換熱器填料密封裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

韓 柏，趙利民

(揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

0 引言

傳統(tǒng)的填料函式換熱器通常采用整體填料密封，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其主要的不足是：介質(zhì)可通過(guò)填料函外漏，且對(duì)于泄漏的介質(zhì)沒(méi)有相應(yīng)的回收措施，會(huì)污染環(huán)境。因此，當(dāng)操作壓力較高時(shí)，或遇到易燃、易爆、有毒的介質(zhì)或貴重的介質(zhì)時(shí)則不宜采用該種設(shè)備。本文介紹一種改進(jìn)后的填料密封裝置 ，它改善了設(shè)備的密封性并可回收泄漏的介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了技術(shù)進(jìn)步并可擴(kuò)大該種設(shè)備的適用范圍。

1 填料密封裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

改進(jìn)設(shè)計(jì)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(dòng)管箱箱體的凹槽中并與凹槽中的底密封環(huán)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(shí)分別與填料函座的擋板內(nèi)表面以及剖分式卡箍的凹側(cè)表面相貼合；頂密封環(huán)安置在填料函座擋板頂面的凹槽中；剖分式卡箍外圈的內(nèi)表面與頂密封環(huán)貼合。兩個(gè)剖分式卡箍采用螺栓連接成整體，并使底密封環(huán)和頂密封環(huán)獲得壓緊力；在兩個(gè)剖分式卡箍的剖分面處安裝有密封平墊，該平墊起到調(diào)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(shè)有通孔并與介質(zhì)回收軟管連通，該軟管被引入至介質(zhì)回收罐中。上述結(jié)構(gòu)使設(shè)備在填料處密封的基礎(chǔ)上又在壓簧式密封圈處實(shí)現(xiàn)再次密封，同時(shí)使設(shè)備泄漏的殼程介質(zhì)得到回收。其中，再次密封的設(shè)計(jì)以控制“界面泄漏”[2]為目標(biāo)，其關(guān)鍵性技術(shù)參數(shù)主要有：底密封環(huán)比壓力Pd和頂密封環(huán)比壓力PD，內(nèi)嵌壓簧式密封圈的預(yù)緊密封比壓Py，工作密封比壓Pg， 以及與其緊密關(guān)聯(lián)的幾何參數(shù)，如設(shè)備在安裝狀態(tài)下的參數(shù)La、工作狀態(tài)下的參數(shù)Lg(Lg值與設(shè)備工作時(shí)由管程與殼程溫差產(chǎn)生的浮動(dòng)管箱箱體的軸向位移量有關(guān))等。具體的參數(shù)分析與設(shè)計(jì)此處略。

1-壓簧式密封圈；2-長(zhǎng)螺栓及螺母；3-剖分式卡箍；4-調(diào)節(jié)螺釘及螺母；5-填料壓蓋；6-底密封環(huán)；7-帶擋板的填料函座；8-填料；9-浮動(dòng)管箱箱體；10-換熱管束；11-填料函座擋板；12-頂密封環(huán)；13-剖分式卡箍外圈；14-介質(zhì)回收軟管

2 密封工作原理及介質(zhì)回收

本密封裝置的再次密封主要通過(guò)壓簧式密封圈及底密封環(huán)實(shí)現(xiàn)，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(shí)卡箍又被壓緊在浮動(dòng)管箱箱體凹槽中的底密封環(huán)上，所以卡箍剖分面之間以及卡箍與浮動(dòng)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(dāng)傳統(tǒng)的填料函密封形成后，由填料函密封處外漏的殼程介質(zhì)只可能通過(guò)壓簧式密封圈處向外泄漏，但由于該密封圈內(nèi)嵌彈簧的壓力作用，使其分別與填料函座的擋板內(nèi)表面以及卡箍的凹側(cè)表面能夠很好地壓緊、貼合，這樣在此處便實(shí)現(xiàn)了對(duì)殼程外漏介質(zhì)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(zhì)使該密閉空間存在一定的介質(zhì)壓力，從而減小了填料函兩側(cè)的壓力差，這既提高了填料函密封對(duì)于換熱器殼程介質(zhì)壓力的耐受力，又可有效降低介質(zhì)的泄漏量，因此，能夠泄漏到壓簧式密封圈外側(cè)的介質(zhì)是很有限的[3]。更進(jìn)一步地，本裝置附設(shè)了回收結(jié)構(gòu)，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(nèi)表面之間由頂密封環(huán)形成密封，因此使該密封圈外側(cè)與剖分式卡箍外圈的內(nèi)表面之間的空隙也變成密閉，故通過(guò)在剖分式卡箍外圈上設(shè)置通孔并與介質(zhì)回收軟管連通，該軟管可將泄漏至上述密封圈外側(cè)的介質(zhì)引入介質(zhì)回收儲(chǔ)罐，從而使介質(zhì)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(dāng)換熱器管程與殼程的溫差產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)，浮動(dòng)管箱箱體在換熱管束帶動(dòng)下相對(duì)于殼體沿軸向產(chǎn)生一定的小位移，對(duì)于填料函座處的密封來(lái)說(shuō)，浮動(dòng)管箱箱體相對(duì)于填料的小位移并不影響其功能；而對(duì)于所增加的再次密封結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，浮動(dòng)管箱箱體帶動(dòng)剖分式卡箍移動(dòng)，會(huì)使填料函座擋板的內(nèi)表面與剖分式卡箍的凹側(cè)表面之間的間距產(chǎn)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(shí)可通過(guò)擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘及螺母適當(dāng)改變剖分式卡箍的軸向位置)；而剖分式卡箍外圈相對(duì)于填料函座擋板上的頂密封環(huán)產(chǎn)生滑動(dòng)也不會(huì)影響該處的密封，故本裝置能可靠有效地發(fā)揮作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)設(shè)計(jì)后的密封裝置結(jié)構(gòu)合理、工作可靠。其積極意義在于：可大幅度地減少殼程介質(zhì)的外漏量并使其基本得到回收，因此有效降低了對(duì)環(huán)境的污染和發(fā)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(yīng)用于殼程介質(zhì)壓力較高的場(chǎng)合，并對(duì)易燃、易爆和有毒的介質(zhì)有一定的適用性；當(dāng)殼程介質(zhì)為貴重介質(zhì)時(shí)，可減少因介質(zhì)泄漏而造成大的經(jīng)濟(jì)損失。故本裝置具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

本密封裝置已獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)并已實(shí)施了專利使用許可，江蘇省泰州市某企業(yè)應(yīng)用本專利技術(shù)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了改造，取得了比較滿意的效果。