尿素高压设备齿形垫应用探讨.pdf
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1、2023 年 6 月肥料与健康47 DOI:10.3969/j.issn.2096-7047.2023.03.011尿素高压设备齿形垫应用探讨王锡海,王嘉浩(重庆建峰化工股份有限公司 重庆 408601)摘 要:介绍了二氧化碳汽提法尿素装置高压设备齿形垫的结构和工作原理。根据齿形垫原始设计要求,结合齿形垫在实际应用中出现的 316L 金属芯变色、按规范操作预紧力回装齿形垫后出现泄漏等问题,分析了原因,提出了相应的改进措施。关键词:二氧化碳汽提法;尿素;高压设备;齿形垫;应用;改进中图分类号:TQ441.41文献标志码:B文章编号:2096-7047(2023)03-0047-04Discuss
2、ion on Application of Toothed Gasket in Urea High Pressure EquipmentsWANG Xihai,WANG Jiahao(Chongqing Jianfeng Chemical Co.,Ltd.,Chongqing 408601,China)Abstract:The structure and working principle of the toothed gasket for the high pressure equipments of the carbon dioxide stripping urea unit are in
3、troduced.Based on the original design requirements of the toothed gasket and the problems encountered in its practical application,such as discoloration of the 316L metal core,leakage after reinstalling the toothed gasket with pre tightening force according to specifications,the causes are analyzed
4、and corresponding improvement measures are proposed.Keywords:carbon dioxide stripping method;urea;high pressure equipment;toothed gasket;application;improvement作者简介:王锡海(1968),男,硕士,高级工程师,主要从事化肥装置设备维护管理工作; 重庆建峰化工股份有限公司(以下简称建峰化工公司)800 kt/a 尿素装置高压系统采用的是荷兰斯塔米卡邦公司的专利设备,设备运行温度为 140160,操作压力为 13.515.5 MPa。由于
5、在尿素合成过程中产生腐蚀性较强的氨基甲酸铵,因此设备壳体采用复合材料,由耐腐蚀的内衬和承压的强度层构成,内衬采用 Safurex 超级双相钢,强度层采用低合金碳钢,在内衬和强度层之间设置泄漏通道。设备封头及人孔法兰密封面均为平面,一部分密封环由耐蚀材料堆焊加工而成,一部分密封环由耐蚀材料毛坯加工镶嵌而成。法兰密封垫采用耐高温、耐腐蚀的金属复合齿形垫,是一种金属与非金属的组合垫片。在斯塔米卡邦公司的工艺包中,专利商对齿形垫的使用有条件限制,如金属芯的再使用和垫片预紧力等均需满足一定的要求。但在实际应用过程中,按专利商的要求进行使用,往往会出现一些问题,如建峰化工公司尿素高压圈设备在检修结束回装垫
6、片后,发生了法兰泄漏的情况,给装置的稳定运行带来了较大的影响。1 齿形垫的结构和工作原理 齿形垫是一种在金属芯表面带有锯齿形结构的垫片,垫芯一般选用金属材料,由精密车床在金属平垫片的两面加工成同心的锯齿槽,根据不同的介质,表面密封垫可选择柔性石墨、聚四氟乙烯48 肥料与健康第 50 卷 第 3 期(PTFE)、无石棉板或其他一些软金属,粘贴在金属芯的两面作为密封层,避免金属与金属的直接接触,防止法兰受损。斯塔米卡邦公司的专利设备使用的齿形垫,垫芯采用316L 不锈钢,表面密封层为 PTFE,结构见图 1。316L 材料本身具有较强的耐腐蚀性,即使 PTFE 破损,对垫片的整体影响也不大。PTF
7、E具有较好的耐高温性和良好的耐腐蚀性,能够完全适应含氨基甲酸铵的尿素高压圈环境。图 1 齿形垫结构齿形垫使用时,法兰螺栓会给垫片施加一个预紧力 P,见图 2。预紧力对密封面施加压紧载荷,产生压紧应力,使金属垫芯产生弹性变形,非金属外皮 PTFE 被压入齿形槽中,形成多道平面密封,填补密封面间隙,堵塞泄漏通道,达到密封效果。螺栓预紧力的大小须满足使用温度、压力 和压强温度乘积值的要求。图 2 齿形垫工作原理2 斯塔米卡邦公司的技术要求 二氧化碳汽提法尿素装置的高压圈设备包括汽提塔、洗涤塔、池式冷凝器、合成塔,设备封头法兰和通行人孔法兰的密封面、密封垫设计要求为:齿形垫必须设置在设备双相钢堆焊层或
8、成型环表面;齿形垫支撑密封环或堆焊层厚度至少达到 6 mm,且必须与设备碳钢壳体牢固结合,见图3;支撑密封环或堆焊层密封面拉伤后可以重新加工;支撑密封环或堆焊层材料强度和耐腐蚀性不能低于设备衬里材料;垫芯在使用后未受到损伤,可以重复使用。图 3 齿形垫安装位置 在斯塔米卡邦公司的高压专利设备中,汽提塔设计有上下两个相同的封头通行口,洗涤塔设计有上封头、下封头、人孔等 3 个不同的通行口,池式冷凝器设计有 1 个人孔通行口,合成塔设计有 1 个封头通行口,各通行口法兰密封齿形垫规格见表 1。从表 1 可知,高压设备齿形垫的垫芯采用 表 1 尿素装置高压圈设备齿形垫规格设备名称部件名称规格/mm材
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