倪偉偉

（開封空分集團有限公司設(shè)計研究院，河南 開封 475000）

通過不斷地研究和改進，設(shè)計出了一種新型的密封的結(jié)構(gòu)。本文依據(jù)與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)對比，闡述了該種新型的進出保冷箱管道密封結(jié)構(gòu)。

1 現(xiàn)有的密封結(jié)構(gòu)

1.1 剛性連接密封

如圖1，該結(jié)構(gòu)是用一個剛性連接件將管道出冷箱頂部進行密封。連接件由角鋼和蓋板構(gòu)成。連接件蓋板與管道焊接，角鋼與冷箱箱頂焊接。然后兩部分用螺栓連接，中間用橡膠墊密封［1］。

圖1

圖2

優(yōu)點：制作、安裝簡單，密封效果好，使用周期長。

缺點：空分裝置運行時不利于管道的自由收縮，會在設(shè)備管口處產(chǎn)生較大應(yīng)力［2］，易損壞設(shè)備及管道，造成事故。

1.2 導(dǎo)向連接密封

如圖2，該結(jié)構(gòu)是由兩片法蘭，中間用“O”型橡膠墊圈對進出保冷箱管道進行密封。兩片法蘭由螺栓連接固定，靠近保冷箱側(cè)法蘭與保冷箱焊接密封。

優(yōu)點：制作、安裝簡單，允許管道徑向收縮。

缺點：①管道有較大位移時容易將墊圈損壞。

②設(shè)備管口受到軸向力較大時，該結(jié)構(gòu)起不到降低管口處應(yīng)力的作用。

1.3 膨脹節(jié)連接密封

圖3

圖4

如圖3，該結(jié)構(gòu)由套管和膨脹節(jié)兩部分構(gòu)成。套管與保冷箱焊接，膨脹節(jié)與管道焊接密封，兩部分之間也是通過焊接連接。

優(yōu)點：①密封效果好。

②可以允許管道在多個方向上有位移。

缺點：膨脹節(jié)制造加工困難，成本高。

1.4 軟連接密封

如圖4，該結(jié)構(gòu)主要采用橡膠套連接達到密封的目的，由三部分構(gòu)成：套管、橡膠套和不銹鋼軟式夾箍。套管焊接在冷箱箱頂；橡膠套一端與套管連接，另一端與管道連接，用不銹鋼軟式夾箍分別對兩端箍緊密封。

優(yōu)點：空分裝置運行時管道可以自由收縮，設(shè)備管口受力較小。

缺點：①密封效果不好。橡膠套與管道連接處，水容易沿管道外壁面滲進冷箱內(nèi)，增大冷箱內(nèi)裝置的跑冷損失。

②使用周期短，更換不方便。該結(jié)構(gòu)暴露在大氣中，橡膠套容易老化，使用周期短；需更換時必須將管道截斷，很不方便。

③成本高，采購周期長。橡膠套小口端內(nèi)徑等于管道外徑，而相同公稱通徑的管道，對應(yīng)的外徑不一定相同（如：鋼管道的公英制外徑不同，國內(nèi)鋁管道不同壁厚外徑也不一樣），這就需要較多的橡膠套尺寸種類。這種橡膠套是由模具壓制而成，模具的制造成本高，這就增加了橡膠套的制作成本。并且這種結(jié)構(gòu)在每套裝置中使用尺寸種類不一樣且數(shù)量有限，這樣一來用模具批量生產(chǎn)橡膠套工期短、成本低的優(yōu)勢就難以體現(xiàn)。

1.5 新型密封結(jié)構(gòu)

對上述結(jié)構(gòu)不斷進行優(yōu)化改進，既要滿足制造簡單的要求，又使得安裝和維護更加方便。設(shè)計出了一種新型的進出保冷箱管道密封結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 新型密封結(jié)構(gòu)裝配示意圖

該結(jié)構(gòu)也是主要采用橡膠套連接達到密封的目的，由四部分構(gòu)成：蓋板、橡膠套、套管和不銹鋼軟式夾箍。蓋板與管道之間采用密封焊，套管與箱頂采用密封焊，中間用橡膠套連接，兩端用不銹鋼軟式夾箍箍緊密封。

此結(jié)構(gòu)克服了管道運行期間不能自由收縮、跑冷損失等問題，綜合了上述各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，且制作更方便，效果更顯著。具有以下優(yōu)點：

①制作簡單。該結(jié)構(gòu)主要是起密封作用，不需要很精密的配合，所用零部件只用普通工藝就能加工制作而成，只要不銹鋼軟式夾箍箍緊就能達到密封效果。

②能滿足不同外徑尺寸管道要求。蓋板是用于管道同材質(zhì)的板材焊接而成的一個部件，可以根據(jù)管道外徑開蓋板內(nèi)孔，滿足不同管道外徑。

③利用橡膠套密封連接不僅安裝更換簡單，而且大大節(jié)約了成本。橡膠套采用直筒型結(jié)構(gòu)，由橡膠板卷制，采用廠內(nèi)膠接或現(xiàn)場拉鏈連接，然后用密封膠對拉鏈進行密封。與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)橡膠套相比，省去了制作模具過程，節(jié)約了成本。由于空分裝置該處密封用橡膠套主要在化工廠和鋼廠室外大氣中使用，空氣呈弱酸性或弱堿性，合成橡膠中多種橡膠都具有良好的耐酸性、耐堿性，在這種環(huán)境中使用仍能保證其使用性能。橡膠的老化是由于受光、熱、氧的作用裂解產(chǎn)生自由基，自由基再通過連鎖反應(yīng)所造成的。我們可以使用一些防老劑來終止劣化過程中產(chǎn)生的自由基，使橡膠套的使用壽命加長，并且我們采用的是拉鏈式連接方式，即使橡膠套的使用壽命仍不能滿足我們的要求，我們在裝置運行過程中就能更換，不會耽誤整套系統(tǒng)的運行。

④密封效果好。此結(jié)構(gòu)上端采用蓋板，外沿伸出橡膠套一部分，防止雨水的浸入［3］。

⑤設(shè)備管口受力小。安裝時管道與保冷箱之間有一定間隙，即使間隙不能滿足管道的收縮要求，橡膠套有伸縮性好、性能穩(wěn)定的特點，也能滿足要求。橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料，橡膠的分子鏈可以交聯(lián)，交聯(lián)后的橡膠受外力作用發(fā)生變形時，具有迅速復(fù)原的能力，并具有良好的物理力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。這樣就能確保裝置運行時管道可以自由收縮，有效減小設(shè)備管口受力，起到保護設(shè)備的作用，保證裝置安全運行。

2 總結(jié)

新型密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使得管道進出冷箱密封更加安全可靠，且制造、安裝、更換方便，不僅在空分裝置領(lǐng)域能得到應(yīng)用，還可以向其他低溫冷箱（如液氮洗、LNG 冷箱等）領(lǐng)域推廣。

［1］孫全海.空分冷箱保溫層氣體冷凝的危害及預(yù)防［J］.深冷技術(shù)，2000（1）:27-30.

［2］馬恒高，鄒梅芳.空分冷箱內(nèi)管道布置及應(yīng)力分析［J］.杭氧技術(shù)，2005（2）:27-33.

［3］吳玉昆，周家健.空分冷箱鼓脹變形的發(fā)生和預(yù)防［J］.深冷技術(shù)，2005（3）:51-52.