一种多级炉管密封套
技术领域
本实用新型涉及石化行业的转化炉领域，尤其是涉及一种多级炉管密封套。
背景技术
石化行业的制氢转化炉通常为顶烧管式加热炉，燃烧器设置在炉顶，炉顶部温度较高。转化炉为立式炉，炉管穿过炉壁与外部连接。转化炉的炉管受热后，其沿轴向和径向均会发生膨胀，其中轴向方向的膨胀量可以通过恒力弹簧吊架或采用滑轮加重锤的方式来缓冲。因炉管从炉顶板穿出，为了保证炉管的径向膨胀，炉管与炉壁之间要设置一定的间隙。有间隙就会有热量的散失，不利于加热炉热效率的提高，同时导致炉顶环境温度高，操作人员劳动强度增大，增加烫伤等事故发生的可能性。因此，有必要研究如何保证炉管与炉壁之间的密封问题，提高热能利用率。同时还要保障炉管在受热时，其轴向和径向上的自由膨胀。
申请号为CN 2019205351731的中国专利公开了一种炉管密封套，通过在炉管隔热保温材料与密封壳体之间设置金属保温护套，使得炉管在热胀冷缩时，金属保温护套随炉管一起整体移动，而设置于金属保温护套和密封壳体之间的盘根既能实现金属保温护套与盘根之间良好的滑动接触，又能保证炉管与炉管密封套之间的零泄露密封，有效降低了炉顶的环境温度，提高了热能利用率。然而，值得注意的是，上述技术方案只适用于炉管吊耳到炉壁的距离D大于炉管沿轴向方向的最大膨胀量L（D＞L）。而当D较小（D＜L）时，设炉管吊耳与炉壁之间的金属保温护套的有效伸长量为X（有效伸长量是指金属保温护套不脱离盘根的情况下相对盘根的最大滑动距离），一旦金属保温护套脱离盘根，就很难再回复接触，收缩时将无法回复到初始位置，即X＜D＜L，此时金属保温护套的有效伸长量就无法满足炉管的最大膨胀要求，炉管密封失效。因此，亟需解决炉管吊耳与炉壁空间限制的问题，保证炉管自由伸缩的同时，实现炉管与炉管密封套之间的零泄漏密封，提高热能利用率。
实用新型内容
为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种多级炉管密封套。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种多级炉管密封套，用于密封穿过炉壁的炉管；所述炉管向外依次包裹有隔热保温材料和炉管密封套筒；在炉壁上设置有内部中空的密封壳体，在密封壳体内填充有隔热保温填料；所述炉管穿过密封壳体插入炉膛内；所述炉管密封套筒为多级伸缩套筒，其中，上端的第一级伸缩套筒通过吊挂机构与炉管吊耳连接，下端的最后一级伸缩套筒与密封壳体之间通过隔热密封件滑动密封连接，相邻两级伸缩套筒之间通过软密封件滑动密封连接；多级伸缩套筒的有效伸长量大于炉管受热后沿轴向方向的最大膨胀量。
进一步地改进技术方案，每级伸缩套筒均由至少两片分体片合围而成，相邻分体片之间通过可拆卸方式连接。
进一步地改进技术方案，相邻分体片之间通过多个连接板以及连接螺钉螺接。
进一步地改进技术方案，每级伸缩套筒均由两片分体片合围而成；所述软密封件由两个半环形密封体合围而成，两个半环形密封体的交接线与两个分体片的交接线不重合。
进一步地改进技术方案，在第一级伸缩套筒的下端设有外翻边，其余各级伸缩套筒的上端均设有内翻边，下端均设有内翻边和外翻边；当多级伸缩套筒伸缩时，相邻两级伸缩套筒之间通过对应的内翻边和外翻边限制其伸缩长度。
进一步地改进技术方案，在第一级伸缩套筒的上端设有外翻边，在外翻边上设有连接孔；所述吊挂机构包括吊环螺杆，吊环螺杆的吊环端与炉管吊耳吊接，吊环螺杆的螺纹端通过可调螺母与第一级伸缩套筒上端外翻边的连接孔连接。
进一步地改进技术方案，在第一级伸缩套筒的外壁上连接有悬挂板，所述悬挂板上设有连接孔；所述吊挂机构包括吊环螺杆，吊环螺杆的吊环端与炉管吊耳吊接，吊环螺杆的螺纹端通过可调螺母与悬挂板上的连接孔连接。
进一步地改进技术方案，在第一级伸缩套筒的上下两端均设有外翻边，其余各级伸缩套筒的上端均设有内翻边和外翻边，下端均设有外翻边；当多级伸缩套筒伸缩时，相邻两级伸缩套筒之间通过对应的内翻边和外翻边限制其伸缩长度；在第一级伸缩套筒上端的外翻边上设有连接孔；所述吊挂机构包括吊环螺杆，吊环螺杆的吊环端与炉管吊耳吊接，吊环螺杆的螺纹端通过可调螺母与第一级伸缩套筒上端外翻边的连接孔连接。
进一步地改进技术方案，除了第一级伸缩套筒外，其余各级伸缩套筒上端的内翻边上均设有用于安装软密封件的内环槽。
进一步地改进技术方案，所述密封壳体为两个半壳合围而成的方形壳体，在方形壳体的上端面设置有密封压盖；在密封壳体、密封压盖、以及最后一级伸缩套筒之间围成的环形密闭空间内填充有隔热密封件；所述密封压盖由两个半环形压盖合围而成；所述隔热密封件由两个半环形密封体合围而成；密封壳体、隔热密封件以及密封压盖上的交接线互不重合。
由于采用上述技术方案，相比背景技术，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型使得炉管密封套的总伸长量大大增加，满足对炉管密封套总伸长量大于炉管轴向最大膨胀量的要求，尤其适用于炉管轴向最大膨胀量大于炉管吊耳与炉壁间距离的情况。
在各级伸缩套筒之间、伸缩套筒与密封壳体之间设置软密封件，保证各级伸缩套筒发生相对滑动时具有较小的滑动摩擦力，同时实现炉管与炉管密封套之间的零泄漏密封，有效降低了炉顶的环境温度和炉膛内氧含量，提高了加热炉效率，同时改善了操作环境，降低了劳动强度。
附图说明
图1为实施例1的外形示意图。
图2为图1的轴向剖面结构示意图。
图3为图1的径向剖面结构示意图。
图4为实施例1中两级伸缩套筒的剖面结构示意图。
图5为图1沿A-A方向的剖视图。
图6为图5中的局部放大图。
图7为实施例1中炉管在冷态时的剖面结构示意图。
图8为实施例1中炉管在伸长过程中的剖面结构示意图。
图9为实施例1中炉管在最大膨胀量时的剖面结构示意图。
图10为实施例1中炉管在收缩过程中的剖面结构示意图。
图11为实施例2的外形示意图。
图12为图11的轴向剖面结构示意图。
图中： 1、炉管；2、隔热保温材料；3、炉管密封套筒；3.1、第一级伸缩套筒；3.11、第一级下端外翻边；3.12、第一级上端外翻边；3.2、第二级伸缩套筒；3.21、第二级上端内翻边；3.22、第二级下端外翻边；3.23、第二级下端内翻边；3.3、第三级伸缩套筒；4、密封壳体；5、隔热保温填料；6、吊环螺杆；7、炉管吊耳；8、隔热密封件；9、软密封件； 10.1、弧形连接板；10.2、弧面连接板；11、密封压盖；12、炉壁。
具体实施方式
下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例一：
一种多级炉管密封套，如图1-3所示，炉管1向外依次包裹有隔热保温材料2和炉管密封套筒3。在炉壁12上设置有内部中空的密封壳体4，在密封壳体4内填充有隔热保温填料5。密封壳体4的结构及有益性在申请号为CN201820669171.7的中国专利中已经进行了详细的叙述，这里不再赘述。炉管1穿过密封壳体4插入炉膛内，炉管1的下端相对于炉膛固定，受热后炉管1向上发生轴向膨胀。
本实施例中，炉管密封套筒3为两级伸缩套筒，其中，上端的第一级伸缩套筒3.1通过吊环螺杆6与炉管吊耳7连接，下端的第二级伸缩套筒3.2与密封壳体4之间通过隔热密封件8滑动密封连接，两级伸缩套筒之间通过软密封件9滑动密封连接。当炉管1受热发生轴向膨胀时，炉管吊耳7通过吊环螺杆6带动两级伸缩套筒一起向远离炉壁12的方向运动；当炉管1受冷收缩时，炉管吊耳7通过吊环螺杆6带动两级伸缩套筒一起向靠近炉壁12的方向运动。由于两级伸缩套筒的有效伸长量(两级伸缩套筒有效伸长量之和)大于炉管受热后沿轴向方向的最大膨胀量，因此能够始终保证隔热保温材料2与密封壳体4之间的移动密封。
如图4所示，两级伸缩套筒包括第一级伸缩套筒3.1和第二级伸缩套筒3.2，二者均为圆筒状，第二级伸缩套筒3.2同轴套设在第一级伸缩套筒3.1的外部，其中，第一级伸缩套筒3.1通过吊环螺杆6与炉管吊耳7相连接，第二级伸缩套筒3.2与密封壳体4之间通过隔热密封件8形成滑动摩擦，而第一级伸缩套筒3.1与第二级伸缩套筒3.2之间通过软密封件9形成滑动摩擦。
如果每级伸缩套筒都为一体式的结构，需要将炉管1吊出炉膛后方能顺次安装各级伸缩套筒。由于炉管1很长很重，因此存在施工量大、周期长的问题。为了便于安装和维护，第一级伸缩套筒3.1和第二级伸缩套筒3.2均由两片分体片合围而成，两片分体片之间通过多个连接板以及连接螺钉螺接。连接板包括连接在两片分体片端面上的弧形连接板10.1和连接在两片分体片圆弧面上的弧面连接板10.2。这种采用分体片合围的方式，方便于各级伸缩套筒的安装和维护。需要补充的是，每级伸缩套筒也可以分成多片（大于两片），但由于加工制造麻烦，且分片体连接处缝隙会增加泄漏的风险，这里优选两片分体片。
同样的，如图5-6所示，软密封件9也由两个半环形密封体合围而成。为了避免热量泄漏，两个半环形密封体的交接线与两个分体片的交接线不重合。密封壳体4为两个半壳合围而成的方形壳体，在方形壳体的上端面设置有密封压盖11。同样的，密封压盖11也由两个半环形压盖合围而成。在密封壳体4、密封压盖11、以及第二级伸缩套筒3.2之间围成的环形密闭空间内填充有隔热密封件8，隔热密封件8也由两个半环形密封体合围而成。为了避免热量泄漏，密封壳体4、隔热密封件8以及密封压盖11上的交接线互不重合，各交接线相互错开夹角。
为了实现两级伸缩套筒的关联伸缩，如图7-10所示，在第一级伸缩套筒3.1的上端设有第一级上端外翻边3.12，在其下端设有第一级下端外翻边3.11；在第二级伸缩套筒3.2的上端设有第二级上端内翻边3.21，在其下端设有第二级下端内翻边3.23和第二级下端外翻边3.22。当两级伸缩套筒伸长时，第一级下端外翻边3.11与第二级上端内翻边3.21接触、第二级下端外翻边3.22与密封壳体4接触限制其伸长长度；当两级伸缩套筒收缩时，第一级下端外翻边3.11与第二级下端内翻边3.23接触、第二级下端内翻边3.23与炉壁12接触限制其收缩长度。
需要指出的是，能够实现两级伸缩套筒关联伸缩的结构并不局限于上述结构，也可以在第一级伸缩套筒3.1的上下两端均设有第一级上端外翻边和第一级下端外翻边，第二级伸缩套筒3.2的上端设有第二级上端内翻边和第二级上端外翻边，下端设有第二级下端外翻边。当两级伸缩套筒伸长时，第一级下端外翻边与第二级上端内翻边接触、第二级下端外翻边与密封壳体4接触限制其伸长长度；当两级伸缩套筒收缩时，第一级上端外翻边与第二级上端内翻边、第二级上端外翻边与密封壳体4的密封压盖11接触限制其收缩长度。凡是能够实现两级伸缩套筒关联伸缩的结构均在本专利保护范围内。
为了简化密封结构，进一步地改进技术方案，在第二级上端内翻边3.21上设有内环槽，在内环槽内安装软密封件9。软密封件9一方面将两级伸缩套筒相对运动时的干摩擦转换为伸缩套筒与软密封件9之间的滑动摩擦，减小了摩擦力；另一方面能够保证第一级伸缩套筒3.1和第二级伸缩套筒3.2之间的密封性。
为了实现第一级伸缩套筒3.1安装位置的可调，在第一级上端外翻边3.12上设有连接孔，吊环螺杆6的吊环端与炉管吊耳7吊接，吊环螺杆6的螺纹端通过可调螺母与第一级上端外翻边3.12上的连接孔连接。通过可调螺母调节第一级伸缩套筒3.1与炉管吊耳7之间的安装距离。
作为另一种实现方式，第一级伸缩套筒3.1的上端也可以不设第一级上端外翻边3.12，而是在第一级伸缩套筒3.1的外壁上连接悬挂板（图中未示出），在悬挂板上设有连接孔。吊环螺杆6的吊环端与炉管吊耳7吊接，吊环螺杆6的螺纹端通过可调螺母与悬挂板上的连接孔连接。这样的连接结构能达到相同的效果。
实施例二：
如实施例一所述的一种多级炉管密封套，与实施例一不同的是：如图11-12所示，炉管密封套筒3为三级伸缩套筒，包括第一级伸缩套筒3.1、第二级伸缩套筒3.2和第三级伸缩套筒3.3。其中，第一级伸缩套筒3.1的上下两端均设有外翻边，其余两级伸缩套筒的上端均设有内翻边，下端均设有内翻边和外翻边。可以看出无论炉管密封套筒3伸长还是收缩，相邻两级伸缩套筒之间均通过对应的内翻边和外翻边限制其伸缩长度。由于三级伸缩套筒的有效伸长量大于炉管受热后沿轴向方向的最大膨胀量，因此能够始终保证隔热保温材料2与密封壳体4之间的移动密封。
同样的道理，炉管密封套筒3为N级伸缩套筒（N为大于3的自然数），只要满足N级伸缩套筒的有效伸长量大于炉管1受热后沿轴向方向的最大膨胀量，就能够保证炉管1在自由伸缩时，实现炉管1的零泄漏密封，提高热能利用率。但是，伸缩套筒数量越多，制造难度也就越大，相邻两级伸缩套筒之间的密封也更容易产生热量泄漏。因此根据实际情况，在保证有效伸长量的前提下，尽量减少伸缩套筒的数量。
本实用新型未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
