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預(yù)緊碟形碟簧在催化余鍋系統(tǒng)中如何應(yīng)用 發(fā)布者：廈門力常彈簧有限公司 發(fā)布時(shí)間：2019-05-29 19:33
在生產(chǎn)中，催化裝置的設(shè)備和管道法蘭密封問題，不僅涉及到節(jié)能和污染，而且關(guān)系到的裝置的安全生產(chǎn)和長(zhǎng)周期運(yùn)行。隨著工藝操作條件的越來越苛刻，同時(shí)，裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的要求越來越高，設(shè)備和管道法蘭密封問題就顯得越來越突出。預(yù)緊碟簧在法蘭密封中的使用，尤其是在余鍋系統(tǒng)中的使用，取得了一定的效果，為裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了保障。
一、催化余鍋系統(tǒng)法蘭密封泄漏的原因
造成法蘭密封泄漏的因素很多，如法蘭的質(zhì)量不好，密封面的缺陷，法蘭錯(cuò)位或傾斜，墊片缺陷，螺栓預(yù)緊不當(dāng)，介質(zhì)對(duì)墊片、法蘭密封面的腐蝕，介質(zhì)壓力及溫度的變化等。
有統(tǒng)計(jì)顯示，法蘭密封泄漏，有50%~80%是由于螺栓預(yù)緊力下降造成的。一般，對(duì)螺栓施加的原始預(yù)緊力使其有一定的伸長(zhǎng)量，并使墊片產(chǎn)生一定的壓縮量，即形成一定的比壓。但由于介質(zhì)溫度、壓力變化或機(jī)械振動(dòng)等原因，將使螺栓預(yù)緊力發(fā)生變化，密封比壓下降而造成密封泄漏。催化余鍋系統(tǒng)的法蘭密封泄漏絕大部分屬于此類。
二、碟形彈簧的工作原理
針對(duì)法蘭螺栓預(yù)緊力松弛這一現(xiàn)狀，可在螺栓兩側(cè)或一側(cè)安裝預(yù)緊碟簧，以碟簧的微小變形量提供足夠的預(yù)緊力負(fù)荷，從而降低法蘭泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
碟簧的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖中，Do為最大外徑，D1為最小內(nèi)奸;Ho為碟簧總高度;h為碟簧行程;β為錐形角;t為碟簧厚度;R為底環(huán)半徑。
碟簧的壓縮變形量f與預(yù)緊力p的關(guān)系：
式中：μ為泊松系數(shù) E為屈服強(qiáng)度 f為碟簧壓縮量 M為比例因素，其中
μ和E取決于碟簧材質(zhì)和熱處理工藝;M取決于碟簧的結(jié)構(gòu)形式，α=D1/Do。一般來說，α越大，碟簧的剛度越大。
三、碟形彈簧的選用、安裝注意事項(xiàng)
H/t值的大小對(duì)碟簧的載荷—變形曲線有巨大的影響：當(dāng)h/t≈0.4時(shí)，碟簧載荷—變形曲線近于直線，變形隨負(fù)荷增大成線性增長(zhǎng);當(dāng)h/t≈1.414，碟簧變形量f=0.8h時(shí)，負(fù)荷達(dá)到最大值，變形再增大時(shí)，負(fù)荷也不再增大，出現(xiàn)碟簧剛度趨近于零的區(qū)域;當(dāng)h/t>1.414時(shí)，碟簧載荷—變形曲線呈拋物線狀，跨過轉(zhuǎn)折點(diǎn)后，隨著變形量的增加，負(fù)荷反而減小，出現(xiàn)負(fù)剛度特性。
顯而易見，選用碟簧不能出現(xiàn)零剛度或負(fù)剛度特性，h/t應(yīng)≤1.3，最好選用h/t≈0.4，即線性變形式碟簧。本文以下所述碟簧即以此為準(zhǔn)。
碟簧在選用和安裝過程中還要充分考慮碟簧、密封、螺栓的各種受力，以保證碟簧預(yù)緊力與變形關(guān)系處于有效區(qū)域內(nèi)。
碟簧變形量與碟簧預(yù)緊力、密封所需最小預(yù)緊力、密封與螺栓屈服極限間的關(guān)系如圖2.
從圖2，可以看出，當(dāng)?shù)妙A(yù)緊扭力小于密封所需最小預(yù)緊力時(shí)，密封無效。當(dāng)按照正常螺栓扭力上進(jìn)法蘭時(shí)，碟簧與普通墊圈作用相同，無法起到有效補(bǔ)償作用;當(dāng)?shù)深A(yù)緊力在建議最大、最小扭力之間時(shí)，螺栓預(yù)緊力可達(dá)到有效補(bǔ)償;當(dāng)?shù)深A(yù)緊扭力大于正常最大扭力，甚至達(dá)到密封、螺栓的屈服極限時(shí)，就有密封壓潰、螺栓拉斷的可能，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。
碟簧的初始預(yù)緊復(fù)合可用下式求得：(圖2下面的式子)
四、碟簧在二催化裝置余鍋系統(tǒng)的應(yīng)用
二催化裝置外取熱器上水出入口法蘭及油漿蒸汽發(fā)生器換209管箱、大鍋法蘭在2004~2006年裝置運(yùn)行期間多次發(fā)生泄漏，不得不進(jìn)行打卡子處理。其泄漏原因在于外取熱器負(fù)荷的經(jīng)常變化造成水汽的流量、壓力波動(dòng)。外取熱器上水出入口法蘭規(guī)格分別為DN10 PN100和DN80 PN100，螺栓型號(hào)分別為M27和M22(均為35CrMoA);換209型號(hào)為Φ1000X7547(250)，管、殼程設(shè)計(jì)壓力、溫度分別為2.45MPa、370℃和5.39MPa、270℃，螺栓型號(hào)為M42和M36(均為25Cr2MoVA)。
總之，使用法蘭預(yù)緊碟簧解決泄漏問題，具有安裝簡(jiǎn)單、補(bǔ)償性強(qiáng)的特點(diǎn)，可有效改善法蘭密封性能，治理法蘭密封泄漏問題，降低維護(hù)、堵漏成本，確保裝置的運(yùn)行平穩(wěn)、安全。
高溫碟簧針對(duì)不同螺栓的規(guī)格、材質(zhì)設(shè)定預(yù)緊力，作為螺栓預(yù)緊力的補(bǔ)償，在有效工作區(qū)域內(nèi)，壓力與行程關(guān)系為線性，其補(bǔ)償力會(huì)隨著螺栓預(yù)緊力的增加而增加，從而達(dá)到預(yù)緊的效果。
一般情況下每個(gè)螺栓兩側(cè)或一側(cè)安裝一片高溫碟簧就可以了，就能滿足絕大多數(shù)情況下的變形補(bǔ)償需要，特殊情況下，還可以采用多片碟簧組合的方式來進(jìn)行補(bǔ)償。
高溫碟簧材質(zhì)的選用一般根據(jù)螺栓材質(zhì)及回復(fù)力的要求來決定的，石化裝置最常采用的材質(zhì)是693F和20813，針對(duì)特殊場(chǎng)合，可采用不同的合金碟簧。
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一、催化余鍋系統(tǒng)法蘭密封泄漏的原因
造成法蘭密封泄漏的因素很多，如法蘭的質(zhì)量不好，密封面的缺陷，法蘭錯(cuò)位或傾斜，墊片缺陷，螺栓預(yù)緊不當(dāng)，介質(zhì)對(duì)墊片、法蘭密封面的腐蝕，介質(zhì)壓力及溫度的變化等。
有統(tǒng)計(jì)顯示，法蘭密封泄漏，有50%~80%是由于螺栓預(yù)緊力下降造成的。一般，對(duì)螺栓施加的原始預(yù)緊力使其有一定的伸長(zhǎng)量，并使墊片產(chǎn)生一定的壓縮量，即形成一定的比壓。但由于介質(zhì)溫度、壓力變化或機(jī)械振動(dòng)等原因，將使螺栓預(yù)緊力發(fā)生變化，密封比壓下降而造成密封泄漏。催化余鍋系統(tǒng)的法蘭密封泄漏絕大部分屬于此類。
二、碟形彈簧的工作原理
針對(duì)法蘭螺栓預(yù)緊力松弛這一現(xiàn)狀，可在螺栓兩側(cè)或一側(cè)安裝預(yù)緊碟簧，以碟簧的微小變形量提供足夠的預(yù)緊力負(fù)荷，從而降低法蘭泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
碟簧的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖中，Do為最大外徑，D1為最小內(nèi)奸;Ho為碟簧總高度;h為碟簧行程;β為錐形角;t為碟簧厚度;R為底環(huán)半徑。
碟簧的壓縮變形量f與預(yù)緊力p的關(guān)系：
式中：μ為泊松系數(shù) E為屈服強(qiáng)度 f為碟簧壓縮量 M為比例因素，其中
μ和E取決于碟簧材質(zhì)和熱處理工藝;M取決于碟簧的結(jié)構(gòu)形式，α=D1/Do。一般來說，α越大，碟簧的剛度越大。
三、碟形彈簧的選用、安裝注意事項(xiàng)
H/t值的大小對(duì)碟簧的載荷—變形曲線有巨大的影響：當(dāng)h/t≈0.4時(shí)，碟簧載荷—變形曲線近于直線，變形隨負(fù)荷增大成線性增長(zhǎng);當(dāng)h/t≈1.414，碟簧變形量f=0.8h時(shí)，負(fù)荷達(dá)到最大值，變形再增大時(shí)，負(fù)荷也不再增大，出現(xiàn)碟簧剛度趨近于零的區(qū)域;當(dāng)h/t>1.414時(shí)，碟簧載荷—變形曲線呈拋物線狀，跨過轉(zhuǎn)折點(diǎn)后，隨著變形量的增加，負(fù)荷反而減小，出現(xiàn)負(fù)剛度特性。
顯而易見，選用碟簧不能出現(xiàn)零剛度或負(fù)剛度特性，h/t應(yīng)≤1.3，最好選用h/t≈0.4，即線性變形式碟簧。本文以下所述碟簧即以此為準(zhǔn)。
碟簧在選用和安裝過程中還要充分考慮碟簧、密封、螺栓的各種受力，以保證碟簧預(yù)緊力與變形關(guān)系處于有效區(qū)域內(nèi)。
碟簧變形量與碟簧預(yù)緊力、密封所需最小預(yù)緊力、密封與螺栓屈服極限間的關(guān)系如圖2.
從圖2，可以看出，當(dāng)?shù)妙A(yù)緊扭力小于密封所需最小預(yù)緊力時(shí)，密封無效。當(dāng)按照正常螺栓扭力上進(jìn)法蘭時(shí)，碟簧與普通墊圈作用相同，無法起到有效補(bǔ)償作用;當(dāng)?shù)深A(yù)緊力在建議最大、最小扭力之間時(shí)，螺栓預(yù)緊力可達(dá)到有效補(bǔ)償;當(dāng)?shù)深A(yù)緊扭力大于正常最大扭力，甚至達(dá)到密封、螺栓的屈服極限時(shí)，就有密封壓潰、螺栓拉斷的可能，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。
碟簧的初始預(yù)緊復(fù)合可用下式求得：(圖2下面的式子)
四、碟簧在二催化裝置余鍋系統(tǒng)的應(yīng)用
二催化裝置外取熱器上水出入口法蘭及油漿蒸汽發(fā)生器換209管箱、大鍋法蘭在2004~2006年裝置運(yùn)行期間多次發(fā)生泄漏，不得不進(jìn)行打卡子處理。其泄漏原因在于外取熱器負(fù)荷的經(jīng)常變化造成水汽的流量、壓力波動(dòng)。外取熱器上水出入口法蘭規(guī)格分別為DN10 PN100和DN80 PN100，螺栓型號(hào)分別為M27和M22(均為35CrMoA);換209型號(hào)為Φ1000X7547(250)，管、殼程設(shè)計(jì)壓力、溫度分別為2.45MPa、370℃和5.39MPa、270℃，螺栓型號(hào)為M42和M36(均為25Cr2MoVA)。
總之，使用法蘭預(yù)緊碟簧解決泄漏問題，具有安裝簡(jiǎn)單、補(bǔ)償性強(qiáng)的特點(diǎn)，可有效改善法蘭密封性能，治理法蘭密封泄漏問題，降低維護(hù)、堵漏成本，確保裝置的運(yùn)行平穩(wěn)、安全。
高溫碟簧針對(duì)不同螺栓的規(guī)格、材質(zhì)設(shè)定預(yù)緊力，作為螺栓預(yù)緊力的補(bǔ)償，在有效工作區(qū)域內(nèi)，壓力與行程關(guān)系為線性，其補(bǔ)償力會(huì)隨著螺栓預(yù)緊力的增加而增加，從而達(dá)到預(yù)緊的效果。
一般情況下每個(gè)螺栓兩側(cè)或一側(cè)安裝一片高溫碟簧就可以了，就能滿足絕大多數(shù)情況下的變形補(bǔ)償需要，特殊情況下，還可以采用多片碟簧組合的方式來進(jìn)行補(bǔ)償。
高溫碟簧材質(zhì)的選用一般根據(jù)螺栓材質(zhì)及回復(fù)力的要求來決定的，石化裝置最常采用的材質(zhì)是693F和20813，針對(duì)特殊場(chǎng)合，可采用不同的合金碟簧。
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