壓簧式密封圈的預緊密封比壓Py，工作密封比壓Pg， 以及與其緊密關聯的幾何參數，如設備在安裝狀態下的參數La、工作狀態下的參數Lg(Lg值與設備工作時由管程與殼程溫差產生的浮動管箱箱體的軸向位移量有關)等。具體的參數分析與設計此處略。

1-壓簧式密封圈；2-長螺栓及螺母；3-剖分式卡箍；4-調節螺釘及螺母；5-填料壓蓋；6-底密封環；7-帶擋板的填料函座；8-填料；9-浮動管箱箱體；10-換熱管束；11-填料函座擋板；12-頂密封環；13-剖分式卡箍外圈；14-介質回收軟管

2 密封工作原理及介質回收

本密封裝置的再次密封主要通過壓簧式密封圈及底密封環實現，其工作原理是：剖分式卡箍在連接處的密封平墊被螺母壓緊，同時卡箍又被壓緊在浮動管箱箱體凹槽中的底密封環上，所以卡箍剖分面之間以及卡箍與浮動管箱箱體之間均形成了基本不存在泄漏的、可靠的靜連接。因此，當傳統的填料函密封形成后，由填料函密封處外漏的殼程介質只可能通過壓簧式密封圈處向外泄漏，但由于該密封圈內嵌彈簧的壓力作用，使其分別與填料函座的擋板內表面以及卡箍的凹側表面能夠很好地壓緊、貼合，這樣在此處便實現了對殼程外漏介質的再次密封。由于這種再次密封使填料壓蓋處的空間變成密閉，殼程在填料函密封處的外漏介質使該密閉空間存在一定的介質壓力，從而減小了填料函兩側的壓力差，這既提高了填料函密封對于換熱器殼程介質壓力的耐受力，又可有效降低介質的泄漏量，因此，能夠泄漏到壓簧式密封圈外側的介質是很有限的[3]。更進一步地，本裝置附設了回收結構，其回收方式是：由于填料函座擋板的頂面與剖分式卡箍外圈內表面之間由頂密封環形成密封，因此使該密封圈外側與剖分式卡箍外圈的內表面之間的空隙也變成密閉，故通過在剖分式卡箍外圈上設置通孔并與介質回收軟管連通，該軟管可將泄漏至上述密封圈外側的介質引入介質回收儲罐，從而使介質得到回收。

圖2 剖分式卡箍螺栓連接及密封平墊示意圖

3 本密封裝置的可靠性和有效性

當換熱器管程與殼程的溫差產生波動時，浮動管箱箱體在換熱管束帶動下相對于殼體沿軸向產生一定的小位移，對于填料函座處的密封來說，浮動管箱箱體相對于填料的小位移并不影響其功能；而對于所增加的再次密封結構來說，浮動管箱箱體帶動剖分式卡箍移動，會使填料函座擋板的內表面與剖分式卡箍的凹側表面之間的間距產生小的變化，但在壓簧式密封圈的彈簧力作用下仍可使該密封圈分別與上述兩表面壓緊貼合保持密封(必要時可通過擰動調節螺釘及螺母適當改變剖分式卡箍的軸向位置)；而剖分式卡箍外圈相對于填料函座擋板上的頂密封環產生滑動也不會影響該處的密封，故本裝置能可靠有效地發揮作用。

4 結束語

改進設計后的密封裝置結構合理、工作可靠。其積極意義在于：可大幅度地減少殼程介質的外漏量并使其基本得到回收，因此有效降低了對環境的污染和發生燃燒、爆炸等事故的可能性，從而使填料函式換熱器能夠應用于殼程介質壓力較高的場合，并對易燃、易爆和有毒的介質有一定的適用性；當殼程介質為貴重介質時，可減少因介質泄漏而造成大的經濟損失。故本裝置具有推廣應用價值。

本密封裝置已獲國家發明專利授權并已實施了專利使用許可，江蘇省泰州市某企業應用本專利技術對相關設備進行了改造，取得了比較滿意的效果。