热交换器密封技术与失效影响因素

第1篇 热交换器主体密封的失效及基本影响因素
第1章 管壳式热交换器的密封失效现象 3
1.1 管程外漏或壳程外漏 3
1.1.1 设备法兰与管板之间的外漏 3
1.1.2 管箱端盖处的外漏 5
1.1.3　螺塞的外漏 6
1.2 垫片相关问题 6
1.2.1　垫片及紧固件质量问题 6
1.2.2　垫片安装问题 8
1.2.3　垫片选材问题 11
1.2.4 运行载荷对垫片的损伤 12
参考文献 12

第2章 环形平垫的安全系数及其许用压力 13
2.1　垫片密封效果的影响因素 14
2.1.1　载荷因素 14
2.1.2　结构因素 15
2.1.3　垫片自身特性因素 16
2.1.4　科研因素 17
2.2　垫片的组合特性 18
2.3　垫片密封安全系数 19
2.3.1　垫片紧密度及垫片强度安全系数 20
2.3.2　垫片综合安全裕度 21
2.3.3　垫片密封安全系数的应用 22
参考文献 23

第3章 环形平垫的几何尺寸 26
3.1　垫片初始宽度设计 27
3.2　垫片的理论宽度与实际宽度 29
3.2.1　垫片宽度相关概念 29
3.2.2　垫片主要宽度概念的关系 31
3.3 垫片宽度的影响因素及对策 33
3.3.1 人为因素的不确定性对垫片宽度的影响 34
3.3.2　结构因素对垫片宽度的影响 34
3.3.3　系统因素对垫片宽度的影响 35
3.3.4　质量因素对垫片宽度的影响 36
3.3.5　隔板因素对垫片宽度的影响 37
3.3.6 垫片有效密封宽度修正 38
3.4　垫片设计技术对策 41
3.4.1　垫片宽度对策 41
3.4.2　垫片直径对策 42
3.4.3　垫片厚度对策 43
3.4.4　垫片结构改良 44
3.5　垫片制造技术条件 47
参考文献 47

第2篇 热交换器主体密封失效的技术因素
第4章 热交换器的外密封 51
4.1 热交换器设备法兰密封 51
4.1.1 螺柱法兰连接密封失效的设计因素及对策 52
4.1.2 螺柱法兰连接密封失效的动态干扰因素及对策 63
4.1.3 螺柱法兰连接密封失效的结构因素及对策 70
4.1.4 螺柱法兰连接密封失效的制造偏差因素 79
4.2 管板周边的密封 80
4.2.1 管接头焊接的影响 80
4.2.2 管板与壳程筒体焊接的影响 80
4.2.3 U形壳热交换器管板的密封 85
4.2.4 管板密封面质量检测 86
4.2.5 管束反向设计制造的偏差 87
4.3 热交换器人孔密封 92
4.3.1 制造工艺人孔的焊接密封 92
4.3.2 检测维修人孔的螺栓强制密封 93
4.3.3 高压蒸汽的反向内压自紧密封 93
4.4 热交换器接管密封 94
4.4.1 螺柱法兰强制密封 95
4.4.2 焊接密封 96
4.4.3 螺纹连接 96
4.4.4 叠装热交换器的开口连接 97
4.4.5 填料函密封 98
4.4.6 耐压试验卡板密封 98
参考文献 100

第5章 设计制造工序的质量技术 103
5.1 设计质量技术经验点滴 103
5.1.1 高压热交换器密封结构的螺柱载荷 104
5.1.2 浮头管箱端支持板的形位要求 104
5.1.3 管板径向延伸与管箱法兰配对时的厚（刚）度差要求 105
5.1.4 分段式循环气冷却器设计的热膨胀分析 106
5.1.5 固定端鞍座位置的调整 107
5.2 结构材料对环形垫压紧力的影响 108
5.2.1 管箱局部结构对密封的影响 108
5.2.2 紧固件对环形垫压紧力的影响 109
5.3 制造质量技术经验点滴 110
5.3.1 某制氢装置蒸汽发生器的关键制造技术 110
5.3.2 大型热交换器壳体制造过程的刚度要求 110
5.3.3 热交换器制造中膨胀节的维护 112
5.3.4 各种加工变形的防治对策 113
5.3.5 垫片的各种损伤及防治对策 113
5.4 螺塞密封问题 114
参考文献 115

第3篇 热交换器新型密封垫的质量检验及结构功能因素
第6章 密封垫质量技术对密封的影响 119
6.1 复合石墨波齿金属垫的质量状况 119
6.1.1 产品结构及其标准 119
6.1.2 垫片性能分析 122
6.1.3 垫片应用验证 123
6.1.4 材料的工况适应性 125
6.1.5 结构的影响 126
6.1.6 技术对策 127
6.2 复合石墨波齿金属垫质量保证技术对策 128
6.2.1 质量管理问题分析 128
6.2.2 垫片骨架结构检测 130
6.2.3 垫片骨架机械性能检测 132
6.2.4 垫片复合层检测 132
6.2.5 设计技术对策 133
6.2.6 制造关键工艺 134
6.2.7 采购技术对策 135
参考文献 135

第7章 双层金属垫的密封功能分析 137
7.1 双层金属垫的结构及功能 137
7.2 双层金属垫自紧密封作用的内压下限分析 140
7.2.1 双层金属垫片密封压紧力分析 140
7.2.2 垫片间隙获得内压作用的计算式 142
7.2.3 双层金属垫自紧作用的可行性 144
7.2.4 双层金属垫自紧作用的影响因素 146
7.2.5 双层金属垫内压自紧密封的适用下限 147
7.3 双层金属垫自紧密封作用的内压上限分析 148
7.3.1 结构尺寸对双层金属垫自紧性密封的影响 148
7.3.2 内压作用下双层金属垫的密封行为力学分析 149
7.3.3 垫片金属环张开自紧的计算压力 152
7.3.4 计算压力存在张开自紧有效值的物理意义 156
7.3.5 垫片金属环自紧密封的计算压力 156
7.3.6 双层金属垫内压自紧密封的结论 159
7.3.7 面向工程的应用研究 160
7.3.8 面向工程的理论研究 162
7.4 双层金属垫自紧密封的图解分析 163
7.4.1 内压作用下无组焊双层金属垫的力学行为 164
7.4.2 内压作用下双层金属垫的力学行为分类 164
7.4.3 双层金属垫自紧性的图解分析 166
7.5 其他因素对双层金属垫密封行为的影响 171
7.5.1 高温下垫片的等效回弹量 171
7.5.2 问题讨论及有待研究的专题 172
参考文献 175

第8章 金属隔膜密封垫片 176
8.1 金属隔膜密封的结构及其适用性 176
8.1.1 球面隔膜的结构特点 177
8.1.2 球面隔膜的优缺点 177
8.1.3 工况上适于高参数动态密封结构 179
8.1.4 结构上普遍适用于各种开口密封 180
8.1.5 隔膜密封结构的经济性分析 185
8.2 高压作用下热交换器管箱球面隔膜密封结构设计分析 188
8.2.1 隔膜的受力变形及其设计关键 188
8.2.2 敞口管箱密封端口径向位移的求解 189
8.2.3 球面隔膜弹性补偿结构设计 193
8.2.4 结构功能设计的基本技术路线 198
8.3 高温作用下热交换器管箱球面隔膜密封结构设计分析 199
8.3.1 高温对管箱隔膜密封的影响 199
8.3.2 高温高压组合载荷作用下的径向补偿量分析 202
8.3.3 结构功能设计的完善技术路线 205
8.4 热交换器管箱球面隔膜密封焊缝受力分析 206
8.4.1 高压作用下球面隔膜密封焊缝的受力分析 207
8.4.2 高温作用下球面隔膜密封焊缝的受力分析 210
8.4.3 平面隔膜密封变形分析 210
8.4.4 基本结论和技术要求 211
8.5 管箱密封金属隔膜的应力分析 212
8.5.1 圆平板隔膜的应力分析 213
8.5.2 球面隔膜的应力分析 215
8.5.3 球面隔膜的总应力及主要结论 219
8.6 球面隔膜密封式热交换器管箱中隔板的设计 220
8.6.1 小直径管箱隔板 221
8.6.2 大直径管箱隔板 225
8.7 热交换器管箱球面隔膜密封关键结构的制造技术 227
8.7.1 球面隔膜设计 227
8.7.2 管箱端部设计 229
8.7.3 密封紧固件设计 230
8.7.4 管箱端盖设计 231
8.7.5 组装技术 232
8.7.6 焊接设计 233
8.7.7 检修时的焊缝去除及坡口加工 234
参考文献 235

第9章 热交换器的径向密封 238
9.1 双锥密封 238
9.2 径向受载密封 239
9.3 金属环垫密封 240
9.4 O形环轴径双向密封 241
9.5 C形环双径向密封 242
9.6 异形环密封 243
9.7 填料函密封 245
9.8 隔膜焊接密封 246
参考文献 246

第4篇 热交换器密封的工程技术管理因素
第10章 热交换器密封的技术基础与工程管理 248
10.1 设备结构的适应性 248
10.2 密封技术管理 251
10.3 工程及质量管理 254
10.4 沟通协调管理 255
10.5 技术专题研究 256
参考文献 260

第11章 换热工况参数的优化设计 262
11.1 容器和机械专业常用软件 262
11.2 工艺设计计算类型及基本方法 263
11.3 工艺计算智能化的智能问题 265
11.4 工艺计算智能化的工艺问题 268
11.5 工艺计算智能化的发展 270
11.6 换热工艺设计智能软件技术 271
11.6.1 国际通用工艺设计计算软件 271
11.6.2 国内通用工艺设计计算软件 274
11.7 工艺和多功能软件 275
11.8 设备工艺计算 276
11.9 设备成本计算 278
11.10 多因素综合设计分析 278
11.11 值得关注的新课题 280
参考文献 281

第12章 热交换器的组装和维护对密封的影响 283
12.1 热交换器组装技术 283
12.1.1 安装载荷因素 283
12.1.2 安装对中因素 288
12.1.3 密封系统的上紧操作 289
12.2 热交换器的维护 293
参考文献 296