高压螺纹锁紧环式换热器的介绍

高压螺纹锁紧环式换热器的介绍曲常勇二加氢车间摘要：介绍了螺纹锁紧环式结构换热器的结构、特点及检修中遇到的问题和对策关键词：螺纹锁紧环，内外压紧螺栓，大螺纹1概述随着石油工业的不断发展，国内外炼油企业的加氢裂化和加氢精制装置近年来逐渐大型化。由于加氢裂化装置及加氢精制装置是在高温、高压条件下操作，介质又是易燃、易爆的氢气和烃类，因而对设备的设计和制造提出了更高的要求，必须保证安全可靠，长周期运行，而且维修方便，检修周期短。随着生产技术的发展，人们对设备安全运行和换热器的换热效率的要求逐步提高。高压换热器是加氢装置除反应器外的核心设备之一，它不仅能为生产过程提供必要的工艺条件，而且为减少能源消耗、降低生产成本起到了重要的作用。传统的管壳式换热器已经逐渐不能满足在高温、高压条件下的生产需要。具有密封可靠、结构紧凑、维护简单而且又能及时解决运行中出现泄漏问题的螺纹锁紧环式换热器便应运而生，并广泛地应用在加氢裂化和加氢精制等装置中。国内外用于加氢的高压换热器主要有三种结构形式:1、第一种形式为法兰式的换热器。2、第二种形式为密封盖板封焊式换热器（此结构又称为“”环式密封）。3、第三种形式为螺纹锁紧环式密封结构换热器。但法兰式换热器及密封盖板封焊式换热器的主螺栓要承受内压和压紧力的两种负荷，使得在相同压力下设计出来的换热器螺栓和螺母非常粗大，法兰面非常厚，不仅体积要比螺纹锁紧环大好多而且一旦发生泄漏很难进行紧固。螺纹锁紧环式密封结构换热器最大的一个特点就是该换热器把管箱侧承受的巨大的压力传递到了螺纹锁紧环上，而压紧螺栓只要提供垫片密封所需要的压紧力，一旦发生泄漏只要调节压紧螺栓就可以压紧垫片。因此，螺纹锁紧环式密封结构换热器将在高压、高温条件装置中广泛使用。我车间120万吨年加氢精制装置共使用四台螺纹锁紧环式密封结构换热器，分别是反应产物与混氢油换热器E301、反应产物与低分油换热器E302、反应产物与混氢油换热器E303/A、B。2结构及特点目前国内生产的螺纹锁紧环式换热器主要由中国石化洛阳石化工程公司和中国石化北京设计院设计的，螺纹锁紧式换热器其结构大同小异，主要从以下几个方面进行分类。21按管壳所承受压力分类2.1.1H-H型（管程、壳程高压式）（图1）我车间反应产物与混氢油换热器E301、反应产物与混氢油换热器E303/A、B是用的这种结构，管程、壳程都是高压式，用这种结构运行稳定可靠。特点：1）管箱与壳体组焊为一体；2）管板是按压差设计的，因此管板厚度较小；3）有两圈压紧螺栓；4）管箱侧内件较多；图12.1.2H-L型（管程高压、壳程低压式）（图2）我车间反应产物与低分油换热器E302使用这种结构，一侧是高压的反应产物，一侧是低压的低分油，使用可靠。特点：1）管箱与壳体为法兰连接，可分离；2）管板与管箱组焊为一体；3）管程密封与壳程密封里分开的；4）有一圈压紧螺栓；5）管束与管箱连接为一体。图22.2按壳程介质流动方向分类2.2.1单壳程型特点：1）壳程侧接管一前一后、上下分布，即进口和出口不在同一垂直线上；2）壳程介质，从壳体一端到其另一端；3）管束上无分层隔板；4）换热效率较低。2.2.2双壳程型特点：1）壳程侧接管同一截面上分布，即进出口在同一垂直线上；2）壳程介质从壳体中心分开，从壳程进口到壳体尾部，再从壳体尾部到壳程出口；3）管束上有分层隔板；4）换热效率较高。我车间四台换热器都是使用双壳程型结构，换热效率高，性能稳定。3密封性能如图3，螺纹锁紧环密封结构换热器的主体密封主要为两大部分：一是管程侧的密封，它是通过螺纹锁紧环上的外圈螺栓压在密封盘及密封垫上来完成的；二是壳程侧的密封，它是内圈压紧螺栓通过卡环、管箱内套筒压在管束管板及密封垫上来完成密封的，且可通过螺纹锁紧环上的内圈压紧螺栓，间接施力，在不拆卸管箱内件的情况下，来解决内部密封。主要零件分别为：内密封垫片、管板、压环、卡环、管程内套筒、外密封垫片、螺纹承压环、压盖、内外压紧螺栓等等。内密封垫片：主要起到了隔离壳程与管程介质的作用，因为管程侧和壳程侧都为高压而且压差较小，所以使密封面上所受的合力较小，减少了普通换热器由于管板受到高压而发生泄漏的可能性。即使发生泄漏也不会向外界泄漏，增加了安全性。管板：由于该管板使用了压差设计，使得管板的厚度大大减薄，既减少了材料又控制了换热器的整体体积。 图34检修中常出现问题与对策螺纹锁紧环结构换热器检修时，需要对此设备结构了解充分，尤其是对大螺纹拆卸，需用专用工装来进行拆卸，以保证螺纹啮合的准确性。4.1内、外圈紧固螺栓咬死主要原因： 未严格按技术要求力矩上紧螺栓，螺栓力过大 装置运行过程中，每次开停车发生泄露后多次紧固。 未按要求涂抹防高温咬死剂，或涂抹咬死剂质量差。 原设计存在问题，该螺栓长期在高温下工作，长期服役难免发生咬合，考虑其长期服役承受为静载荷，设计时应使罗纹中径有意拉开一定差值或松动配合，可以有效减小螺纹咬死现象。4.2外部密封泄露主要原因： 外圈螺纹上紧力掌握不好。 密封垫问题。每一种形式垫片选择，除应注意垫片采购质量外，还应注意其对应适宜的密封面结构形式。大量现场状况表明。垫片质量是造成密封失效的直接原因。人们过多关注了此处密封面形式，而忽视了垫片本身的质量问题。4.3管、壳程内部串漏内部串漏在两种情况下发生： 换热管与管板连接处泄露或U型管R部位破裂造成； 是当装置压力，温度发生较大波动时，或遇到紧急情况紧急停车再上压后出现内部串漏。主要原因：(1) 管箱内隔筒与管箱材质不同，导致高温下热膨胀量存在差异。此种情况下产生的泄漏，一般通过上紧内圈螺栓，弥补密封垫片作用力不足，从而解决泄漏问题。(2) 密封垫片问题。(3) 水压试验时超压。4.4拆除程序及注意事项4.4.1准备工作。如放好专用升降台、拆去妨碍检修的物件或视情况进行中和清洗等等；4.4.2在壳体和头盖组件上作好测量标记，并用深度游标卡尺测量螺纹锁紧环端面到管箱盖板端面的距离及螺纹锁紧环端面到壳体端面的距离，并认真记录；4.4.3拆卸头盖组件上的螺栓；4.4.4将盖夹具固定在头盖组件上，并检查是否稳固，再把平衡重装在相应位置上；4.4.5拆卸螺纹锁紧环等头盖组件。注意在松开过程中，若发现紧力变大应及时检查，并调节专用升降台和换热器壳体的对中性；4.4.6小心拆下内、外压环；4.4.7拆下垫片压板。注意不要碰撞壳体螺纹；4.4.8装上专用螺纹保护罩，取出管程密封垫片，并认真检查密封面；4.4.9拆下内套筒和支撑圈；4.4.10在内法兰组件和隔板箱端面上作好标记后，测量三合环到隔板箱端面的距离，并认真记录；4.4.11用扭矩扳手拆下内法兰螺栓，并记录各个螺栓的残余力矩；4.4.12拆下三合环、内法兰。注意在拆三合环时，应防止三合环的一部分坠落受损伤人；4.5大螺纹拆装拆装大螺纹是检修过程中遇到的一个非常棘手的问题，常有大螺纹装拆过程中发生螺纹损伤及咬死的现象。将重达几十吨，直径1.6m 左右，有些近2m的大螺纹顺利旋入确实不是一件简单的事，值得做深入分析及研究。制造厂一般均提供专用工装。用户应首先研究清楚专用工装使用要领。目前国内的大螺纹上紧工装均是采用杠杆加平衡物的结构，其具体结构如图 4所示。 图 4大螺纹上紧工装具体结构4.5.1拆螺纹前，应完全拆除内外圈螺栓。对部分因咬死不能拆除罗纹，可采用万向钻等设备，钻削去除螺栓。螺栓全部去除后可借外力，如吊车或千斤顶对螺纹锁紧环施加侧向力，螺纹面因长期在高温运行下，可能发生面与面之间啮合现象，对螺纹中段备有注油孔的，应事项使用注射泵，向螺纹间隙中注入机油，注油前应仔细清理注油孔，以避免将杂物带入。4.5.2上述准备工作完成后，按工装使用说明书安装好拆卸专用工装。装拆螺纹需两台吊车配合，一台用于起吊工装及螺纹环，另一台用于提供旋螺纹环的力矩（辅钩）。4.5.3装拆螺纹主要靠辅钩提供力矩进行，许多螺纹检修中发生螺纹啮死及损伤都与辅钩使用不当有关。当最初旋螺纹时，辅钩使用力较大一旦螺纹环发生转动，其旋转时摩擦力正常情况下应急剧下降，如螺纹环松动后，旋转力仍很大应停下来仔细检查，这种情况经常与主钩提升力不当有关。4.5.4在螺纹旋动过程中除应随时注意辅钩力的变化外，还应多进行锁紧环位置测量。采用角尺测量锁紧环与管箱端部位置变化，确信锁紧环与管箱轴线平行，采用塞尺测量锁紧环外圆与管箱内表面环隙确信两者对中4.5.5螺纹旋合过程与拆卸螺纹基本一致，锁紧环能顺利旋出就为锁紧环顺利旋入奠定了良好的基础，以下几点在旋合时应注意：旋出螺纹锁紧环后，应对螺纹面进行仔细清理去除残留防啮死剂，彻底打磨去除毛刺。应选用质量合格的防高温咬死剂。防高温咬死剂应涂抹在内螺纹表面。5总结设备是生产的基础，必须加强对设备的理解，正确处理设备存在的问题和隐患，以保证装置的安全平稳运行。螺纹锁紧环结构换热器正常运行时要注意监控各点的参数，发现异常及时分析处理；在检修时要特别注意防止设备的连多硫酸腐蚀，当设备暴露在空气中时