不透性石墨设备封头破坏原因与对策分析

不透性石墨设备封头破坏原因与对策分析

王灿,李晨晨

南通星球石墨股份有限公司 江苏 南通 226541

摘要：最近几年，不透性石墨设备应用多，因为其耐腐蚀性好且实际的传热性能广，所以备受好评，逐渐渗透到了化工、制药等行业。研究发现，该设备是一类不可缺少的换热设备，但在现实使用中，却容易发生封头破坏的问题，严重影响不透性石墨设备应用价值。实际工作中，为延长设备封头的寿命，降低封头损坏的概率，需实施专业的封头结构分析，明确现有的封头设计结构。在此基础上找出封头坏死的原因，制定完善的处理对策，保障不透性石墨设备的稳定，强化设备运行效果。

关键词：对策；封头故障；原因分析；不透性石墨

引言：石化、化工等领域，因为作业环境艰苦，需应用到不透性石墨材料，降低设备的磨损。事实表明，该材料耐腐蚀优良，使用中的导热系数优于碳钢，大约是碳钢的2倍。除此之外，耐温最高可达400℃，不透性石墨设备在运行期间会遭遇大于0.1MPa的压力，因此该设备被视作是压力容器。不透性石墨设备使用，需要科学规避封头损坏问题，保障设备使用安全，提高设备密封性。为此，本文对封头破坏原因的分析可夯实不透性石墨设备后续安全使用的基础。

1设备封头破坏的严重影响

结合实践经验可知，在石化、化工等特殊性较强的行业，需用到石墨换热器等大型设备，不透性石墨设备需要保持封头的密封，为生产提供保障。石墨封头基于安全性考虑和生产工艺要求，采用气体作为介质，整体设计要求较高。实践中，石墨设备开口较大时，其寿命会受到影响，影响设备封头的质量。最常见的事故便是封头破损，在此前提下诱发内部物料泄漏，从而中断设备的使用，并对现场生产形成不良影响。

    封头的破损，一方面会增加成本，影响项目进度，造成资源的浪费，弱化节能降耗的效果；另一方面会提高风险，为后续工作埋下隐患，从而诱发安全事故。基于此，在生产实践中，需强调不透性石墨材料的特殊性，对设备制造严加把控，全方位分析封头的性能，归纳和总结破损原因。在全面分析后，从设计、安装等层面入手，实施针对性措施，保障封头的密封性，降低损坏的概率，确保设备安全使用。

2封头破坏原因分析

2.1 自身设计原因

不透性石墨设备（以下简称石墨设备）结构特殊，其封头所采用的原料非常讲究，为不透性石墨。使用中的整体表现是脆性较强，在应用场景中该材料强度较弱，无法承载重压。而设备封头多采用圆形封头设计，近看似圆锥壳体，借此保障承压效果。但少数厂家生产中，由于“许用抗拉强度”相关测算不科学，影响了封头设计的效果。有些则是因封头材料不达标，不符合国际标准，降低了许用抗拉强度，石墨封头质量欠佳。

2.2 安装操作不当

安装过程中，需遵循石墨设备安装的完整工艺流程，提高石墨设备安装合理性，减少后续施工隐患。因为不透性石墨的使用，需借助封头和管道的作用力，借助两者的轴心进行连接。为此，轴线一旦偏离，安装难度也会提升。倘若是强力安装，会诱发封头的破坏，阻碍施工进度，造成设备封头报废。

2.3 错误使用造成的封头破坏

除了上述内容外，还存在因错误使用造成的封头破坏问题。设备使用过程中，需综合考虑多项因素，从启动阶段至平稳周期不可控因素太多。从低温升到高温，会产生一定应力，无法规避。尤其是迅速升温后，因现有温差的急速拉大，会影响石墨稳定性[1]。倘若操作技术不理想，会造成封头的封堵或者是破损，缩短封头的寿命。

3积极的应对措施

3.1设计优化措施

3.1.1结构性能的优化

为了改善封头使用效果，提升设备封头的性能，最直接的方法是选择优质的石墨材料。具体实践中，可通过选择优质材料，降低封头损坏的风险，保障石墨设备的使用率。此外，可巧妙利用缠绕碳纤维的方式，强化设备封头的质量。缠绕的位置主要在石墨封头处，借此分担封头应力。结合实践经验可知，这种优化的方式值得推广，通过对石墨材料使用率的促进，降低原本的封头耗损速度，达成节约成本目标。不透性石墨设备，其结构图和零件明细，如下图1所示。从图1 中可看出，石墨上封头作用显著，通过密封性设计，可提高设备工作效率，不容忽视。

图1 设备结构图

3.1.2金属部件强度优化

除了上述内容外，还需实施金属部件强度优化，提高设备结构耐久性，通过零件强度设计，规避封头破损问题。换热器中有金属部件，这种部件硬度强化的重点。现实中，为促进石墨设备平稳运行，降低封头损坏概率，需将金属件强度计算到位，优化封头中有盖板结构，提高总体承载力。经试验表明，部件在受力作用下会增加原始结构的不平衡性，封头不均匀承受应力后，便会增加损坏的可能。由此可见，在部件设计中，为强化效果，应进行标准校核，在校核数据的支撑下让封头、上盖板相接，确保衔接平整度。同时保证盖板厚度达标，实操中预防应力过度集中。

3.2安装优化措施

通过科学分析可知，在石墨设备使用中介质压力虽然最具影响力，但仅仅是诱发封头损毁的原因之一。除了介质压力外，还要考虑安装的因素，例如不合理螺栓预紧力会直接造成部件破损。安装设备封头时，需合理控制安装应力，保障封头的使用效果。在安装过程中，要精准预防安装误差，避免管道自身重力大的影响，保护石墨封头的安全性

[2]。实践环节中，有效的处理技术是设置补偿器，借此提高部件伸缩性，克服不同的偏移，缓解不同方向热变形。此外，当偶遇地震等情况时，需积极保障补偿器的功能，最大程度保护管道，高效率控制设备损坏风险。通过结构拆解可知，石墨设备封头中存在重要的石墨接管，并和金属盖板连接。要想增强密封性，确保实践中材料合理进出，可科学借助垫片等部件，确保压力向金属盖板转移，从而妥善保护封头。

3.3设备使用优化措施

在操作时，需明确封头维护的注意事项，在了解封头结构基础上，借助优化措施，减少非必要耗损。当部件的受热温度过高时，可采取缓慢升温方法，确保零部件膨胀伸长量理想。利用科学的手段，减小螺栓中最大载荷，有效降低温差应力，避免封头被破坏。与此同时，实施周期性的封头检查，提高封头应用质量。

结论：综上所述，封头应用全周期中，影响因素较多，稍有不慎，会导致封头密封性、应用效果的下降，必须引起重视。现实封头破坏诱因众多，主要分为设计不科学因素、安装技术因素和使用因素等。为了提高封头密封性，保障设备的封头质量，需从以上因素出发，制定安装技术优化、金属部件强度优化等措施，降低封头破坏风险，为促进不透性石墨设备应用夯实基础，延长封头服役周期。

参考文献：

[1]刘仍礼,陆俊,刘畅.不透性石墨设备封头破坏原因与对策研究[J].全面腐蚀控制,2022,36(10):67-69.

[2]吴彩霞.不透性石墨设备封头破坏原因分析及解决方法[J].全面腐蚀控制,2021,35(01):71-72+119.