關于化工設備中高溫結構的設計問題

關于化工設備中高溫結構的設計問題

高溫結構是化工設備中的重中之重，高溫結構設計對化工設備的安全運行起著重要的作用，這也是增加化工設備使用時間的關鍵點。隨著化學工業的快速發展，化學工業設備的市場逐漸擴大，涌現出越來越多的新發明的高溫化學工業設備，但新發明的這些高溫化工設備存在的質量問題令人堪憂。墊片、法蘭、螺旋等部件在使用過程中經常會出現變形問題，或者會發生蠕變變形，亦或是部件結構彈性的下降，而不良的高溫結構設計正是導致這些問題的癥結所在。所以，要解決高溫化學工藝設備所存在的問題，可以從設計階段或者分析高溫結構設計等方面存在的問題考慮。

1 化工設備高溫結構設計存在的問題及解決措施

1.1 高溫結構彈性下降的問題與對策

處在高溫條件下的化工設備，其結構的彈性很敏感，容易被影響，化工設備的整體功能會受到結構彈性的限制。所以，在結構部件設計開始階段，可以設置對應的螺旋彈性墊圈。彈性墊圈的作用類似于套筒，可使化工設備結構彈性得到提高，同時也會影響法蘭，對于熱膨脹的不足可以有效吸收。與套筒相比較，彈性墊圈具有的結構較小。由于密封墊片的預緊力很強，所以密封墊片對于此類結構具有較大的約束力，難以承受很強的預緊力。在設計方面，應注意控制作用力所起的作用，如果作用力超過規定范圍，該結構有被壓扁的危險。因此，對于壓力和溫度的控制，是該結構設計的關鍵點，也是提高設備整體結構彈性的前提。

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1.2 高溫結構所產生的變形或蠕變問題及對策

當化學工藝設備在高溫條件下運行時，螺旋容易發生蠕變現象。而法蘭、墊片等容易變形，對化工設備有著很大的影響，這也是高溫條件下化工設備易損壞的重要原因。因此，化工設備結構設計的重、難點就體現在采用何種方法能有效地減少或防止法蘭、墊圈、螺釘等在高溫條件下發生變形或蠕變。在設計過程中，將對應的隔熱襯環安置于法蘭或墊片內側，熱量可以被隔熱襯環有效分離，進一步對法蘭、墊圈和螺栓產生影響，使其受到的熱輻射明顯下降，改變其溫度，還可以有效地降低設備的結構各組成部分之間的溫度差，提高化學工藝設備的整體性能，減少或避免纏繞法蘭、墊片、螺旋在高溫條件下的蠕變或變形，延長化學工藝設備的使用時間。

2 化工設備高溫結構設計中的注意事項

2.1 嚴謹設置設計參數

工藝參數的設置在化工工藝生產中是非常必要的，只有這些基本參數正確，才能保證化工安全生產。設計化工設備的高溫結構是一項艱難過程，設計人員應認真、負責、謹慎，不能對設計細節有所忽視。因為任何差值都可能影響到推理值的精確性。如，推力矩數值與實際值有微小差別或不符合有關標準和要求時，就會引起如法蘭泄漏等許多問題，對化學工藝設備的安全運行產生不良影響。因此，在設計化學設備高溫結構時，必須對參數作進一步的檢查，以確保所有參數的準確，使得細節不會出現不符合規定的情況。

2.2 注意對溫度的控制

在法蘭設計中必須注意控制溫度，溫度的驟變有可能會引起劇烈反應，因此，應設置相應的隔熱襯環，使溫度轉變經歷更多的過程。如果選用奧氏體不銹鋼作為襯環板材料，則應注意控制溫度，奧氏體不銹鋼與低合金鋼或碳鋼材料相比較，奧氏體不銹鋼的熱脹系數會很大，此時如果法蘭的溫度過高（超過300℃），那么在隔熱襯環設置環節和焊接工藝中，就容易出現焊縫剪切的問題，導致襯環板凸出，使法蘭的穩定性降低，影響安全運行。因此，在法蘭設計中，設計者必須注意溫度的控制，通常不超過300℃。

2.2.1 使用活套法蘭

活套法蘭，可以更好地抵抗熱循環和熱沖擊?；钐追ㄌm比一般正常的法蘭厚，而且活套法蘭剛度大，撓度可通過減少法蘭和法蘭螺栓張力而減少。由于管壁與法蘭采用的連接方式是非剛性連接，因此管壁熱應力不會轉移到法蘭，從而使得法蘭發生偏轉。短力臂和螺栓應力小等條件可以減少螺栓伸長。與此同時，由于法蘭厚度較大和法蘭螺栓長度較長的緣故，螺栓能吸收大量的熱膨脹，也不容易導致螺栓應力超過屈服極限。一般來說，在管道上可使用螺紋法蘭。而在大直徑的設備上需要使用其他形式的活套法蘭，否則成本太高。

2.2.2 螺栓上加彈性墊圈

在螺栓上增加彈性墊圈。此類結構與套筒所產生的作用相近似，能夠有效地減小熱膨脹對化工設備的影響。然而，由于套筒的剛度比彈性墊圈的剛度大得多，因此彈性墊圈無法承受太大的密封片預緊力，容易受到壓力而導致變平。彈性墊圈不適合在高溫高壓下使用。否則，在回火的情況下會失去彈性。

2.2.3 墊片材料的選擇

在設計中還應注意到實際工程中容易產生的問題。比如，高溫管路對于末端管法蘭所產生的推力矩的計算，末端推力矩過大容易導致法蘭泄漏，設計者應與配管專業合作并確認。在對管道進行生產作業和對管路進行改造時，對于管法蘭允許的推力矩數值應向制造廠進行提示。

3 對化工設備中高溫結構進行安全檢驗

化工設備中的高溫結構關系到整體工藝的完整性，作為一種工藝設備在其特殊的工作條件下會發生壓力較大或者溫度驟變等情況，而這些缺陷不僅會對整個工藝產生重要影響，而且會對工作人員造成不可避免的損失。因此，對于化工設備中高溫結構進行定期檢驗，可以減少不必要的損失，同時對整個工藝和工作人員的人身安全負責。

4 結論

化工設備高溫結構的設計是保證化工設備安全運行的重要前提，要高度重視并加強對化工設備的高溫結構設計，注意分析高溫結構設計中所隱藏的諸多問題，并致力于尋找解決問題的方法和措施，同時對化工設備的結構進行不斷優化。