双锥密封作为具有一定自紧作用的密封结构,由于其结构简单,易于加工,装卸方便等优点在石油化工行业中使用非常广泛。但在高压容器双锥密封结构实际应用中,特别是压力波动场合或检修后开车时常常发生密封泄露问题。由于化工设备内的介质通常高温高压,且易燃易爆,化工设备的密封性能若得不到保证,往往会造成重大事故。合适的螺栓预紧力及垫片比压是保证密封性能的重要因素。只有施加合适的螺栓预紧力,才能使得操作工况下垫片比压达到一定值,以保证系统密封。目前我国双锥密封设计方法依据GB150-2011《压力容器》,仍然沿用传统法兰设计方法中的垫片比压y和垫片系数m,该垫片特性参数是1943年针对平垫密封结构试验提出的。而在国标中,对操作工况双锥密封结构螺栓载荷的设计计算时,将操作工况下作用在内圆柱面上的内压与锥面上的力之间视为平衡关系是不妥当的。内压对密封面上的作用力会产生一定的影响,但并非平衡关系。这些问题对双锥密封结构分析而言十分重要,有必要进行进一步的研究。本文以设计压力为6.4MPa,筒体内径为1000mm的双锥密封结构为例,分析其结构特点、密封原理、预紧及操作工况下的受力情况,并与相同条件下的平垫密封进行比较,讨论了双锥密封相对于平垫密封结构之间的差异及优势。并利用材料弹性变形内连接件与被连接件之间的受力变形关系,引出了当量轴向位移的概念,通过有限元法分别对预紧及操作工况下的双锥环结构进行分析,得到不同工况当量轴向位移随锥面轴向分力变化的曲线,将双锥环预紧工况、操作工况当量轴向刚度曲线与螺栓刚度曲线相结合,得到满足操作工况下垫片比压达到操作密封比压时双锥密封系统所需的最小预紧螺栓载荷及密封比压值。用这种方法,对国标提出的垫片比压y的适用性进行了考查与修正。利用本文得到的双锥环不同工况当量轴向受力变形与螺栓受力变形关系图,通过测得螺栓的伸长量,可以计算得到操作工况下双锥环锥面轴向分力及垫片比压值,与最小操作密封比压进行比较,判定双锥密封的有效性,并以此指导工程上施加合适的预紧螺栓载荷。垫片比压是保证密封的重要参数,锥面轴向分力与螺栓刚度、双锥环尺寸参数、螺栓预紧力、内压载荷等息息相关,通过对各项因素的分析,得到在满足材料弹性变形的范围内各项因素对双锥密封性能的影响情况。本文的受力分析及有限元分析研究为双锥密封系统的设计提供了可靠的理论依据,对工程实际中预紧螺栓载荷的合适施加具有现实的指导意义,是保障双锥系统密封可靠性及化工设备长期安全运行研究的重要构成。