刘旭1， 孙主2
（1. 四川泸天化弘旭工程建设有限公司，四川 泸州646300；2. 泸州泸天化化工设计有限公司，四川 泸州646300）
［摘 要］我国上世纪70年代中期首批从Kellogg公司引进了8套 300 kt/a合成氨装置，生产中其第一废热锅炉（101CA/CB）管箱与封头法兰连接部位均多次出现泄漏，通过紧固螺柱仍不能奏效，严重影响系统的安全、长周期运行。随着对大化肥装置工艺技术的“消化、吸收”，摸索出了对第一废锅管箱与封头法兰密封面技改的经验。结合系统工艺流程与设备参数，阐述密封失效的原因、技改前后管箱与封头法兰密封面结构尺寸、相关零件之材料及规格，应用SW6—2011（4.0版）计算软件校核第一废锅管箱与封头法兰密封面在技改前后的强度、刚度，在对原法兰密封结构及设计校核计算结果进行分析的基础上，提出了改用齿形组合垫片的建议，此举在生产实践中取得了良好的效果，可为高温、高压工况下设备法兰或管法兰泄漏事故的处理提供一些参考与借鉴。
［关键词］第一废热锅炉；管箱与封头法兰；密封失效；密封面结构；设计校核；技术分析；改进建议；齿形组合垫片
［中图分类号］TQ113.25+1.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）05-0061-05
0 引 言
我国从上世纪70年代开始建设大型化肥厂，于70年代中期首批从国外引进了13套合成氨装置，其中从Kellogg公司引进300 kt/a合成氨装置8套（以天然气为原料）[1]。就Kellogg合成氨装置第一废热锅炉（101CA/CB）管箱与封头法兰连接部位而言，各厂在生产中此处均多次出现泄漏，通过紧固螺柱仍不能奏效，严重影响系统的安全、长周期运行。在后来的生产运行中，随着各厂对大化肥装置工艺技术的“消化、吸收”，技术人员摸索出了对第一废热锅炉（简称第一废锅）管箱与封头法兰密封面技改的经验，应用于生产实践中取得了良好的效果。
采用压力容器设计计算软件SW6—2011(4.0版）对第一废锅管箱与封头法兰密封面技改进行设计计算校核，并从理论上对比分析密封面技改前后的异同及改造措施的合理性，从而为高温、高压工况下设备法兰或管法兰泄漏事故的处理提供参考。以下就有关情况作一介绍。
1 Kellogg合成氨装置第一废锅简介
300 kt/a的 Kellogg合成氨装置第一废锅属于自然循环的水管锅炉，其结构型式为单管插入式，由内外传热管、气体分布器、大小管板、折流板和壳体及水夹套组成，壳体内衬低硅泡沫氧化铝混凝土绝热层[2]。
1.1 工艺流程简介[3]
第一废锅是Kellogg合成氨装置中的重要设备之一，它利用二段转化工艺气的热量产生10.34 MPa的高压蒸汽。从二段转化炉（103D）底部出来的1 003 ℃的二段转化工艺气，通过气体分布器进入第一废锅的壳程，与管程（外管）内的锅炉水进行换热，二段转化工艺气温度降为482 ℃，然后进入第二废热锅炉（102C）回收热量。第一废锅锅炉给水自汽包（101F）由下降管进入管箱，经小管板分布进入刺刀管和外管，吸收二段转化工艺气的热量，产生的汽水混合物经上升管返回汽包。
1.2 设备技术参数（表1）
2 密封失效[4-5]
Kellogg合成氨装置第一废锅管箱与封头法兰泄漏是各生产厂面临的一个大问题，有的厂在处理过程中还造成了严重的后果。第一废锅管箱与封头法兰密封原设计为鸭嘴形（如图1），安装时与低碳钢环焊，为检修方便，国内各厂常常不将法兰“唇边”焊死。大修换管束后管箱与封头法兰螺柱很少一次紧固成功，常需要带压热紧。发现泄漏后，再次紧固螺柱，但常常不能奏效，甚至缠绕垫片压溃仍不能制止泄漏；泄漏后有的厂被迫在法兰外圆柱面加钢箍焊死，但仍不能制止螺柱垫圈处的泄漏，因此，改进此密封结构很有必要。
3 技改前后管箱与封头法兰密封面结构介绍[6-7]
3.1 技改前后管箱与封头法兰密封面结构尺寸