一种进出保冷箱管道密封结构

倪伟伟

（开封空分集团有限公司设计研究院，河南 开封 475000）

通过不断地研究和改进，设计出了一种新型的密封的结构。本文依据与现有结构对比，阐述了该种新型的进出保冷箱管道密封结构。

1 现有的密封结构

1.1 刚性连接密封

如图1，该结构是用一个刚性连接件将管道出冷箱顶部进行密封。连接件由角钢和盖板构成。连接件盖板与管道焊接，角钢与冷箱箱顶焊接。然后两部分用螺栓连接，中间用橡胶垫密封［1］。

图1

图2

优点：制作、安装简单，密封效果好，使用周期长。

缺点：空分装置运行时不利于管道的自由收缩，会在设备管口处产生较大应力［2］，易损坏设备及管道，造成事故。

1.2 导向连接密封

如图2，该结构是由两片法兰，中间用“O”型橡胶垫圈对进出保冷箱管道进行密封。两片法兰由螺栓连接固定，靠近保冷箱侧法兰与保冷箱焊接密封。

优点：制作、安装简单，允许管道径向收缩。

缺点：①管道有较大位移时容易将垫圈损坏。

②设备管口受到轴向力较大时，该结构起不到降低管口处应力的作用。

1.3 膨胀节连接密封

图3

图4

如图3，该结构由套管和膨胀节两部分构成。套管与保冷箱焊接，膨胀节与管道焊接密封，两部分之间也是通过焊接连接。

优点：①密封效果好。

②可以允许管道在多个方向上有位移。

缺点：膨胀节制造加工困难，成本高。

1.4 软连接密封

如图4，该结构主要采用橡胶套连接达到密封的目的，由三部分构成：套管、橡胶套和不锈钢软式夹箍。套管焊接在冷箱箱顶；橡胶套一端与套管连接，另一端与管道连接，用不锈钢软式夹箍分别对两端箍紧密封。

优点：空分装置运行时管道可以自由收缩，设备管口受力较小。

缺点：①密封效果不好。橡胶套与管道连接处，水容易沿管道外壁面渗进冷箱内，增大冷箱内装置的跑冷损失。

②使用周期短，更换不方便。该结构暴露在大气中，橡胶套容易老化，使用周期短；需更换时必须将管道截断，很不方便。

③成本高，采购周期长。橡胶套小口端内径等于管道外径，而相同公称通径的管道，对应的外径不一定相同（如：钢管道的公英制外径不同，国内铝管道不同壁厚外径也不一样），这就需要较多的橡胶套尺寸种类。这种橡胶套是由模具压制而成，模具的制造成本高，这就增加了橡胶套的制作成本。并且这种结构在每套装置中使用尺寸种类不一样且数量有限，这样一来用模具批量生产橡胶套工期短、成本低的优势就难以体现。

1.5 新型密封结构

对上述结构不断进行优化改进，既要满足制造简单的要求，又使得安装和维护更加方便。设计出了一种新型的进出保冷箱管道密封结构，如图5所示。

图5 新型密封结构装配示意图

该结构也是主要采用橡胶套连接达到密封的目的，由四部分构成：盖板、橡胶套、套管和不锈钢软式夹箍。盖板与管道之间采用密封焊，套管与箱顶采用密封焊，中间用橡胶套连接，两端用不锈钢软式夹箍箍紧密封。

此结构克服了管道运行期间不能自由收缩、跑冷损失等问题，综合了上述各种结构的优点，且制作更方便，效果更显著。具有以下优点：

①制作简单。该结构主要是起密封作用，不需要很精密的配合，所用零部件只用普通工艺就能加工制作而成，只要不锈钢软式夹箍箍紧就能达到密封效果。

②能满足不同外径尺寸管道要求。盖板是用于管道同材质的板材焊接而成的一个部件，可以根据管道外径开盖板内孔，满足不同管道外径。

③利用橡胶套密封连接不仅安装更换简单，而且大大节约了成本。橡胶套采用直筒型结构，由橡胶板卷制，采用厂内胶接或现场拉链连接，然后用密封胶对拉链进行密封。与现有结构橡胶套相比，省去了制作模具过程，节约了成本。由于空分装置该处密封用橡胶套主要在化工厂和钢厂室外大气中使用，空气呈弱酸性或弱碱性，合成橡胶中多种橡胶都具有良好的耐酸性、耐碱性，在这种环境中使用仍能保证其使用性能。橡胶的老化是由于受光、热、氧的作用裂解产生自由基，自由基再通过连锁反应所造成的。我们可以使用一些防老剂来终止劣化过程中产生的自由基，使橡胶套的使用寿命加长，并且我们采用的是拉链式连接方式，即使橡胶套的使用寿命仍不能满足我们的要求，我们在装置运行过程中就能更换，不会耽误整套系统的运行。

④密封效果好。此结构上端采用盖板，外沿伸出橡胶套一部分，防止雨水的浸入［3］。

⑤设备管口受力小。安装时管道与保冷箱之间有一定间隙，即使间隙不能满足管道的收缩要求，橡胶套有伸缩性好、性能稳定的特点，也能满足要求。橡胶是具有可逆形变的高弹性聚合物材料，橡胶的分子链可以交联，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有迅速复原的能力，并具有良好的物理力学性能和化学稳定性。这样就能确保装置运行时管道可以自由收缩，有效减小设备管口受力，起到保护设备的作用，保证装置安全运行。

2 总结

新型密封结构的设计，使得管道进出冷箱密封更加安全可靠，且制造、安装、更换方便，不仅在空分装置领域能得到应用，还可以向其他低温冷箱（如液氮洗、LNG 冷箱等）领域推广。

［1］孙全海.空分冷箱保温层气体冷凝的危害及预防［J］.深冷技术，2000（1）:27-30.

［2］马恒高，邹梅芳.空分冷箱内管道布置及应力分析［J］.杭氧技术，2005（2）:27-33.

［3］吴玉昆，周家健.空分冷箱鼓胀变形的发生和预防［J］.深冷技术，2005（3）:51-52.