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[摘 要]本文介绍了高压容器密封结构的重要性以及其密封结构的分类、特点、适用场合，并对强制密封、自紧密封以及半自紧密封进行比较，为高压容器密封结构的选择和设计提供依据。
[关键词]高压容器；密封结构；设计；
中图分类号：TM871 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0281-01
1.密封结构的重要性
压力容器必须具有良好的密封性能。特别是用于易燃、易爆、有毒介质的压力容器，如果密封不良，易燃易爆、有毒介质泄漏出来，不仅生产会受到影响，而且操作人员的人身安全也会受到威胁，环境将会受到污染。高压密封是高压容器设计的一个重要方面，高压容器能否正常运行，在很大程度上取决于密封结构的完善程度。近年来，随着高压容器越来越广泛的应用，对密封结构也提出了更多的新要求，对其密封的可靠性要求也越来越高[1，2]。
2.高压密封结构的分类及特点
高压密封大致可分为三类：强制式密封，自紧式密封，半自紧式密封。
2.1 强制密封
强制密封依靠螺栓的拉紧来保证顶盖、密封元件和筒体端部之间有一定的接触压力，已达到密封效果。由于压力增大后螺栓变形、顶盖上升等减小了接触压力，这就要求强制密封必须有很大的螺栓预紧力才能保证密封效果。若压力很高时，强制密封很难达到密封效果，顾不建议强制密封应用于高压容器的密封。
2.2 自紧式密封
当压力升高后，由于自紧式密封的结构特点，密封元件与顶盖、筒体端部之间的接触力加大，密封效果更好，压力越高，密封效果越好。螺栓仅须保证初始密封所需的预紧力。因此，自紧式密封为简化容器顶部结构，减小几何尺寸提供了可能性，是容器向大直径、高压力发展的必然趋势[2，3，4]。
1）伍德密封
伍德密封是一种最早使用的自紧式高压密封结构，伍德密封的最大特点是：全自紧式，压力和温度的波动不会影响密封的可靠性；取消了主螺栓，使筒体与端部锻件尺寸可大大减小，而拆装时的劳动强度比有主螺栓的密封结构，特别是比平垫密封的低得多。其缺点是结构笨重，零件多，加工复杂。
2）“C”形环密封
图1为钢质“C”形密封环的局部结构，环的上下面均有一圈突出的圆弧，这是线接触密封部分。“C”形环的优点是结构简单，无主螺栓，特别适合于快开连接，但由于使用大型设备的经验不多，一般只用于内径1000mm以内32MPa压力以下及350℃以下的场合。
3）空心金属“O”形环密封
空心金属“O”形环是用外径不超过12mm的金属小圆管弯制而成的，“O”形环密封结构简单，密封可靠，使用经验较丰富。可用于从中低压到超高压容器的密封，压力最高可达280MPa，个别甚至达350～700MPa。温度可从常温用到350℃，充气环甚至用到过400～600℃。“O”形环常用奥氏体不锈钢小管制成，为改善密封性能，常在“O”形环外表面镀银。
4）楔形密封
楔形垫密封又称N.E.C.式密封。这种结构虽具有自紧作用，但仍有主螺栓，主螺栓不仅要提供预紧力，还要承受作用在浮动端盖上的介质压力。因此主螺栓较大，使法兰尺寸也较大，消耗金属多，拆卸也不大方便，并占有相当大的高压空间，因此近年来国内使用较少。
5）三角垫、B形环、八角垫及椭圆垫密封
这些都是特殊形式的密封垫圈，如图2所示。三角垫和B形环均依靠工作介质的压力使密封圈径向压紧，从而产生自紧作用。它们的结构都比较精细，接触面小，加工要求高，特别是B形环要求在密封槽内有一定的过盈量，这样使制造与装配的要求都大大提高。B形环密封在石油工业中较早采用，从中低压到高压以至在较高温度下都有较可靠的密封性能，但其自紧作用较小。金属的八角垫及椭圆垫是炼油与加氢装置中习惯采用的密封结构，简单可靠。
2.2 半自紧式封
半自紧式封虽然具有一定的自紧性，但由于其结构特点，随着压力的升高，密封元件与顶盖、筒体端部之间的接触力仍会有一定程度的降低，这就造成实际上仍要有很大的预紧力才能达到密封效果，这就限制了它的使用范围。
双锥密封是一种半自紧式密封，结构简单，制造容易，加工精度要求不很高，生产周期短，装拆方便不易咬紧。双锥密封利用了自紧作用，因此主螺栓力比平垫密封小，而且在压力与温度波动时密封也可靠。我国采用双锥密封较为普遍，适合于设计压力为6.4～35MPa、温度为0～400℃、内径为400～2000mm的高压容器。
4.结语
综上所述，在高压容器设计时，应根据具体情况，考虑操作压力的大小及其波动范围和频率；操作温度及其随着压力的变化而变化的情况；介质的特性及其对材质的要求；容器的几何尺寸及操作空间等，确定需主要满足的条件，慎重选择密封结构。
参考文献
[1] 《压力容器实用技术丛书》编写委员会《压力容器设计知识》[M]北京：化学工业出版社，2005：244，265-269.
[2] 刘志军，喻健良，李志义.《过程机械》[M]北京：中国石化出版社，2002：116，124-128.
[3] 丁伯民，黃正林等.《高压容器》[M]北京：化学工业出版社，2003：99-128.
[4] 蔡仁良，顾伯勤，宋鹏云.《过程装备密封技术》[M]北京：化学工业出版社，2006：65-75.
[5] 端木令男，林蓓微.《浅谈压力容器密封技术与优化方案》[J]中国化工贸，2014，（23）：211.
作者简介
王丹超（1984-），女，辽宁大连，民族：汉；职称：工程师，学历：硕士研究生
[关键词]高压容器；密封结构；设计；
中图分类号：TM871 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0281-01
1.密封结构的重要性
压力容器必须具有良好的密封性能。特别是用于易燃、易爆、有毒介质的压力容器，如果密封不良，易燃易爆、有毒介质泄漏出来，不仅生产会受到影响，而且操作人员的人身安全也会受到威胁，环境将会受到污染。高压密封是高压容器设计的一个重要方面，高压容器能否正常运行，在很大程度上取决于密封结构的完善程度。近年来，随着高压容器越来越广泛的应用，对密封结构也提出了更多的新要求，对其密封的可靠性要求也越来越高[1，2]。
2.高压密封结构的分类及特点
高压密封大致可分为三类：强制式密封，自紧式密封，半自紧式密封。
2.1 强制密封
强制密封依靠螺栓的拉紧来保证顶盖、密封元件和筒体端部之间有一定的接触压力，已达到密封效果。由于压力增大后螺栓变形、顶盖上升等减小了接触压力，这就要求强制密封必须有很大的螺栓预紧力才能保证密封效果。若压力很高时，强制密封很难达到密封效果，顾不建议强制密封应用于高压容器的密封。
2.2 自紧式密封
当压力升高后，由于自紧式密封的结构特点，密封元件与顶盖、筒体端部之间的接触力加大，密封效果更好，压力越高，密封效果越好。螺栓仅须保证初始密封所需的预紧力。因此，自紧式密封为简化容器顶部结构，减小几何尺寸提供了可能性，是容器向大直径、高压力发展的必然趋势[2，3，4]。
1）伍德密封
伍德密封是一种最早使用的自紧式高压密封结构，伍德密封的最大特点是：全自紧式，压力和温度的波动不会影响密封的可靠性；取消了主螺栓，使筒体与端部锻件尺寸可大大减小，而拆装时的劳动强度比有主螺栓的密封结构，特别是比平垫密封的低得多。其缺点是结构笨重，零件多，加工复杂。
2）“C”形环密封
图1为钢质“C”形密封环的局部结构，环的上下面均有一圈突出的圆弧，这是线接触密封部分。“C”形环的优点是结构简单，无主螺栓，特别适合于快开连接，但由于使用大型设备的经验不多，一般只用于内径1000mm以内32MPa压力以下及350℃以下的场合。
3）空心金属“O”形环密封
空心金属“O”形环是用外径不超过12mm的金属小圆管弯制而成的，“O”形环密封结构简单，密封可靠，使用经验较丰富。可用于从中低压到超高压容器的密封，压力最高可达280MPa，个别甚至达350～700MPa。温度可从常温用到350℃，充气环甚至用到过400～600℃。“O”形环常用奥氏体不锈钢小管制成，为改善密封性能，常在“O”形环外表面镀银。
4）楔形密封
楔形垫密封又称N.E.C.式密封。这种结构虽具有自紧作用，但仍有主螺栓，主螺栓不仅要提供预紧力，还要承受作用在浮动端盖上的介质压力。因此主螺栓较大，使法兰尺寸也较大，消耗金属多，拆卸也不大方便，并占有相当大的高压空间，因此近年来国内使用较少。
5）三角垫、B形环、八角垫及椭圆垫密封
这些都是特殊形式的密封垫圈，如图2所示。三角垫和B形环均依靠工作介质的压力使密封圈径向压紧，从而产生自紧作用。它们的结构都比较精细，接触面小，加工要求高，特别是B形环要求在密封槽内有一定的过盈量，这样使制造与装配的要求都大大提高。B形环密封在石油工业中较早采用，从中低压到高压以至在较高温度下都有较可靠的密封性能，但其自紧作用较小。金属的八角垫及椭圆垫是炼油与加氢装置中习惯采用的密封结构，简单可靠。
2.2 半自紧式封
半自紧式封虽然具有一定的自紧性，但由于其结构特点，随着压力的升高，密封元件与顶盖、筒体端部之间的接触力仍会有一定程度的降低，这就造成实际上仍要有很大的预紧力才能达到密封效果，这就限制了它的使用范围。
双锥密封是一种半自紧式密封，结构简单，制造容易，加工精度要求不很高，生产周期短，装拆方便不易咬紧。双锥密封利用了自紧作用，因此主螺栓力比平垫密封小，而且在压力与温度波动时密封也可靠。我国采用双锥密封较为普遍，适合于设计压力为6.4～35MPa、温度为0～400℃、内径为400～2000mm的高压容器。
4.结语
综上所述，在高压容器设计时，应根据具体情况，考虑操作压力的大小及其波动范围和频率；操作温度及其随着压力的变化而变化的情况；介质的特性及其对材质的要求；容器的几何尺寸及操作空间等，确定需主要满足的条件，慎重选择密封结构。
参考文献
[1] 《压力容器实用技术丛书》编写委员会《压力容器设计知识》[M]北京：化学工业出版社，2005：244，265-269.
[2] 刘志军，喻健良，李志义.《过程机械》[M]北京：中国石化出版社，2002：116，124-128.
[3] 丁伯民，黃正林等.《高压容器》[M]北京：化学工业出版社，2003：99-128.
[4] 蔡仁良，顾伯勤，宋鹏云.《过程装备密封技术》[M]北京：化学工业出版社，2006：65-75.
[5] 端木令男，林蓓微.《浅谈压力容器密封技术与优化方案》[J]中国化工贸，2014，（23）：211.
作者简介
王丹超（1984-），女，辽宁大连，民族：汉；职称：工程师，学历：硕士研究生