空冷器双丝堵密封结构带压密封工艺研究

张建

摘 要：文章主要研究了空冷器双丝堵密封结构在泄漏时的带压密封方法，通过设计带压密封夹具，选择合适密封剂，进行模拟试验验证双丝堵带压密封有效性，从而解决双丝堵空冷器在不停车状态下维修难题。

关键词：双丝堵；密封带压；密封夹具；密封剂

中图分类号：TE624 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）31-0075-02

1 概述

对于石油炼化行业所用空冷器，往往因丝堵密封稳定性问题导致泄漏，不仅影响炼油企业正常生产，还会引发火灾、爆炸、环境污染和人身伤亡等特重大事故的发生，因此针对此问题我公司研制出“双丝堵”密封结构形式，填补国内空白，从而更加有效地保证丝堵密封可靠性，然而考虑到特殊情况下导致密封失效时处理方法，通常情况需将系统停车对泄漏端进行维修，但会直接影响到炼油企业经济效益，因此将带压密封技术应用于空冷器管束维修，降低泄漏对炼油企业的影响。

2 密封原理

带压密封全称为：“不停车，带压密封技术”，是维护装置安全平稳生产，防止事故发生的应急抢修技术。设备在不停车状态下，针对泄漏位置结构特点安装一套专用夹具，使泄露处形成一个可封闭密封腔，然后采用大于介质系统内的外部推力将密封胶注入填满密封腔，密封胶在挤压力的作用下与泄露介质的压力相平衡。形成一定的密封比压，同时利用密封剂具有耐温、耐压、耐介质腐蚀性的特点，且在一定的条件下迅速固化，紧密地堵住泄露通道，在原泄露部位建立了一个固定的、可拆卸的新密封结构，从而有效的消除控制泄露。

3 双丝堵结构带压密封设计

夹具的选材、设计、制造等符合《压力容器安全技术监察规程》的技术要求，其强度计算按GB/T 26468-2011《承压设备带压密封夹具设计规范》规定进行。对于双丝堵密封结构形式可采用固定夹具法进行封堵，如下所示。

方案一：直接注剂，即将顶堵中心孔手工攻丝后与注剂阀连接，通过注剂阀直接向密封腔内注入密封剂，待注满后锁紧注剂阀，此方法可迅速对泄漏进行封堵，但仅可用于低压管束，且保持时间不长需二次补胶。

方案二：密封注劑，即将泄漏丝堵外部重新设立一个密封腔，将密封剂通过套筒周边2处（或4处）注剂阀向密封腔内注入密封剂，顺时针逐一注满后锁紧注剂阀，此种方法可适用于高压管束，且保持时间较长。

方案三：结合方案一、二操作，将内部注剂后，再安装夹具，在外部进行注胶，由于此种方法分为内、外腔密封，因此选则两种密封剂分别注入。此种方法可更有效提高双丝堵带压密封稳定性、有效性。

方案四：复合夹具，与方案三原理基本相同，然而通过改变夹具结构形式可更加方便密封腔内二次注胶，且在注剂杆与密封腔连接结构中增加胀接方法，更加有效保持密封腔内压力恒定。但此种方法准备时间较长，需针对实际泄漏位置调整、修改夹具。

由于夹具与原密封结构形成的密封空腔内，承受泄漏系统压力和密封注剂挤压力，密封空腔内的力直接作用在夹具本体，因此夹具本体需具有较高强度，引用GB150《压力容器》对夹具本体厚度进行计算，见式（1）。

统压力+5MPa；D-夹具计算直径，一般按夹具内径进行计算，及丝堵最大外形尺寸+5～10mm；[σ]t-夹具材料使用温度下的许用应力，MPa；Φ-焊缝系数。

根据GB/T26468-2011《承压设备带压密封夹具设计规范》要求，对于直接开设注剂孔时，夹具最小厚度不宜小于14mm。

4 密封剂选用

在泄漏位置通过带压密封剂重新建立的密封结构中，密封剂与泄漏介质直接接触，密封剂的性能及其对工况条件适宜性的选择，是决定封堵成败的关键。目前国内、国际上密封剂型号较多，对于空冷式管束，多用于高温、高压、高腐蚀介质，使用工况较为复杂，而双丝堵密封结构由于密封空间狭小，要求密封剂具有较好的流动性能与溶胀度，又能够适用于较大系统温度变化、多种复杂泄漏介质。对于方案三、四内腔注剂选用TXY-16#热固型密封剂，此种密封剂便于控制注剂推进速度和固化时间协调，具有良好的注射工艺流动性和可模塑性，耐温680℃，能够适用于碱、盐酸、有机酸、醇、醛、酮及各种热载体。外腔注剂选用的TXY-18#热固型密封注剂，此种密封剂具有良好的耐温耐介质性能，更便于控制系统温度与固化时间协调，易于在高温情况下建立起均匀致密的密封结构， 稳定性相对较好，耐温80℃～800℃， 能够适用于氢气、氨、强碱、有机酸、、盐酸、稀硫酸、氨水等。并且根据以往使用经验，这两种密封剂固化后均具有较好的密封性能。

5 模拟试验

依照GB150.4标准要求进行压力试验，压力试验前分别对密封垫片制造贯穿型缺陷，利用上述提到的四种带压密封方案进行封堵试验，试验验结果如表1所示。

通过表1可以看出方案一在气压试验升至至4MPa时发现泄漏，分析原因密封剂未能完全填满螺纹间隙，不能起到有效的密封空间，因此在高压系统中无法使用此方法；分析方案二在氦气试验中泄漏原因在于由于管板承压变形导致密封夹具与管板接触面存在微小间隙，因此针对此问题参照法兰密封原理对密封夹具进行改进，在于管板接触面嵌入金属密封垫，最终解决此问题；方案三、四在模拟状态下试验合格，且经过48小时保压，密封效果良好。由于此试验无法模拟实际工况条件，试验结果仅可作为参考，若在实际应用中可根据具体工况选择封堵方案。

6 结束语

带压密封技术在我国虽然起步较晚，但发展较快，技术研发产生了多项具有国际水平的科技成果，建立了适应不同工况条件的密封施工方法，针对于双丝堵密封结构将会在空冷换热器中广泛应用，带压密封为一种应急预案是尤为重要的，合理的运用必会增加双丝堵密封安全稳定性，保证炼油企业安全、稳定生产。

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