催化装置的设备和管道法兰密封问题，不仅涉及到节能和污染，而且关系到的装置的安全生产和长周期运行。随着工艺操作条件的越来越苛刻，同时，装置长周期运行的要求越来越高，设备和管道法兰密封问题就显得越来越突出。预紧碟簧在法兰密封中的使用，尤其是在余锅系统中的使用，取得了一定的效果，为装置的安全、平稳、长周期运行提供了保障。

　　1.催化余锅系统法兰密封泄漏的原因

　　造成法兰密封泄漏的因素很多，如法兰的质量不好，密封面的缺陷，法兰错位或倾斜，垫片缺陷，螺栓预紧不当，介质对垫片、法兰密封面的腐蚀，介质压力及温度的变化等。

　　有统计显示，法兰密封泄漏，有50%~80%是由于螺栓预紧力下降造成的。一般，对螺栓施加的原始预紧力使其有一定的伸长量，并使垫片产生一定的压缩量，即形成一定的比压。但由于介质温度、压力变化或机械振动等原因，将使螺栓预紧力发生变化，密封比压下降而造成密封泄漏。催化余锅系统的法兰密封泄漏绝大部分属于此类。

　　2.碟簧的工作原理

　　针对法兰螺栓预紧力松弛这一现状，可在螺栓两侧或一侧安装预紧碟簧，以碟簧的微小变形量提供足够的预紧力负荷，从而降低法兰泄漏风险。

　　碟簧的结构如图1所示。

　　图中，Do为最大外径，D1为最小内奸;Ho为碟簧总高度;h为碟簧行程;β为锥形角;t为碟簧厚度;R为底环半径。

　　碟簧的压缩变形量f与预紧力p的关系：

　　式中：μ为泊松系数 E为屈服强度 f为碟簧压缩量 M为比例因素，其中

　　μ和E取决于碟簧材质和热处理工艺;M取决于碟簧的结构形式，α=D1/Do。一般来说，α越大，碟簧的刚度越大。

　　3.碟簧的选用、安装注意事项

　　H/t值的大小对碟簧的载荷—变形曲线有巨大的影响：当h/t≈0.4时，碟簧载荷—变形曲线近于直线，变形随负荷增大成线性增长;当h/t≈1.414，碟簧变形量f=0.8h时，负荷达到最大值，变形再增大时，负荷也不再增大，出现碟簧刚度趋近于零的区域;当h/t>1.414时，碟簧载荷—变形曲线呈抛物线状，跨过转折点后，随着变形量的增加，负荷反而减小，出现负刚度特性。

　　显而易见，选用碟簧不能出现零刚度或负刚度特性，h/t应≤1.3，最好选用h/t≈0.4，即线性变形式碟簧。本文以下所述碟簧即以此为准。

　　碟簧在选用和安装过程中还要充分考虑碟簧、密封、螺栓的各种受力，以保证碟簧预紧力与变形关系处于有效区域内。

　　碟簧变形量与碟簧预紧力、密封所需最小预紧力、密封与螺栓屈服极限间的关系如图2.

　　从图2，可以看出，当爹好预紧扭力小于密封所需最小预紧力时，密封无效。当按照正常螺栓扭力上进法兰时，碟簧与普通垫圈作用相同，无法起到有效补偿作用;当碟簧预紧力在建议最大、最小扭力之间时，螺栓预紧力可达到有效补偿;当碟簧预紧扭力大于正常最大扭力，甚至达到密封、螺栓的屈服极限时，就有密封压溃、螺栓拉断的可能，导致严重后果。

　　碟簧的初始预紧复合可用下式求得：(图2下面的式子)

　　4.碟簧在二催化装置余锅系统的应用

　　二催化装置外取热器上水出入口法兰及油浆蒸汽发生器换209管箱、大锅法兰在2004~2006年装置运行期间多次发生泄漏，不得不进行打卡子处理。其泄漏原因在于外取热器负荷的经常变化造成水汽的流量、压力波动。外取热器上水出入口法兰规格分别为DN10 PN100和DN80 PN100，螺栓型号分别为M27和M22(均为35CrMoA);换209型号为Φ1000X7547(250)，管、壳程设计压力、温度分别为2.45MPa、370℃和5.39MPa、270℃，螺栓型号为M42和M36(均为25Cr2MoVA)。

　　总之，使用法兰预紧碟簧解决泄漏问题，具有安装简单、补偿性强的特点，可有效改善法兰密封性能，治理法兰密封泄漏问题，降低维护、堵漏成本，确保装置的运行平稳、安全。

　　高温碟簧针对不同螺栓的规格、材质设定预紧力，作为螺栓预紧力的补偿，在有效工作区域内，压力与行程关系为线性，其补偿力会随着螺栓预紧力的增加而增加，从而达到预紧的效果。

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