Z-WASHER墊圈在乙烯裂解爐油急冷器上的應(yīng)用

李華兵(中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司生產(chǎn)四部，四川 成都 611930)

1 問(wèn)題的提出

四川石化生產(chǎn)四部乙烯裂解裝置8臺(tái)裂解爐，采用7開(kāi)1備運(yùn)行模式，高溫裂解氣一次冷卻采用鍋爐給水，二次冷卻采用急冷油冷卻方式，油急冷器設(shè)計(jì)溫度為675℃，設(shè)計(jì)壓力0.35MPa，1-7號(hào)爐裂解氣在此處被冷卻至211℃，8號(hào)爐被冷卻至283℃，然后進(jìn)入下游裝置。

裂解爐在升降溫過(guò)程中，油急冷器處溫度變化較大，開(kāi)工以來(lái)，在升溫后投油過(guò)程中，油急冷器上下法蘭面經(jīng)常發(fā)生泄漏，高溫裂解氣泄漏易著火，給裝置安全、長(zhǎng)周期運(yùn)行造成隱患。且在裂解爐燒焦后投油過(guò)程中，油急冷器處急冷水改為急冷油冷卻，也存在泄漏可能。因此，怎么解決油急冷器法蘭面易泄漏問(wèn)題成為革新的關(guān)鍵點(diǎn)。

2 問(wèn)題的研究及方案實(shí)施

2.1 問(wèn)題的研究

導(dǎo)致法蘭泄漏的原因有很多，密封墊的原因要占一部分，連接面是否光潔要占一部分，但最主要的原因還是螺栓預(yù)緊力的影響，因?yàn)槠渥铍y控制。在使用傳統(tǒng)緊固方式進(jìn)行緊固時(shí)，諸如呆扳手、敲擊扳手等工具，由于力臂的存在，作用力會(huì)對(duì)螺栓形成側(cè)向偏載(如圖1所示)，使螺栓螺母之間的摩擦力增大且無(wú)法預(yù)知，損失的扭矩也無(wú)法確定，加之螺紋嚙合部分及螺栓螺母與被連接件之間的表面摩擦?xí)龃笈ぞ氐膿p失，從而無(wú)法做到精確的螺栓載荷。當(dāng)溫度、壓力發(fā)生變化時(shí)，一圈螺栓的預(yù)緊力將發(fā)生不一致的變化，當(dāng)螺栓預(yù)緊力不能滿足墊片密封所需要的最小預(yù)緊力時(shí)即會(huì)產(chǎn)生泄漏。

圖1 扳手類工具存在側(cè)向偏載

通常在密封面及密封墊完好的前提下，影響密封連接可靠性的因素是螺栓預(yù)緊力的大小以及均勻性，而預(yù)緊力的大小又與裝置的內(nèi)壓、溫度以及密封墊的密封比壓要求有關(guān)。通過(guò)深入的研究和比較，采用自反作用力墊圈(Z-WASHER墊圈)用于急冷器法蘭連接，可以有效消除泄漏。

2.2 Z-WASHER墊圈原理

本次采用的Z-WASHER墊圈(如圖2所示)，結(jié)構(gòu)形式如一個(gè)普通的平墊，安裝在螺母下面，其邊緣帶齒，上表面光滑，下表面有滾花。安裝時(shí)通過(guò)專用的雙層驅(qū)動(dòng)套筒，雙層驅(qū)動(dòng)套筒的外層下方與自反作用力墊圈的外齒相嚙合，使墊圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)套筒轉(zhuǎn)動(dòng)螺母時(shí)產(chǎn)生的反作用力通過(guò)外套筒傳到墊圈的齒上被自動(dòng)平衡，由于螺栓在緊固時(shí)沒(méi)有偏載和彎矩，因此螺栓被軸向拉伸(如圖3所示)。

圖2 Z-WASHER墊圈圖

2.3 Z-WASHER墊圈的優(yōu)點(diǎn)

圖3 Z-WASHER使用原理

(1)改變傳統(tǒng)的扭力緊固方式的反作用力點(diǎn)，通過(guò)專用的雙層驅(qū)動(dòng)套筒外層與自反作用力墊圈的結(jié)合，使緊固過(guò)程中反作用力轉(zhuǎn)移至墊圈上，擰緊力與反作用力沿螺栓中心相互抵消，因此緊固過(guò)程中沒(méi)有偏載，不再需要額外的反作用力支點(diǎn)和防跟轉(zhuǎn)扳手。

(2)由于沒(méi)有偏載，緊固時(shí)需要克服的摩擦力通過(guò)人為的潤(rùn)滑可以得到均勻的值，可以預(yù)測(cè)和掌握。

(3)由于消除緊固過(guò)程中螺母與設(shè)備表面的摩擦，因此可以很好的保護(hù)設(shè)備表面。

2.4 力矩值計(jì)算

2.4.1 油急冷器上法蘭

油急冷器上法蘭如圖4所示，油急冷器上法蘭螺栓螺母參數(shù)如表1所示。

圖4 油急冷器上法蘭現(xiàn)場(chǎng)圖

表1 油急冷器上法蘭螺栓螺母參數(shù)表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用二硫化鉬潤(rùn)滑，到螺栓屈服強(qiáng)度的75%，所需扭矩為1819NM。

2.4.2 油急冷器中法蘭

油急冷器中法蘭如圖5所示，油急冷器中法蘭螺栓螺母參數(shù)如表2所示。

圖5 油急冷器中法蘭現(xiàn)場(chǎng)圖

表2 油急冷器中法蘭螺栓螺母參數(shù)表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用二硫化鉬潤(rùn)滑，到螺栓屈服強(qiáng)度的75%，所需扭矩為2330NM。

2.4.3 油急冷器下法蘭

油急冷器下法蘭如圖6所示，油急冷器下法蘭螺栓螺母參數(shù)如表3所示。

圖6 油急冷器下法蘭現(xiàn)場(chǎng)圖

表3 油急冷器下法蘭螺栓螺母參數(shù)表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用二硫化鉬潤(rùn)滑，到螺栓屈服強(qiáng)度的75%，所需扭矩為2330NM。

2.5 方案實(shí)施

在請(qǐng)示領(lǐng)導(dǎo)同意后，采購(gòu)了合適規(guī)格Z-WASHER墊圈。利用停爐檢修機(jī)會(huì)及2018年大檢修，對(duì)幾臺(tái)泄漏較頻繁的油急冷器法蘭面進(jìn)行了安裝。根據(jù)計(jì)算的扭矩，采用專用液壓扭矩拉伸機(jī)、雙層驅(qū)動(dòng)套筒及自反作用力墊圈組成的無(wú)反作用力臂預(yù)緊力控制系統(tǒng)進(jìn)行油急冷器法蘭螺栓緊固，達(dá)到了力矩均勻且法蘭平行閉合的要求。安裝過(guò)程中，有滾花的一面要求對(duì)著法蘭面，以減少螺母在溫度變化時(shí)的松動(dòng)。

3 應(yīng)用效果

安裝了Z-WASHER墊圈的油急冷器法蘭，在歷次升降溫及投油過(guò)程中，基本上未出現(xiàn)泄漏。避免了因高溫裂解氣泄漏而導(dǎo)致的著火風(fēng)險(xiǎn)，減少了油急冷器泄漏而導(dǎo)致的非計(jì)劃停爐次數(shù)，保證了裝置的安全和長(zhǎng)周期運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

4 結(jié)語(yǔ)

裂解人員開(kāi)拓思路，大膽采用Z-WASHER墊圈，避免了因油急冷器頻繁泄漏而產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，也減少了因泄漏導(dǎo)致的非計(jì)劃停爐檢修次數(shù)，延長(zhǎng)了裂解爐運(yùn)行周期，為乙烯裝置創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。