管式加热炉辐射室炉管密封系统论文和设计-王振清

全文摘要

本实用新型涉及一种管式加热炉辐射室炉管密封系统，属于管式加热炉密封技术领域。包括环绕炉管布置的炉顶滑板，炉顶滑板用于与炉顶可滑动式连接，炉顶滑板上设有环绕炉管布置的密封件，密封件上方环绕炉管设有保温套筒，密封件和保温套筒外部设有密封箱，保温套筒伸出密封箱设置；密封件包括密封基座，密封基座底部连接炉顶滑板，密封基座上沿纵向贯穿密封基座开设锥形孔，锥形孔内设有锥形密封件，锥形密封件与锥形孔配合设置，锥形孔上端开口大，锥形密封件设为环绕炉管设置的分体式锥形密封件，分体式密封件之间不固定连接，密封基座上方设有压板，压板上方设有保温套筒。本实用新型结构简单，密封效果好。

主设计要求

1.一种管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，包括环绕炉管(1)布置的炉顶滑板(7)，炉顶滑板(7)用于与炉顶可滑动式连接，炉顶滑板(7)上设有环绕炉管(1)布置的密封件，密封件上方环绕炉管(1)设有保温套筒(2)，密封件和保温套筒(2)外部设有密封箱(4)，保温套筒(2)伸出密封箱(4)设置；密封件包括密封基座(12)，密封基座(12)底部连接炉顶滑板(7)，密封基座(12)上沿纵向贯穿密封基座(12)开设锥形孔，锥形孔内设有锥形密封件，锥形密封件与锥形孔配合设置，锥形孔上端开口大，锥形密封件设为环绕炉管(1)设置的分体式锥形密封件，分体式密封件之间不固定连接，密封基座(12)上方设有压板(6)，压板(6)上方设有保温套筒(2)。

设计方案

密封件包括密封基座(12)，密封基座(12)底部连接炉顶滑板(7)，密封基座(12)上沿纵向贯穿密封基座(12)开设锥形孔，锥形孔内设有锥形密封件，锥形密封件与锥形孔配合设置，锥形孔上端开口大，锥形密封件设为环绕炉管(1)设置的分体式锥形密封件，分体式密封件之间不固定连接，密封基座(12)上方设有压板(6)，压板(6)上方设有保温套筒(2)。

2.根据权利要求1所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，锥形密封件包括从下往上顺次设置的至少两个锥形密封台，锥形密封台设为环绕炉管(1)设置的分体式锥形密封台，分体式锥形密封台之间不固定连接；锥形密封台之间不固定连接。

3.根据权利要求1所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，保温套筒(2)与密封箱(4)顶端通过软密封结构连接。

4.根据权利要求1所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，炉管(1)外表面从炉顶滑板(7)到保温套筒(2)顶端粘接软密封层A；锥形密封孔外表面粘接软密封层B；炉顶滑板(7)上表面与密封基座(12)之间设有软密封层C。

5.根据权利要求1所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，炉顶滑板(7)底部设有滑板内衬(9)，滑板内衬(9)通过陶瓷杯锚固件(11)连接炉顶滑板(7)，滑板内衬(9)大于炉顶预留空腔。

6.根据权利要求1所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，炉顶滑板(7)上开设活动孔，活动孔内设有限位销，限位销连接炉顶；

或者，炉顶滑板(7)与炉顶搭接。

7.根据权利要求1所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，密封箱(4)顶端与保温套筒(2)之间留有活动余量。

8.一种管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，包括环绕炉管(1)布置的炉顶滑板(7)，炉顶滑板(7)用于连接炉顶，炉顶滑板(7)上设有环绕炉管(1)布置的密封件，密封件上方环绕炉管(1)设有保温套筒(2)，密封件和保温套筒(2)外部设有密封箱(4)，保温套筒(2)伸出密封箱(4)设置；密封箱(4)与保温套筒(2)之间留有活动余量，密封箱(4)与密封件之间留有活动余量；

密封件包括密封基座(12)，密封基座(12)底部可滑动式连接炉顶滑板(7)，密封基座(12)上沿纵向贯穿密封基座(12)开设锥形孔，锥形孔内设有锥形密封件，锥形密封件与锥形孔配合设置，锥形孔上端开口大，锥形密封件设为环绕炉管(1)设置的分体式锥形密封件，分体式密封件之间不固定连接，密封基座(12)上方设有压板(6)，压板(6)上方设有保温套筒(2)。

9.根据权利要求8所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，锥形密封件包括从下往上顺次设置的至少两个锥形密封台，锥形密封台设为环绕炉管(1)设置的分体式锥形密封台，分体式锥形密封台之间不固定连接；锥形密封台之间不固定连接。

10.根据权利要求8所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，其特征在于，保温套筒(2)与密封箱(4)顶端通过软密封结构(3)连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种管式加热炉辐射室炉管密封系统，属于管式加热炉密封技术领域。

背景技术

工业炉是生产过程中的高温反应设备和高温加热设备。有用耐火材料包围的燃烧室，利用燃料燃烧产生的热量将物质，固体或流体，加热。工业上有各种各样的炉子，如冶金炉、热处理炉、窑炉、焚烧炉和蒸汽锅炉等。

管式加热炉是工业炉中一种型式，是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中使用的工艺加热炉，它具有其他工业炉所没有的特征：

1、被加热介质在管内流动，故仅限于加热气体或液体。而且，这些气体或液体通常都是易燃易爆的烃类介质，同锅炉加热水或蒸汽相比危险性大，操作条件苛刻。

2、加热方式为直接受火式。

3、只烧液体或气体燃料。

4、长周期连续运转，不间断操作。

管式加热炉为箱式炉或圆筒炉，一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧器以及通风系统组成。其中辐射室是通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分，这部分直接受到火焰冲刷，温度最高，必须充分考虑所用材料的强度、耐热性等。辐射室是热交换的主要场所，全炉热负荷的70％～80％是由辐射室担负的，它是全炉最重要的部位，一台炉子的优劣主要看它的辐射室性能如何，而辐射室的性能保证不仅是燃烧系统、炉管管束系统、金属及非金属材料、还有一个重要部分就是辐射室炉管的密封系统。

管式加热炉辐射室加热的介质温度不同，其炉膛温度有高有低，一般石油炼制管式加热炉，加热介质主要为油品，因此加热温度低，炉膛温度约为700℃～800℃。而对于石油化工管式加热炉，加热介质温度高，可达800℃以上，炉膛温度最高可达1200℃。辐射炉管进、出辐射室炉膛，其进出位置与辐射室炉壁必然会形成间隙，在设计和施工中不能保证密闭性，辐射室内高温烟气在生产过程中就会出现泄漏，泄漏分为二种：外漏、内漏。

外漏一般是在管式加热炉正压操作的情况下存在，如果高温烟气从炉膛内漏出，就会造成热量的大量损失，炉墙表面温度升高，将导致钢结构局部过热，炉子热效率降低，并将涉及操作人员安全问题。

向内漏包括漏水和漏气。雨水渗入炉内，会使炉衬，特别是陶瓷纤维炉衬损坏。空气的大量漏入会加剧炉管的氧化，降低炉管的使用寿命。同时降低炉膛温度和工业炉的热效率。

因此辐射室炉管密封系统是工业炉至关重要的一部分。

管式加热炉用于工业生产大约始于1910年左右，从最初的“管式釜”发展到现在具有辐射室+对流室的管式加热炉，其性能优越，符合现代工业自动化、连续化、大型化的要求。所以管式加热炉的技术进步，推动了各类生产工艺的进步，并参与了各类工艺过程。尤其在制造乙烯、氢气、苯乙烯、丙烷脱氢等工艺过程中，管式加热炉成为进行裂解或转化反应的心脏设备，支配着整个工厂或装置的产品质量、产品收率、能耗和操作周期等。

管式加热炉辐射室炉管密封系统是保证管式加热炉正常运行的关键。管式加热炉辐射室炉管密封系统在多年的发展进程中，经历了结构的逐步更新和材料的不断进步过程，发展到目前，仍然在加热炉运行中存在漏风的问题。因此，在加热炉运行经验的积累和实践中，实用新型创造了现在结构型式的管式加热炉辐射室炉管密封系统。

管式加热炉辐射室炉管密封采用多种型式，早期的密封采用如图3所示的密封结构，裂解炉炉顶密封。

如图3所示，炉顶8上方，炉管1上套装保温套筒2，炉顶8下方，环绕炉管1设有密封内衬15。保温套筒2采用耐火纤维。采用这种密封结构，在开车初期，炉管与耐火纤维之间间隙较小，能起到一定的密封作用。耐火纤维材料随着温度的升高，单个纤维发生卷曲而产生热收缩，一般在2％～4％之间，因此，安装时要求有一定的压缩量。随着生产运行一段时间后，纤维收缩，造成炉管与耐火纤维之间间隙逐渐扩大，而慢慢产生漏风现象。

同时炉管运行期间向上膨胀，炉管外保温与炉顶板之间产生一定的缝隙，这缝隙在管式加热炉运行中一直存在，不仅使炉管与炉体连接处产生漏风，而且，造成炉体表面温度升高，炉体钢板长期受热会产生变形，同时钢构也存在的温度升高变形的潜在危险。也造成操作工人操作环境恶劣，影响操作工人的人身安全。

随着时代的发展和耐火隔热材料的进步，特别是耐火纤维材料的应用越来越广泛，性能也不断得到业界的认可。管式加热炉辐射室炉管密封结构发生了很大的变化。采用软密封结构方式解决漏风问题。炉管密封采用如图4所示的软密封结构。

贯穿炉顶8设有连接筒16，炉管1设于连接筒16内，密封结构布置于炉管1和连接筒16之间。软密封结构，在炉膛内采用的特制纤维材料，特制纤维为进口材料，此材料抗拉强度高，耐火性能好，在航天飞机上用于耐温隔热，起到很好的作用。此材料的弱点是抗折能力差，在施工过程中，要保证没有褶皱，因此施工要求高、难度大；外部采用国内纤维布，一端固定在炉管上，另一端固定在炉顶钢结构上。两层纤维布之间，填塞棉絮，起到密封隔热作用。连接筒与炉体内壁之间填充密封内衬15。管式炉辐射室炉管较多，一同伸出炉体外部，施工面积较大，施工人员无法保证软密封施工时，对特制纤维无折现象。开车初期，此结构密封效果非常明显，漏风率基本为0，炉体没有超温现象，操作环境得到很大的改善。但运行一段时间后，特制纤维局部产生裂纹并不断扩大，特制纤维内填塞的散棉产生脱落，出现局部漏风现象。随着生产时间的延续，漏风面积不断扩大。在一个检修期内就必须进行更换，这样就会造成管式加热炉维护成本的提高。

为解决软密封结构材料的弱点，减少施工难度，辐射室炉管密封采用与传统结构相结合的方式。如图5所示，炉管顶端设置集合管17进行密封，集合管下方，炉管与炉顶之间采用耐火纤维密封。此结构虽然能解决炉管密封问题，密封效果好，但是，施工程序复杂，结构庞大，占据一定的检修空间，炉管出现问题不易发现。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种管式加热炉辐射室炉管密封系统，结构简单，密封效果好。

本实用新型所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，包括环绕炉管布置的炉顶滑板，炉顶滑板用于与炉顶可滑动式连接，炉顶滑板上设有环绕炉管布置的密封件，密封件上方环绕炉管设有保温套筒，密封件和保温套筒外部设有密封箱，保温套筒伸出密封箱设置；

密封件包括密封基座，密封基座底部连接炉顶滑板，密封基座上沿纵向贯穿密封基座开设锥形孔，锥形孔内设有锥形密封件，锥形密封件与锥形孔配合设置，锥形孔上端开口大，锥形密封件设为环绕炉管设置的分体式锥形密封件，分体式密封件之间不固定连接，密封基座上方设有压板，压板上方设有保温套筒。

密封基座、炉管、密封箱和炉顶滑板作为一个整体可以在炉顶上滑动，满足炉管热膨胀以及轴向、水平方向和垂直方向的移动。

所述的锥形密封件包括从下往上顺次设置的至少两个锥形密封台，锥形密封台设为环绕炉管设置的分体式锥形密封台，分体式锥形密封台之间不固定连接；锥形密封台之间不固定连接。相邻的锥形密封台错缝布置。

所述的保温套筒与密封箱顶端通过软密封结构连接。

所述的炉管外表面从炉顶滑板到保温套筒顶端粘接软密封层A；锥形密封孔外表面粘接软密封层B；炉顶滑板上表面与密封基座之间设有软密封层C。

所述的炉顶滑板底部设有滑板内衬，滑板内衬通过陶瓷杯锚固件连接炉顶滑板，滑板内衬大于炉顶预留空腔。

所述的密封箱包括密封箱体，密封箱体底部与炉顶滑板固定连接，密封箱体内填充隔热材料。

所述的炉顶滑板上开设活动孔，活动孔内设有限位销，限位销连接炉顶；或者，炉顶滑板与炉顶搭接。

所述的密封箱顶端与保温套筒之间留有活动余量。

本实用新型所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，包括环绕炉管布置的炉顶滑板，炉顶滑板用于连接炉顶，炉顶滑板上设有环绕炉管布置的密封件，密封件上方环绕炉管设有保温套筒，密封件和保温套筒外部设有密封箱，保温套筒伸出密封箱设置；密封箱与保温套筒之间留有活动余量，密封箱与密封件之间留有活动余量；密封件包括密封基座，密封基座底部可滑动式连接炉顶滑板，密封基座上沿纵向贯穿密封基座开设锥形孔，锥形孔内设有锥形密封件，锥形密封件与锥形孔配合设置，锥形孔上端开口大，锥形密封件设为环绕炉管设置的分体式锥形密封件，分体式密封件之间不固定连接，密封基座上方设有压板，压板上方设有保温套筒。

所述的保温套筒与密封箱顶端通过软密封结构连接。

所述的炉管外表面从炉顶滑板到保温套筒顶端粘接软密封层A。

所述的锥形密封孔外表面粘接软密封层B。

所述的炉顶滑板上表面与密封基座之间设有软密封层C。

所述的炉顶滑板底部设有滑板内衬，滑板内衬通过陶瓷杯锚固件连接炉顶滑板，滑板内衬大于炉顶预留空腔。

所述的密封箱包括密封箱体，密封箱体底部与炉顶滑板固定连接，密封箱体内填充隔热材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过设置相互配合的密封基座和锥形密封件，锥形密封件与密封基座配合形成线密封，密封效果好；而且，锥形密封件在重力作用下，自动卡紧密封基座，持续保持密封效果；

锥形密封件设置为分体式密封件，当辐射室的炉管受热膨胀垂直向上位移时，若分体式锥形密封件随炉管向上位移，分体式锥形密封件之间的缝隙增大，分体式锥形密封件与炉管之间的间隙增大，因此，分体式锥形密封件本身因为自重下滑，同时其他的分体式锥形密封件都会对其产生制约作用，持续保持密封效果。

2、相邻锥形密封台错缝布置，避免通缝，当辐射室炉管受热膨胀垂直向上位移时，炉管带动分体式锥形密封台向上位移时，分体式锥形密封台之间的缝隙增大，分体式锥形密封台与炉管之间缝隙增大，因此，分体式锥形密封台因为自重下滑，而且，同一层的分体式锥形密封台对其限制，同时，上方的锥形密封台的分体式锥形密封台亦会对其限制，持续保持密封效果。

3、锥形密封台一由至少两块分体式锥形密封台一组成，锥形密封台二由至少两块分体式锥形密封台二组成，根据炉管规格不同，块数不同，形状不同，分体式锥形密封台一组合形成圆锥体，分体式锥形密封台二组合成圆形锥体。现场安装时，分体式锥形密封台一和分体式锥形密封台二错缝安装，避免通缝。当辐射室炉管受热膨胀垂直向上位移时，炉管若带动某一块分体式锥形密封台位移，则其他分体式锥形密封台都会对移动的分体式锥形密封台产生制约作用。特别是分体式锥形密封台二对分体式锥形密封台一的限制更为明显。

4、通过设置压板，锥形密封件受压板的限制作用，进一步消减分体式锥形密封件向上位移，确保锥形密封件与密封基座持续线密封，确保密封效果。

5、通过设置密封件连接炉顶滑板，炉顶滑板与炉顶采用可滑动式连接，炉顶滑板和密封件作为整体，可以与炉顶相对移动，一方面解决了炉管因为温度升高产生膨胀导致密封困难的问题，另一方面也解决了生产运行中炉管在轴向、水平方向和垂直方向的位移导致密封困难的问题，能够持续保持密封效果。

6、通过设置炉顶滑板连接炉顶，密封件与炉顶滑板可滑动式连接，密封件与炉管作为整体可以在密封箱的活动空间内移动，解决了炉管因为温度升高产生膨胀导致密封困难的问题，同时也解决了生产运行中炉管在轴向、水平方向和垂直方向的位移导致密封困难的问题，能够持续保持密封效果。

7、通过设置软密封结构，使保温套筒与炉管之间没有间隙，并起到二次密封的作用。

8、本实用新型结构简单，现场施工难度小，占炉顶空间小，现场维护成本低。不仅解决了辐射室密封问题，同时炉管在不同方向的位移均没有影响，实现了动态密封，而且还降低了整个加热炉的投资成本，辐射室炉管密封系统所用的材料均为炉体常用材料。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例的结构示意图，

图2是本实用新型的另一实施例的结构示意图，

图3是现有技术结构示意图之一，

图4是现有技术结构示意图之二，

图5是现有技术结构示意图之三。

图中：1、炉管2、保温套筒3、软密封结构4、密封箱5、保温套筒翻边6、压板7、炉顶滑板8、炉顶9、滑板内衬11、陶瓷杯锚固件12、密封基座13、锥形密封台一14、锥形密封台二15、密封内衬16、连接筒17、集合管；

3.1、卡箍一3.2、卡箍二。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案作进一步清楚、完整地描述：

如图1所示，本实用新型所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，包括环绕炉管1布置的炉顶滑板7，炉顶滑板7用于与炉顶可滑动式连接，炉顶滑板7上设有环绕炉管1布置的密封件，密封件上方环绕炉管1设有保温套筒2，密封件和保温套筒2外部设有密封箱4，保温套筒2伸出密封箱4设置；密封件包括密封基座12，密封基座12底部连接炉顶滑板7，密封基座12上沿纵向贯穿密封基座12开设锥形孔，锥形孔内设有锥形密封件，锥形密封件与锥形孔配合设置，锥形孔上端开口大，锥形密封件设为环绕炉管1设置的分体式锥形密封件，分体式密封件之间不固定连接，密封基座12上方设有压板6，压板6上方设有保温套筒2。

管式加热炉在炉管内加热介质，用于装置的反应或装置的热源，炉管系统通过高温管线与装置反应器或设备连接，除去炉管自身的热膨胀位移外，炉管还吸收了设备上高温管线的膨胀量和位移量，炉管系统处于相对自由状态。因此，现有技术中的密封结构仅仅是解决了炉管和炉顶之间的密封问题，采用固定连接方式连接炉管与炉顶，但是，密封结构会随着炉管的位移被破坏，因此，密封效果差，密封结构的密封效果不能长久保持，密封结构的使用寿命短，成本高。

炉管在辐射室中加热，炉管布置形式，决定炉管的膨胀方向和位移量的大小。炉管系统需要吸收来自反应器或用热设备高温管线膨胀量的同时，还有自身的膨胀位移，炉管系统的位移是三个方向的位移：轴向、水平方向、垂直方向。本实用新型所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，作为一个整体，与炉顶能够相对滑动，实现了动态密封。当炉管产生轴向、水平方向位移时，炉顶滑板同炉管可一同运动，使炉管在运动中没有外力阻碍自由移动。

密封基座、锥形密封件和压板可以采用耐高温的硬质材料，效果更好，耐高温500℃ -850℃，168HB≤硬度≤187HB，密度7.9-8.1公斤\/立方米。例如，可以采用S31008不锈钢、 S30408不锈钢或陶瓷材料。密封基座可采用焊接、粘结、锚固或螺栓连接炉顶滑板。

密封基座是用于承载锥形密封件的基础，密封基座内部的锥形孔与锥形密封件一同形成锥形密封体。在密封基座的锥形连接面上，即锥形孔表面上粘贴一层软密封层B，使得锥形密封件与密封基座的锥形连接面在任何情况下，均能贴合紧密，达到密封的作用。

辐射室烟气漏出炉膛或大量的空气漏入炉膛时，锥形密封件在自重的作用下与密封基座的锥形连接面形成线密封，阻止气体的出入。密封基座的锥形连接面和锥形密封件配合面提高加工精度，密封效果更好。锥形密封件与密封基座之间采用软密封层B，减少材料成本，同时降低锥体和密封基座锥面的加工精度要求，能有效的达到密封作用。锥形密封件出色地体现了线接触原理，以最小的接触力形成密封。

炉管与密封箱直接相连，炉管的热量会通过密封箱金属壳传导到外部，造成局部散热损失加大，外部温度升高，操作环境变差，为此在压板上部安装保温套筒。

保温套筒即可以对炉管起到保温作用，同时又可以起到隔离热源的作用，保温套筒随炉管一同位移，在密封箱内移动。保温套筒底部设有保温套筒翻边5，保温套筒采用带翻边结构，当达到实际位移时，翻边与密封箱顶的内衬接触，使炉管热量不会大量外泄。

所述的锥形密封件包括从下往上顺次设置的至少两个锥形密封台，锥形密封台设为环绕炉管1设置的分体式锥形密封台，分体式锥形密封台之间不固定连接；锥形密封台之间不固定连接。

锥形密封台包括从下往上顺次布置的锥形密封台一13和锥形密封台二14，锥形密封台一13包括至少2块分体式锥形密封台一组成，分体式锥形密封台一可以设置2-4块，结构简单，加工方便，安装也简便，密封效果好。锥形密封台二14包括环绕炉管设置的分体式锥形密封台二，分体式锥形密封台至少包括2块，体式锥形密封台二可以设置2-4块，结构简单，加工方便，安装也简便，密封效果好。锥形密封台二14与锥形密封台一13错缝安装，避免通缝。

所述的保温套筒2与密封箱4顶端通过软密封结构3连接。炉管在运行中有少量的热量通过密封箱与保温套筒的间隙漏出，因此，为避免对操作人员造成伤害，改善操作环境，进行二次密封。软密封结构为软密封纤维，软密封纤维中填充棉絮，软密封纤维可以采用具有防雨、防腐性能的纤维布。不仅具有隔热性能，同时具有防雨功能。软密封结构第一端通过卡箍一3.1固定连接密封箱，软密封结构第二端通过卡箍二3.2固定连接保温套筒，同时在软密封内部装有耐火纤维散棉，起到进一步的隔热作用。

保温套筒与炉管之间装有软密封结构，使保温套筒与炉管之间没有间隙，并起到二次密封的作用。

所述的炉管1外表面从炉顶滑板7到保温套筒2顶端粘接软密封层A；锥形密封孔外表面粘接软密封层B；炉顶滑板7上表面与密封基座12之间设有软密封层C。软密封层A、软密封层B、软密封层C均可以采用软密封纤维中填充棉絮的结构，软密封纤维可以采用具有防雨、防腐性能的纤维布。

所述的炉顶滑板7底部设有滑板内衬9，滑板内衬9通过陶瓷杯锚固件11连接炉顶滑板7，滑板内衬9大于炉顶预留空腔。炉顶下方，即管式加热炉辐射室留有滑板内衬安装空腔，滑板内衬9预留一定压缩量，密封效果更好。

滑板内衬可以采用层铺含锆耐火纤维结构，层铺含锆耐火纤维结构与炉管紧密贴合，能进一步起到一定的密封作用。

炉管外壁温度较高，锥形密封件采用耐高温材料，密封效果好，但是不能起到隔热保温的作用，密封件外部设置密封箱，密封箱4包括密封箱体，密封箱体底部与炉顶滑板7固定连接，密封箱体内填充隔热材料。在密封箱体内填充隔热材料，一方面起到隔热作用，另一方面，可以保护密封件不受外界的损坏。密封箱内壁与密封件之间留有一定尺寸的空腔，密封箱内壁与保温套筒之间留有一定尺寸的空腔，满足炉管受热膨胀及所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统在密封箱内各个方向的位移。因炉管受热膨胀后向上产生位移，炉管裸露在外，炉管高温热量外泄，造成环境温度升高，炉体钢结构受热损坏，操作环境恶劣。因此，密封箱顶部需要留有满足炉管上移的空间。辐射室管束受热后，还会产生轴向位移和水平位移，密封箱内根据管束的膨胀量留出满足管束带动密封基座的位移空间。

密封箱采用密封焊的形式固定在炉顶滑板上。密封箱与保温套筒连接处焊接一段筒节，用于固定软密封结构。

所述的炉顶滑板7上开设活动孔，活动孔内设有限位销，限位销连接炉顶；炉顶滑板可以在活动孔与限位销限定的活动空间内移动。

或者，炉顶滑板7与炉顶搭接。炉顶滑板与炉顶可以相对滑动，所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统作为一个整体可以在炉顶上整体滑动，所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统作为一个整体反而相对静止不动，结构更加稳固，不易损坏，密封效果更好。

所述的密封箱4顶端与保温套筒2之间留有活动余量。

所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统的安装方法，包括如下步骤：

(1)首先将炉顶滑板与炉顶的炉体钢结构连接，炉顶滑板与炉体钢结构采用直接连接，钢结构不得有阻碍滑板运动的构件存在。炉顶滑板之间可以采用螺栓、搭接、拼接或焊接连接，使炉管与炉顶滑板成为一体。炉顶滑板之间采用搭接或螺栓连接的方式，炉顶滑板之间留有一定的位移空间，以便炉顶滑板之间产生的位移偏差。

(2)在炉顶滑板上粘接软密封层C，然后将密封基座固定到炉顶滑板上，密封基座的锥形孔内粘接软密封层B，炉管上粘接软密封层A，软密封层A从炉顶滑板下方到保温套筒顶端，然后，安装锥形密封件，锥形密封件与密封基座形成线密封。

密封基座与炉顶滑板的固定方式，是根据辐射室管束位移方式确定，密封基座固定连接炉顶滑板，适用于管束只有垂直方向位移时，密封基座与炉顶滑板可以采用焊接、粘结或螺栓连接。

(3)密封基座上方安装压板，压板与密封基座尺寸一致，炉管上粘接有软密封层A，避免压板与炉管之间的间隙漏风。

(4)保温套筒由二块半圆形粘贴组成，保温套筒两端用卡箍固定，保温套筒也可以采用特质粘结剂固定。

(5)密封箱体底端焊接到炉顶滑板上，在密封箱体内可以填充轻型隔热材料。密封箱根据炉管膨胀位移量，在密封箱内留出满足炉管膨胀量的空间，使炉管可自由位移。

(6)在密封箱顶端与保温套筒间，安装软密封结构，软密封结构的长度要大于等于炉管的膨胀量，在炉管运行中，软密封结构不会脱落。

(7)炉顶滑板内衬可以采用层铺含锆耐火纤维结构，层铺含锆耐火纤维结构要大于炉顶预留空间，与炉管采用错缝搭接方式，使层铺含锆耐火纤维结构与炉管紧密贴合，层铺含锆耐火纤维结构采用陶瓷杯锚固件固定。

所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统在炉顶上形成一个整体，在炉管膨胀位移时，所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统随炉管一同位移。

工作过程或工作原理：

1、辐射室密封系统一次密封动作

所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统和炉管作为一个整体，在管束受热膨胀产生各个方向的位移时，所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统随管束在各个方向产生动作，保证炉管密封。

辐射室炉管系统管束以“竖琴”管或“U”型管的方式在炉膛中布置，燃烧器布置在管束两侧或一侧，使管束双面受热或单面受热，管束进、出辐射室炉顶后汇集在集合管与反应设备或用热设备的工艺管线连接。工艺管线布置受设备之间的距离的限制，受热膨胀产生的应力及位移量不能完全吸收，一部分应力及位移需施加在加热炉管束上，管束所承受的应力和位移通过应力分析计算得出。由此可以看出，管式加热炉管束不仅要承受自身受热产生的热应力和位移，同时还要吸收来自工艺管线的应力和位移。因此，辐射室炉管密封系统不仅能起到密封作用，还能解决炉管因膨胀产生位移而使热量外泄的问题。

炉管向上位移时，带动锥形密封台一向上移动，锥形密封台一包括至少2块分体式锥形密封台一组成，分体式锥形密封台一可以设置2-4块，结构简单，加工方便，安装也简便，密封效果好。分体式锥形密封台一之间有一定的间隙，其中一块或二块及以上向上移动后，分体式锥形密封台一之间的间隙变大，分体式锥形密封台一与密封基座之间的间隙变大，分体式锥形密封台一与炉管之间的间隙变大，锥形密封台一因自重下沉回归安装位置。锥形密封台一向上移动时，锥形密封台二对其移动产生一定的限制作用。

锥形密封台一随炉管向上运动的同时，锥形密封台二也会随炉管向上运动，锥形密封台二安装与锥形密封台一上方，锥形密封台二包括环绕炉管设置的分体式锥形密封台二，分体式锥形密封台至少包括2块，分体式锥形密封台二可以设置2-4块，结构简单，加工方便，安装也简便，密封效果好。锥形密封台二与锥形密封台一错缝安装，避免通缝。锥形密封台二随炉管上升时，分体式锥形密封台二之间的间隙变大，分体式锥形密封台二与密封基座之间间隙变大，分体式锥形密封台二与炉管之间的间隙增大，锥形密封台二因自重下沉回归安装位置。同时，锥形密封台二受压板限制作用，上移位移量很少。

因此，锥形密封台一、锥形密封台二和压板的相互作用下，在炉管受热膨胀或者产生向上的位移量时，锥形密封件和密封基座始终能够保持与炉管的贴合度，保持密封效果，其密封作用不受炉管位移的约束或限制。而且，锥形密封件和密封基座本身可以是耐高温的硬质材料，不易变形，能够持久保持密封效果。

2、辐射室密封系统二次密封动作

辐射室的炉管受热膨胀产生三个方向的位移，炉管垂直位移时，炉管带动保温套筒一起向上位移，裸露炉管的热量泄漏到密封箱内，因此，需要二次密封，避免热量外泄。密封箱顶端与保温套筒之间的软密封结构实现了二次密封，当炉管产生轴向、水平方向位移时，炉管与密封箱作为一个整体运动，密封箱空腔中的热量，会通过密封箱顶部的开孔泄漏到箱体外部，在箱体顶部与保温套筒之间的软密封结构起到了隔热密封的作用。冷态时，软密封结构成褶皱形，随着炉管的向上位移，软密封结构不断被拉伸，保持密封效果。

所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统作为一个整体，管束多时，可按模块化制造、安装。即可以将多个炉管的密封结构组成整体制造、安装。炉管安装完毕后，进行所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统的安装。

实施例2

如图2所示，本实用新型所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，包括环绕炉管1布置的炉顶滑板7，炉顶滑板7用于连接炉顶，炉顶滑板7上设有环绕炉管1布置的密封件，密封件上方环绕炉管1设有保温套筒2，密封件和保温套筒2外部设有密封箱4，保温套筒 2伸出密封箱4设置；密封箱4与保温套筒2之间留有活动余量，密封箱4与密封件之间留有活动余量；

密封件包括密封基座12，密封基座12底部可滑动式连接炉顶滑板7，密封基座12上沿纵向贯穿密封基座12开设锥形孔，锥形孔内设有锥形密封件，锥形密封件与锥形孔配合设置，锥形孔上端开口大，锥形密封件设为环绕炉管1设置的分体式锥形密封件，分体式密封件之间不固定连接，密封基座12上方设有压板6，压板6上方设有保温套筒2。

所述的锥形密封件包括从下往上顺次设置的至少两个锥形密封台，锥形密封台设为环绕炉管1设置的分体式锥形密封台，分体式锥形密封台之间不固定连接；锥形密封台之间不固定连接。锥形密封台之间错缝布置，避免通缝。

所述的保温套筒2与密封箱4顶端通过软密封结构3连接。软密封结构3第一端通过卡箍一3.1连接密封箱，软密封结构3第二端通过卡箍二3.2连接保温套筒2。

所述的炉管1外表面从炉顶滑板7到保温套筒2顶端粘接软密封层A。

所述的锥形密封孔外表面粘接软密封层B。

所述的炉顶滑板7上表面与密封基座12之间设有软密封层C。

软密封层A、软密封层B、软密封层C和软密封结构均可以采用软密封纤维中填充棉絮的结构。

所述的炉顶滑板7底部设有滑板内衬9，滑板内衬9通过陶瓷杯锚固件11连接炉顶滑板7，滑板内衬9大于炉顶预留空腔。

所述的密封箱4包括密封箱体，密封箱体底部与炉顶滑板7固定连接，密封箱体内填充隔热材料。

所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统的安装方法，包括如下步骤：

(1)首先将炉顶滑板与炉顶的炉体钢结构连接，炉顶滑板与炉体钢结构采用固定连接，炉顶滑板之间可以采用螺栓、搭接、拼接或焊接连接，使炉管与炉顶滑板成为一体。炉顶滑板之间采用搭接或螺栓连接的方式，炉顶滑板之间留有一定的位移空间，以便炉顶滑板之间产生的位移偏差。

(2)在炉顶滑板上粘接软密封层C，然后将密封基座平放到炉顶滑板上，密封基座与炉顶滑板可以相对滑动，密封基座的锥形孔内粘接软密封层B，炉管上粘接软密封层A，软密封层A从炉顶滑板下方到保温套筒顶端，然后，安装锥形密封件，锥形密封件与密封基座形成线密封。

密封基座环绕炉管设置，通常设置2-4块，密封基座采用螺栓、焊接或铆接。

密封基座与炉顶滑板的固定方式，是根据辐射室管束位移方式确定，密封基座与炉顶滑板，可以采用平放的方式，适用于管束三个方向均有位移时，密封基座与管束一同运动，可满足管束轴向、水平方向位移。

(3)密封基座上方安装压板，压板与密封基座尺寸一致，炉管上粘接有软密封层A，避免压板与炉管之间的间隙漏风。

(4)保温套筒由二块半圆形粘贴组成，保温套筒两端用卡箍固定，保温套筒也可以采用特质粘结剂固定。

(5)密封箱体底端焊接到炉顶滑板上，在密封箱体内可以填充轻型隔热材料，密封箱根据炉管膨胀位移量，在密封箱内留出满足炉管膨胀量的空间，使密封件和炉管可自由位移。

(6)在密封箱顶端与保温套筒间，安装软密封结构，软密封结构的长度要大于等于炉管的膨胀量，在炉管运行中，软密封结构不会脱落。

密封件和炉管在炉顶滑板上形成一个整体，在炉管膨胀位移时，密封件随炉管一同位移在密封箱内移动。工作过程或工作原理：

1、辐射室密封系统一次密封动作

密封件和炉管作为一个整体，在炉管受热膨胀产生各个方向的位移时，密封件随炉管在密封箱内在各个方向产生动作，密封件始终能够保持对炉管的密封，密封箱、软件密封结构和保温套筒确保炉管热量不外泄。

锥形密封台一随炉管向上运动的同时，锥形密封台二也会随炉管向上运动，锥形密封台二安装与锥形密封台一上方，锥形密封台二包括环绕炉管设置的分体式锥形密封台二，分体式锥形密封台至少包括2块，体式锥形密封台二可以设置2-4块，结构简单，加工方便，安装也简便，密封效果好。锥形密封台二与锥形密封台一错缝安装，避免通缝。锥形密封台二随炉管上升时，分体式锥形密封台二之间的间隙变大，分体式锥形密封台二与密封基座之间间隙变大，分体式锥形密封台二与炉管之间的间隙增大，锥形密封台二因自重下沉回归安装位置。同时，锥形密封台二受压板限制作用，上移位移量很少。

2、辐射室密封系统二次密封动作

辐射室的炉管受热膨胀产生三个方向的位移，炉管垂直位移时，炉管带动保温套筒一起向上位移，裸露炉管的热量泄漏到密封箱内，因此，需要二次密封，避免热量外泄。密封箱顶端与保温套筒之间的软密封结构实现了二次密封，当炉管产生轴向、水平方向位移时，炉管带动密封基座在密封箱内运动密封箱空腔中的热量，会通过密封箱顶部的开孔泄漏到箱体外部，在箱体顶部与保温套筒之间的软密封结构起到了隔热密封的作用。冷态时，软密封结构成褶皱形，随着炉管的向上位移，软密封结构不断被拉伸，保持密封效果。

试验过程数据采集及对比：

辐射室炉管密封系统的实用新型，在实际运行中是否可行，需要试验进行测试。根据管式加热炉的运行原理和辐射室管束结构，制造实验系统，主要由仿制炉体、管束、密封系统、引风机组成。引风机将炉膛空气抽出，使炉膛处于微负压状态，模拟进行冷态实验。

(1)启动引风机，使炉膛的负压值达到20Pa，进行各项目的测试，并进行相应数据的采集。

(2)安装密封基座，再装入密封件Ⅰ、Ⅱ，进行各项目的测试，并进行相应数据的采集。

(3)安装二次密封部件，进行各项目的测试，并进行相应数据的采集。

(4)实验结束后，将数据进行整理，并进行数据对比，如下表所示。

对比表1

常压为一个大气压；常温为25±5℃。

从表中可以看出，密封系统安装前、后实验装置漏风率的变化，说明辐射室炉管密封系统的实用新型是可行的。

实际现场安装后数据采集及对比：

辐射室炉管密封系统的实用新型，只有应用于实践中，才能体现实用新型创造的实际意义和经济效益。

辐射室炉管密封系统经试验成功后，将此系统用于某公司管式加热炉辐射室顶部，炉管进出炉体的位置。

现有技术现场安装辐射室炉管密封系统，操作空间狭小，结构庞大，有漏风现象，操作空间温度偏高，存在生产安全隐患。本实用新型所述的管式加热炉辐射室炉管密封系统，安装后，结构整体性强，结构简单，操作空间有很大的改善，基本杜绝漏风现象。

因此加热炉在石油炼制、化工生产中，最具有代表性的、最重要的加热炉，其炉膛温度高，生产能力强，管束结构复杂。根据现场实际运行工艺参数、管束的实际尺寸，进行辐射室炉管密封系统的方案设计、材料选择、方案实施。因加热炉是连续运行的，不能分别进行一次、二次密封试验，因此，辐射室炉管密封系统整体安装完毕后进行数据采集，并进行安装前、后的数据对比，如下表所示。

对比表2

设计图

管式加热炉辐射室炉管密封系统论文和设计

管式加热炉辐射室炉管密封系统论文和设计-王振清

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

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