换热器填料密封装置的改进设计

韩 柏，赵利民

(扬州工业职业技术学院 机械与汽车工程学院，江苏 扬州 225127)

0 引言

传统的填料函式换热器通常采用整体填料密封，具有结构简单等优点，但其主要的不足是：介质可通过填料函外漏，且对于泄漏的介质没有相应的回收措施，会污染环境。因此，当操作压力较高时，或遇到易燃、易爆、有毒的介质或贵重的介质时则不宜采用该种设备。本文介绍一种改进后的填料密封装置 ，它改善了设备的密封性并可回收泄漏的介质，从而实现了技术进步并可扩大该种设备的适用范围。

1 填料密封装置的改进设计

改进设计后的填料密封装置[1]如图1所示。其中，剖分式卡箍安装在浮动管箱箱体的凹槽中并与凹槽中的底密封环贴合；压簧式密封圈安装在填料函座与剖分式卡箍之间，同时分别与填料函座的挡板内表面以及剖分式卡箍的凹侧表面相贴合；顶密封环安置在填料函座挡板顶面的凹槽中；剖分式卡箍外圈的内表面与顶密封环贴合。两个剖分式卡箍采用螺栓连接成整体，并使底密封环和顶密封环获得压紧力；在两个剖分式卡箍的剖分面处安装有密封平垫，该平垫起到调整上述压紧力和密封的作用(见图2)；剖分式卡箍的外圈上开设有通孔并与介质回收软管连通，该软管被引入至介质回收罐中。上述结构使设备在填料处密封的基础上又在压簧式密封圈处实现再次密封，同时使设备泄漏的壳程介质得到回收。其中，再次密封的设计以控制“界面泄漏”[2]为目标，其关键性技术参数主要有：底密封环比压力Pd和顶密封环比压力PD，内嵌压簧式密封圈的预紧密封比压Py，工作密封比压Pg， 以及与其紧密关联的几何参数，如设备在安装状态下的参数La、工作状态下的参数Lg(Lg值与设备工作时由管程与壳程温差产生的浮动管箱箱体的轴向位移量有关)等。具体的参数分析与设计此处略。

1-压簧式密封圈；2-长螺栓及螺母；3-剖分式卡箍；4-调节螺钉及螺母；5-填料压盖；6-底密封环；7-带挡板的填料函座；8-填料；9-浮动管箱箱体；10-换热管束；11-填料函座挡板；12-顶密封环；13-剖分式卡箍外圈；14-介质回收软管

2 密封工作原理及介质回收

本密封装置的再次密封主要通过压簧式密封圈及底密封环实现，其工作原理是：剖分式卡箍在连接处的密封平垫被螺母压紧，同时卡箍又被压紧在浮动管箱箱体凹槽中的底密封环上，所以卡箍剖分面之间以及卡箍与浮动管箱箱体之间均形成了基本不存在泄漏的、可靠的静连接。因此，当传统的填料函密封形成后，由填料函密封处外漏的壳程介质只可能通过压簧式密封圈处向外泄漏，但由于该密封圈内嵌弹簧的压力作用，使其分别与填料函座的挡板内表面以及卡箍的凹侧表面能够很好地压紧、贴合，这样在此处便实现了对壳程外漏介质的再次密封。由于这种再次密封使填料压盖处的空间变成密闭，壳程在填料函密封处的外漏介质使该密闭空间存在一定的介质压力，从而减小了填料函两侧的压力差，这既提高了填料函密封对于换热器壳程介质压力的耐受力，又可有效降低介质的泄漏量，因此，能够泄漏到压簧式密封圈外侧的介质是很有限的[3]。更进一步地，本装置附设了回收结构，其回收方式是：由于填料函座挡板的顶面与剖分式卡箍外圈内表面之间由顶密封环形成密封，因此使该密封圈外侧与剖分式卡箍外圈的内表面之间的空隙也变成密闭，故通过在剖分式卡箍外圈上设置通孔并与介质回收软管连通，该软管可将泄漏至上述密封圈外侧的介质引入介质回收储罐，从而使介质得到回收。

图2 剖分式卡箍螺栓连接及密封平垫示意图

3 本密封装置的可靠性和有效性

当换热器管程与壳程的温差产生波动时，浮动管箱箱体在换热管束带动下相对于壳体沿轴向产生一定的小位移，对于填料函座处的密封来说，浮动管箱箱体相对于填料的小位移并不影响其功能；而对于所增加的再次密封结构来说，浮动管箱箱体带动剖分式卡箍移动，会使填料函座挡板的内表面与剖分式卡箍的凹侧表面之间的间距产生小的变化，但在压簧式密封圈的弹簧力作用下仍可使该密封圈分别与上述两表面压紧贴合保持密封(必要时可通过拧动调节螺钉及螺母适当改变剖分式卡箍的轴向位置)；而剖分式卡箍外圈相对于填料函座挡板上的顶密封环产生滑动也不会影响该处的密封，故本装置能可靠有效地发挥作用。

4 结束语

改进设计后的密封装置结构合理、工作可靠。其积极意义在于：可大幅度地减少壳程介质的外漏量并使其基本得到回收，因此有效降低了对环境的污染和发生燃烧、爆炸等事故的可能性，从而使填料函式换热器能够应用于壳程介质压力较高的场合，并对易燃、易爆和有毒的介质有一定的适用性；当壳程介质为贵重介质时，可减少因介质泄漏而造成大的经济损失。故本装置具有推广应用价值。

本密封装置已获国家发明专利授权并已实施了专利使用许可，江苏省泰州市某企业应用本专利技术对相关设备进行了改造，取得了比较满意的效果。