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高温预紧碟簧在中压蒸汽管网系统上的应用
添加:2019-8-12 17:13:30    游览:1334    来源:网络

  摘要:结合某石化企业加氢装置3.5 MPa蒸汽管网温度剧烈波动而导致蒸汽分水罐多次泄漏,并且人孔法兰呲开大量泄漏最终导致装置停产抢修的事故,提出了增设高温预紧碟簧的抗温度波动措施,取得较好效果,对于同类设备具有较高推广应用价值。

  关键词:波动;预紧碟簧;预紧力

  循环氢压缩机组是加氢装置的核心设备,机组承担着为装置提供循环氢、带走反应热量的任务。由于循环氢压缩机具有流量大、压缩比小的特点,因此大型加氢装置循环氢压缩机组多属于汽轮机驱动的离心式压缩机组。为防止汽轮机驱动蒸汽温度骤降凝结带水从而威胁机组安全运行,汽轮机驱动蒸汽进汽管路上均设置分水罐[1]。蒸汽分水罐属高温运行设备,抵抗温度波动能力较弱,一旦遭遇蒸汽管网温度压力大幅波动,极易发生泄漏事故。

  1 3.5 MPa蒸汽分水罐

  某加氢装置循环氢离心压缩机组使用背压式汽轮机驱动,驱动蒸汽压力为 3.5 MPa,温度为400 ℃。为防止蒸汽系统温度波动时凝结水损坏汽轮机叶片,在 3.5 MPa蒸汽进汽管路上设置分水罐,该分水罐选用“高进高出”结构,凝结水自容器底部通过疏水器实现连续疏水,从而保证汽轮机驱动蒸汽品质[2]。蒸汽分水罐的结构见图1。

图1 3.5 MPa蒸汽分水罐 

  该蒸汽分水罐的人孔结构型式为垂直吊盖带颈对焊法兰人孔,执行标准为 HG/T 21521-2005,即法兰螺栓连接结构的垂直吊盖人孔,人孔垫片型式选用内外环缠绕垫,型号规格为 DN 500 mm,PN 11.0 MPa。蒸汽分水罐技术参数见表1。

  表1 3.5 MPa蒸汽分水罐技术参数

规格型号 主体材质 设计/操作温度/℃ 设计/操作压力/MPa 设备容积/m³

Φ1200x3250x28

15CrMoR 480/400 4.5/3.5 2.26

  2 存在问题

  因该装置 3.5 MPa蒸汽来源多,蒸汽系统极不稳定,常发生温度及压力大幅波动。该装置 2015上半年运行数据显示:3.5 MPa 蒸汽管网压力波动6次,最大波动幅度达 1 MPa;蒸汽管网温度波动 5次,最大温度波动幅度近100℃。而且温度变化较快,曾在 10 min 内温度骤降 60 ℃,降温速度高达360 ℃/h,远超装置不大于30 ℃/h的控制指标。

  压力容器的人孔使用法兰螺栓连接结构,当温度大幅骤降时,由于法兰及垫片直接接触输送介质,法兰及垫片将先于螺栓发生收缩变形,导致连接螺栓收缩量小于法兰及垫片收缩量,螺栓剩余预紧力较正常预紧力将减少,当剩余预紧力低于要求的最小预紧力时,将发生泄漏现象[3]

  3 改进措施

  针对 3.5 MPa 蒸汽管网温度和压力频繁波动的情况,决定采用以下改造方案加强密封性能。

  3.1 增设高温预紧碟簧

  碟簧具有低行程、高负荷、所需空间小等特性,能通过很小的变形提供足够的预紧载荷,吸收温度、压力波动造成 的应力松弛,补偿法兰和密封材料的变形,尤其适用于温度波动大的密封部位。碟簧结构及安装结构分别见图2,3。

碟簧结构和安装结构图

  增设预紧碟簧后,温度出现大幅波动时,碟簧可及时释放储蓄的弹性势能,补偿螺栓松弛,保证垫片最小预紧力,保证法兰螺栓连接可靠运行[4]

  3.2 人孔垫片的选型

  增设高温预紧碟簧后,由于碟簧弹性模量较大,因此,需提供较大的螺栓预紧载荷,从而达到压缩碟簧、储蓄势能的目的。但是,原设计普通缠

  绕垫由于承载面积较小,按照碟簧要求紧固载荷施压后,将造成缠绕垫片缠绕带部分端面比压过大,从而导致垫片压溃现象。

  3.3 更换紧固螺栓

  人孔连接螺栓材质为 25Cr2MoVA/35CrMoA,选材满足要求,但螺栓两侧增设碟簧后,原设计螺栓长度不满足紧固要求,同时,考虑螺栓强度,将原有螺栓全部更换为加长的全螺纹螺栓[5]

  3.4 法兰螺栓定力矩紧固

  为保证连接螺栓承载一致,防止局部预紧力不足,选取一定紧固力矩,用液压扳手进行定力矩紧固。紧固程序按最终紧固载荷的 30%、60%、80%、100%、100%五遍紧固方案,保证紧固质量。温度大幅波动后极易造成缠绕垫松散、压溃。为规避缠绕垫片的局限性,考虑到波齿垫片在压缩量、回弹率、强度等方面更具优势,具备更强的克服温度波动能力,因此,垫片应选为波齿垫片。

  4 结束语

  该改造项目于 2015年 2月装置停工抢修期间实施,运行至今先后4次出现中压蒸汽压力及温度大幅波动现象,但均未对装置运行造成明显影响。

  实践证明,该改造项目提高了中压蒸汽分水罐人孔法兰抗温度波动能力,增加了设备运行可靠性,减少因泄漏带来的停工次数,节省了检修费用,为装置的长周期安全平稳运行提供了有利保障。

  参考文献:

  [1] 许伟 . 脱硫反应器大法兰泄漏原因分析与改进[J]. 石油化工设计,2012,29(2):62-64.

  [2] 郭晓亮 .镇海炼化装置长周期运行的影响因素及其对策[C].全国炼油加氢技术交流会论文集,2011:97-102.

  [3] 国家机械标准化委员会 .GB150-2011 压力容器[S]. 北京:中国标准出版社,2011:9-11.

  [4] 国家机械标准化委员会 .GB/T1972-2005 碟形弹簧[S].北京:中国标准出版社,2005:10-13.

  [5] 初泰安 . 螺栓拧紧方法和预紧力控制[J]. 化工设备与管道,2005,42(3):40-42.

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