Z-WASHER墊圈在乙烯裂解爐油急冷器上的應用

李華兵(中國石油四川石化有限責任公司生產四部，四川 成都 611930)

1 問題的提出

四川石化生產四部乙烯裂解裝置8臺裂解爐，采用7開1備運行模式，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，油急冷器設計溫度為675℃，設計壓力0.35MPa，1-7號爐裂解氣在此處被冷卻至211℃，8號爐被冷卻至283℃，然后進入下游裝置。

裂解爐在升降溫過程中，油急冷器處溫度變化較大，開工以來，在升溫后投油過程中，油急冷器上下法蘭面經常發生泄漏，高溫裂解氣泄漏易著火，給裝置安全、長周期運行造成隱患。且在裂解爐燒焦后投油過程中，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題成為革新的關鍵點。

2 問題的研究及方案實施

2.1 問題的研究

導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緊力的影響，因為其最難控制。在使用傳統緊固方式進行緊固時，諸如呆扳手、敲擊扳手等工具，由于力臂的存在，作用力會對螺栓形成側向偏載(如圖1所示)，使螺栓螺母之間的摩擦力增大且無法預知，損失的扭矩也無法確定，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會增大扭矩的損失，從而無法做到精確的螺栓載荷。當溫度、壓力發生變化時，一圈螺栓的預緊力將發生不一致的變化，當螺栓預緊力不能滿足墊片密封所需要的最小預緊力時即會產生泄漏。

圖1 扳手類工具存在側向偏載

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緊力的大小以及均勻性，而預緊力的大小又與裝置的內壓、溫度以及密封墊的密封比壓要求有關。通過深入的研究和比較，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)，結構形式如一個普通的平墊，安裝在螺母下面，其邊緣帶齒，上表面光滑，下表面有滾花。安裝時通過專用的雙層驅動套筒，雙層驅動套筒的外層下方與自反作用力墊圈的外齒相嚙合，使墊圈在轉動過程中不發生轉動。內套筒轉動螺母時產生的反作用力通過外套筒傳到墊圈的齒上被自動平衡，由于螺栓在緊固時沒有偏載和彎矩，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墊圈的優點

圖3 Z-WASHER使用原理

(1)改變傳統的扭力緊固方式的反作用力點，通過專用的雙層驅動套筒外層與自反作用力墊圈的結合，使緊固過程中反作用力轉移至墊圈上，擰緊力與反作用力沿螺栓中心相互抵消，因此緊固過程中沒有偏載，不再需要額外的反作用力支點和防跟轉扳手。

(2)由于沒有偏載，緊固時需要克服的摩擦力通過人為的潤滑可以得到均勻的值，可以預測和掌握。

(3)由于消除緊固過程中螺母與設備表面的摩擦，因此可以很好的保護設備表面。

2.4 力矩值計算

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如表1所示。

圖4 油急冷器上法蘭現場圖

表1 油急冷器上法蘭螺栓螺母參數表

根據計算結果，采用二硫化鉬潤滑，到螺栓屈服強度的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如表2所示。

圖5 油急冷器中法蘭現場圖

表2 油急冷器中法蘭螺栓螺母參數表

根據計算結果，采用二硫化鉬潤滑，到螺栓屈服強度的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如表3所示。

圖6 油急冷器下法蘭現場圖

表3 油急冷器下法蘭螺栓螺母參數表

根據計算結果，采用二硫化鉬潤滑，到螺栓屈服強度的75%，所需扭矩為2330NM。

2.5 方案實施

在請示領導同意后，采購了合適規格Z-WASHER墊圈。利用停爐檢修機會及2018年大檢修，對幾臺泄漏較頻繁的油急冷器法蘭面進行了安裝。根據計算的扭矩，采用專用液壓扭矩拉伸機、雙層驅動套筒及自反作用力墊圈組成的無反作用力臂預緊力控制系統進行油急冷器法蘭螺栓緊固，達到了力矩均勻且法蘭平行閉合的要求。安裝過程中，有滾花的一面要求對著法蘭面，以減少螺母在溫度變化時的松動。

3 應用效果

安裝了Z-WASHER墊圈的油急冷器法蘭，在歷次升降溫及投油過程中，基本上未出現泄漏。避免了因高溫裂解氣泄漏而導致的著火風險，減少了油急冷器泄漏而導致的非計劃停爐次數，保證了裝置的安全和長周期運行，經濟效益顯著提高。

4 結語

裂解人員開拓思路，大膽采用Z-WASHER墊圈，避免了因油急冷器頻繁泄漏而產生的安全風險，同時，也減少了因泄漏導致的非計劃停爐檢修次數，延長了裂解爐運行周期，為乙烯裝置創造了明顯的經濟效益。