化工设备高温结构设计难点及要点

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摘要：化工生产是一个国家工业实力的重要体现，促进化工行业的发展除了需要有良好的研究投入外还需要相应的化工生产设备予以支持。在化工生产的过程中，化工设备需要经受住高温、低温等各种恶劣的环境，特别是对化工设备的高温设计时，应当注意处理好高温结构对化工设备所带来的各种影响，化工生产时所产生的高温将会造成化工设备中的局部结构膨胀、化工设备所使用的材料在高温下产生膨胀以及化工工艺造成化工设备在生产过程中所产生的膨胀等，这些都会对化工设备的安全运行带来较大的安全隐患，同时也会使得化工设备的抗疲劳能力下降，不利于化工设备的长期安全、可靠的运行。因此，文章在对化工设备在高温条件下的结构设计所容易出现的缺陷进行讨论的基础上对如何做好化工设备高温结构设计进行分析阐述。

关键词：化工设备；高温；高压；压力容易；结构设计

化工设备在生产运行的过程中会面临着高温、高压等恶劣的工况，因此，需要对化工设备的高温结构设计引起足够的重视，做好化工设备高温结构的设计对于确保化工设备安全运行及化工设备的使用时间有着极为重要的促进作用。随着经济的发展加大了对于各种化工产品的需求，同时也加大了对于化工设备的需求，但是现今一些新发明的高温化学工业设备在高温结构设计方面质量方面参差不齐，一些化工设备在使用的过程中垫片、法兰、螺等部件由于受到高温的作用，经常会出现变形或是蠕变变形、部件结构弹性下降等影响化工设备使用性能。为提高化工设备的使用安全性与可靠性，应当在化工设备设计过程中做好对于化工设备高温结构的分析与设计，避免化工设备使用过程中出现问题。

1化工设备高温结构部分在设计中的缺陷分析

1.1化工设备高温结构部分在使用中弹性下降问题

化工设备的使用性能在生产使用过程中会受到高温的严重影响，尤其是化工设备高温结构的弹性较为敏感，因此，容易受到外界因素的干扰，在受到化工设备生产过程中高温的影响会使得化工设备的高温结构的弹性下降进而影响到化工设备的整体功能。因此，为应对高温对化工设备高温结构部分的影响，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，在这一过程中也会影响法兰从而实现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化工设备高温结构的影响。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，同时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引起足够的控制，避免控制作用力过大而造成高温结构被压扁。因此，在化工设备高温结构的设计过程中需要做好对于压力和温度的控制，此两点是化工设备高温结构设计的关键点也是提高化工设备整体结构弹性的前提。

1.2化工设备高温结构变形或蠕变问题及对策

化工设备在高温条件下运行时，高温会使得螺旋连接产生蠕变现象，同时过高的温度还会使得化工设备高温结构部分的法兰、垫片等部分产生一定的变形，这些蠕变或是变形会对化工设备高温结构连接的紧密性与密封性产生极为重要的影响，而这也是造成化工设备容易损坏的重要原因。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与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，同时通过采用隔热衬环还可以有效的降低设备的结构各组成部分之间的温度差，提高化工设备高温结构部分的整体性能，提升化工设备高温结构的法兰、垫片、螺栓连接部分等在高温条件下的工作性能，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。

2化工设备高温结构设计注意要点

2.1精确设置设计参数

化工生产中的工艺参数的设置在化工工艺生产中是非常重要且必要的，只有在确保基本参数正确的基础上才能够保证化工设备及工艺的安全生产。在化工设备高温结构的设计过程中，设计人员需要秉持严谨、认真、负责的态度，从全方位、多角度对化工设备高温结构部分进行分析和计算，任何设计细节都需要经过多次讨论、论证，避免因细节的忽视而影响到推理值的准确性。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。所以，在对化工设备高温结构进行设计的过程中，需要对参数做进一步检查，在确保参数准确的基础上对各项细节加以把控。

2.2控制好温度对于化工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，如温度的骤变将会使得法兰的连接产生剧烈的反应。所以，为避免或降低高温对化工设备高温结构部分所造成的影响，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。同时在温度的控制方法上还可以通过以下方式进行：（1）做好活套法兰的使用，在使用活套法兰还可以更好的抵抗热循环和热冲击，活套法兰相较于一般的法兰厚，而且活套法兰的刚度较大，其挠度可以通过减少法兰和法兰螺栓张力而减小。活套法兰在管道上应用较多，而在大直径的设备上使用活套法兰成本较高。（2）在螺栓上增加使用弹性垫圈，通过使用弹性垫圈能够有效的减小热膨胀对化工设备的影响，但是由于垫片体积刚度的影响，使得弹性垫圈所能承受的预紧力较为有限，同时在高温条件下使用弹性垫圈会在回火时降低其弹性。（3）做好化工设备高温结构中垫片材料的选择。

2.3做好对于化工设备高温结构的安全检验

化工设备高温结构的可靠性对于整体工艺的完整性有着极为重要的影响。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。

3结束语

化工设备高温结构的设计对于化工设备的安全运行有着十分重要的影响，在化工设备高温结构设计的过程中需要注意分析化工设备高温结构中所隐藏的各种隐患从而做好对于设备的不断优化。

作者:沈佳艳 李小军 单位:常州蓝翼飞机装备制造有限公司 常州大学化工设计研究院有限公司

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