化工设备设计中高温结构的分析

化工设备设计中高温结构的分析

孙丽萍

江苏天诚化工设备制造有限公司 , 江 苏 靖江 214500

摘要：在生产和运行过程中，化工设备将面临严苛的工作条件，如高温和高压。因此，化工设备的高温结构设计必须引起足够的重视，以确保化工设备的安全。操作设备对化学品的使用起着非常重要的作用。随着经济的不断发展，市场对各种化学产品的需求也不断增加，对化工设备的需求也增加。然而，有些新发明的高温化工设备在高温结构设计方面存在问题。有些化学工业在使用该设备的过程中，接头、法兰、螺杆等部件经常受到高温而变形或受阻力变形，同时结构的弹性也会影响化学设备的性能。为了提升化工设备的可靠性以及安全性，化工设备在设计过程中必须进行高温结构分析和设计，以防止化工设备在使用中出现问题。本文就化工设备设计中高温结构进行了分析和探讨。

关键词：化工设备；设计；高温结构

一、化工设备高温结构部分在设计中的缺陷分析

1、使用过程中化工设备的高温结构部件弹性降解的问题

生产和使用过程中的高温会严重影响化工设备的性能。特别是化工设备的高温结构对弹性非常敏感。因此，很轻易就会受到外界因素的影响，高温会影响化工生产过程。设备高温结构弹性的减少会对化工设备的整体性能造成影响。因此，为应对高温对化工设备高温结构部件的影响，需要在化工设备高温结构部件设计的开始阶段就设置相对应的螺旋弹性垫圈以减小高温变形的影响，这些所添加的高温垫圈的作用类似于套筒的作用，通过改变高温结构部分的弹性变形系数来使得化工设备的结构弹性得以提高，在这一过程中会影响法兰,对于热膨胀部分的充分吸收，从而降低化工设备因材料膨胀对高温结构的影响。弹性垫圈与套筒所起的作用相类似，但是相较于套筒来说，使用弹性垫圈的结构较小，采用密封垫片可以获得较强的预紧力，同时在化工设备高温结构的设计过程当中需要对该结构所能承受的作用力的范围给予足够的控制，避免作用力范围过大而造成高温结构被压扁。因此，化工设备的高温结构设计一定要对压力和温度进行控制。这两点是化工设备高温结构设计的重点，也是提高化工设备整体结构柔性的前提。

2、高温结构变形或化工设备变形的问题及对策

当化学设备在高温下工作时，高温会导致螺杆连接产生阻力。同时，过高的温度会导致化工设备高温结构件法兰和接头产生一定的变形。变形对化工设备高温结构接头的密封性能有着非常重要的影响，也是化工设备损坏的重要原因之一。所以，在化工设备高温结构部分的设计过程中应当着重注意解决好化工设备高温结构中的法兰、垫圈、螺钉等在高温条件下产生变形或是蠕变破坏化工设备高温结构部分的连接及密封效果。因此，在化工设备高温结构部分的设计过程中需要对应的将隔热衬环安置在法兰或是垫片的内侧，通过使用隔热衬环来将热量有效的隔离，避免化工设备生产过程中的高温对法兰、垫圈和螺栓等产生较为严重的热影响。通过采用隔热衬环可以使得法兰、垫圈与螺栓等受到的热辐射效果明显下降，提升其在高温条件下的工作性能，提高化工设备高温结构部分的整体性能，较少或是避免高温蠕变或是变形的发生，提高化工设备的使用寿命。

二、化工设备高温结构设计注意要点

为了保证化工设备的高温结构在高温高压环境下正常工作，不出现安全问题，不出现泄漏的情况，在设计时应考虑以下几个问题。

1、准确设定设计参数

化工生产中工艺参数的设置在化工工艺生产中是非常重要且必要的。只有基本参数正确，才能保证化工设备和工艺的安全。在化工设备高温结构设计过程中，必须坚持严谨、认真、态度，从各个角度分析计算化工设备高温结构。设计的任何细节都必须多次讨论和演示。避免因细节的忽视而影响到推理值的准确性。在设置参数时，如果存在一对推力值与实际值之间的差异，例如，在参数设置的过程中，推力矩数值与实际值存在着微小差别或是不符合相关标准或是规范时，会造成法兰连接的不紧密，容易在法兰连接处产生泄漏等安全隐患，从而对化工设备的安全、可靠的运行产生不良的影响。因此，在化工设备高温结构设计过程中，有必要在保证参数精度的基础上，对参数进行更深入的验证和细节控制。

2、温度控制对化学设备高温结构设计的影响

在化工设备高温结构法兰连接的过程中，需要做好对于温度的控制，化工设备高温结构部分在运行的过程中，如温度的骤变会对法兰的连接产生剧烈的影响。所以，为避免或降低高温对化工设备高温结构部件所造成的影响，应当在连接部分设置相应的隔热衬环，从而使得温度的转变经历更多的过程，如果选用奥氏体不锈钢作为隔热衬环板的材料，要注意对于化工设备高温结构部分温度的控制，由于奥氏体不锈钢的热膨胀系数较大，当法兰温度过高时，在隔热衬环设置环节和焊接工艺中容易出现焊缝剪切的问题，使得隔热衬环板凸出，降低法兰连接的稳定性与可靠性，从而使得化工设备高温结构法兰连接的安全隐患大为增加，所以，在法兰的设计过程中，设计人员需要注意温度对于化工设备高温结构的影响，将连接温度控制在300℃以内，提高连接的可靠性与安全性。

与此同时，温度控制方法也可以通过以下方式进行：为避免法兰周向温差过大，应控制周向温差，特别是有纵向隔板时，高温侧应安装保温内衬和水套。在垫片和法兰内侧设置隔热衬圈，降低垫片和法兰之间的温差，避免螺栓屈服蠕变和法兰变形。同时，根据温度和压力的具体情况选择垫片，控制法兰与筒体之间的温差。一般工作温度不应超过300℃，当温度超过500℃时，喷嘴法兰应选用较厚的材料，使用较大的螺栓。当界面直径较大时，应采用对焊连接。

3、做好化工设备高温结构的安全检查

化工设备的高温结构可靠性对整个过程的完整性有着非常重要的影响。所以，需要对化工设备高温结构进行定期的检测、检验，及时发现化工设备高温结构所存在的安全隐患，保障化工设备高温结构的整体工艺的安全性与可靠性。

4、使用循环连接

相对于其他法兰来说，活套连接的强度和厚度都具有抗热优势，而且采用长螺栓可以更好地吸收热膨胀，而且不易出现螺栓应力超过屈服极限的情况，还能更好地抵抗热循环和热冲击。同时，由于法兰与管壁之间没有刚性连接，由于管壁的热应力传递，必须避免法兰的挠度。活套连接力臂短，螺栓受力小，可降低螺栓伸长。为了降低成本，螺栓法兰通常用于管道和其他大直径设备的法兰。

5、增加弹性垫圈

螺栓上增加了弹簧垫圈，作为连接和吸收热膨胀的环形法兰。但是，温度不应该太高，压力也不应该太高。否则，在高温下容易回火和失去弹性。在螺杆预紧力的作用下，螺杆会变平，失去弹性。此外，还应考虑高温管道法兰端部的推力。如果推力扭矩过大，法兰可能会泄漏。化学设备高温结构中使用的铬钼钢较多，容易产生压力过大和不安全因素。因此，必须对设备进行整体加固，消除因压力过大而造成的安全隐患。

结束语：

在化工设备的生产和运行中，工作条件和工作环境非常特殊，经常面临高压、高温等恶劣的工作条件，对稳定性有很大的负面影响,严重影响了高温结构的耐久性。

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