螺紋鎖緊環(huán)換熱器的結(jié)構(gòu)分析及檢修步驟

南哲

(神華鄂爾多斯煤制油分公司催化重整裝置， 內(nèi)蒙古 烏蘭木倫鎮(zhèn) 017209)

螺紋鎖緊環(huán)換熱器的結(jié)構(gòu)分析及檢修步驟

南哲

(神華鄂爾多斯煤制油分公司催化重整裝置， 內(nèi)蒙古 烏蘭木倫鎮(zhèn) 017209)

螺紋鎖緊環(huán)換熱器大檢修的成功，理論上推導(dǎo)的各零部件結(jié)構(gòu)分析，在實(shí)際檢修中加以驗(yàn)證，本次檢修突破了諸多技術(shù)難關(guān)，提出的可靠的解決方法。詳細(xì)闡述了本次檢修步驟，對(duì)行業(yè)內(nèi)同類檢修的處理，具有一定的借鑒意義。

螺紋鎖緊環(huán)換熱器;結(jié)構(gòu)分析;檢修步驟

1 前言

螺紋鎖緊環(huán)換熱器的管箱、殼體是渾然一體，由于它的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、耐高溫、耐高壓、提高換熱面積且運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)泄漏，可在不停車的情況下緊固壓緊螺栓即可達(dá)到密封的效果的優(yōu)點(diǎn)，是加氫裝置核心設(shè)備之一，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、內(nèi)構(gòu)件多、密封特殊、裝配復(fù)雜、檢修技術(shù)難度比較大。本文通過(guò)研究螺紋鎖緊環(huán)換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)性的編制了科學(xué)合理的檢修方案，詳細(xì)闡述了具體檢修步驟及技術(shù)要點(diǎn)。

2 螺紋鎖緊環(huán)換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù)

螺紋鎖緊環(huán)換熱器主要由殼體、管束、螺紋承壓環(huán)、壓蓋、密封盤、支撐環(huán)、壓環(huán)、卡環(huán)、管程內(nèi)套筒等幾部分組成。

螺紋鎖緊環(huán)換熱器在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，檢測(cè)到設(shè)備發(fā)生管、殼程介質(zhì)互串，即可通過(guò)適當(dāng)擰緊內(nèi)圈壓緊螺栓增加對(duì)內(nèi)密封墊片的壓力，從而消除內(nèi)部泄露。當(dāng)設(shè)備發(fā)生外漏(管程介質(zhì)泄露)，即可通過(guò)擰緊外圈壓緊螺栓壓緊外密封墊片來(lái)消除泄露，這樣在設(shè)備不停工，無(wú)需拆卸更換墊片即可通過(guò)有效的手段將之排除，不影響裝置正常生產(chǎn)。

螺紋鎖緊環(huán)換熱器的設(shè)備總示意圖見(jiàn)圖1，密封結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2，有關(guān)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 螺紋鎖緊環(huán)換熱器總示意圖

圖2 螺紋鎖緊環(huán)換熱器密封結(jié)構(gòu)示意圖

表1 螺紋鎖緊環(huán)換熱器的主要技術(shù)參數(shù)

3 螺紋鎖緊環(huán)換熱器的檢修步驟

(1)制訂一個(gè)詳細(xì)、具體、合理的檢修方案，認(rèn)真進(jìn)行技術(shù)交底，使每一個(gè)參修人員都熟知設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、檢修方法和注意事項(xiàng)。將液壓扳手、倒鏈、吊車、抽芯工裝、試壓工裝等專用工器具現(xiàn)場(chǎng)就位。

(2)拆卸管、殼程出、入口法蘭保溫，換熱器兩側(cè)搭設(shè)雙排腳手架。

(3)拆除管、殼程出入口法蘭連接。

(4)沿管程筒體圓周均分八等分，做好角度值方向標(biāo)記，最上一點(diǎn)設(shè)定為0°，順時(shí)針?lè)较蛎扛?5°為一點(diǎn)標(biāo)記定位角度值，并在每個(gè)測(cè)點(diǎn)用深度游標(biāo)卡尺測(cè)量螺紋承壓環(huán)端面到管程筒體端面的距離，做好記錄，以便檢修回裝后裝配精度與初始數(shù)據(jù)一致。

(5) 拆卸螺紋承壓環(huán)的內(nèi)、外壓緊螺栓。拆卸前所有壓緊螺栓上和對(duì)應(yīng)螺孔邊上做好記號(hào)，外壓緊螺栓和螺孔的編號(hào)從A1開(kāi)始，順時(shí)針排列，起點(diǎn)在上；內(nèi)壓緊螺栓的編號(hào)從B1開(kāi)始順時(shí)針排列，起點(diǎn)也在上。

拆卸后的螺栓進(jìn)行煤油清洗，抹上黃油保管好，目的是為了防腐蝕和生銹，并且減少螺栓摩擦力。

(6)通過(guò)管程筒體上部的注油孔注入潤(rùn)滑油，以便潤(rùn)滑油滲進(jìn)螺紋承壓環(huán)的螺紋部分，減少旋動(dòng)摩擦力。

(7)拆卸螺紋承壓環(huán)。螺紋承壓環(huán)采用嚙合度高，抗剪抗彎能力強(qiáng)的短齒梯形螺紋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以承受較大的管程和殼程的綜合載荷。

拆卸時(shí)用吊車吊起螺紋鎖緊環(huán)專業(yè)拆卸工裝，檢查確認(rèn)專業(yè)拆卸工裝整體配重穩(wěn)固情況和專用升降臺(tái)與換熱器殼體的對(duì)中情況。在拆卸螺紋承壓環(huán)時(shí)，應(yīng)多次往復(fù)松緊，注油孔及時(shí)補(bǔ)油，待螺紋面充分形成油膜后開(kāi)始整圈轉(zhuǎn)動(dòng)松開(kāi)，螺紋承壓環(huán)和壓蓋為組合件可以整體拆卸。

螺紋承壓環(huán)的螺紋清理干凈，保證表面不得有油脂、鐵銹、氧化皮或其他粘附物質(zhì)，而后進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)，須滿足I級(jí)合格。

(8)拆卸密封盤使用頭部帶螺紋的專業(yè)桿，在吊車配合下拆卸后將其放在橡膠墊上，以防碰壞。小心取出外密封墊圈，拆卸后的外密封墊圈認(rèn)真檢查密封面是否有損傷，并用棉布包裹存放。

密封盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①中心厚度是邊緣密封厚度的三倍，中心側(cè)較厚，增加了密封盤抗壓能力，邊緣密封厚度較薄，增加了鋼板的彈性，當(dāng)管箱內(nèi)壓發(fā)生波動(dòng)或熱膨脹的時(shí)候能夠產(chǎn)生微量變形而不影響密封。②密封盤邊緣是凸臺(tái)設(shè)計(jì)，使外壓緊螺栓預(yù)緊力能集中作用到凸臺(tái)窄面上，達(dá)到最大預(yù)緊力作用，并凸臺(tái)兩側(cè)的平面與外密封墊也可以做一道密封，通過(guò)這兩道密封的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了管程對(duì)外零泄露的密封效果。

外密封墊片材質(zhì)為OOCr12的鋼墊，其優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕，用于高溫高壓場(chǎng)合，但金屬墊片的壓縮彈性很小，所以安裝前密封面必須做到鏡面拋光處理，鏡面密封效果對(duì)密封面不平度能有效的補(bǔ)償，達(dá)到最佳密封效果。外密封墊的結(jié)構(gòu)是梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目的是密封盤傳遞過(guò)來(lái)的大面積載荷力首先集中作用在墊片梯形窄面上，并且也能作用到外密封墊平面和管程筒節(jié)接觸面上，達(dá)到兩道密封效果，保證密封效果更加可靠。

密封盤和外密封墊的這種特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了以最小的載荷力做到最大的壓緊密封作用。

(9)拆卸支撐環(huán)和壓環(huán)。支撐環(huán)是套在壓環(huán)上，是組合件結(jié)構(gòu)。支撐環(huán)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能降低造價(jià)成本、拆裝方便。主要作用是：①對(duì)密封盤做固定、支撐作用；②密封盤受到的螺紋承壓環(huán)的壓緊力通過(guò)支撐環(huán)傳遞到壓環(huán)→卡環(huán)→管程內(nèi)套筒→鐵包墊→固定管板→纏繞墊→殼程筒體上，最終達(dá)到管、殼程間密封。

壓環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有一道環(huán)槽，環(huán)槽的作用是保護(hù)頂壓螺栓。壓環(huán)可將支撐環(huán)受到預(yù)緊載荷力傳遞到卡環(huán)→管程內(nèi)套筒→鐵包墊→固定管板→纏繞墊→殼程筒體，達(dá)到管、殼程密封作用。拆卸壓環(huán)時(shí)必須測(cè)量好壓環(huán)到外密封墊圈的凈高度數(shù)據(jù)，標(biāo)記好測(cè)量點(diǎn)位置，避免回裝時(shí)影響密封盤安裝尺寸，壓環(huán)到外密封墊圈之間間隙過(guò)大，影響密封效果。

(10)拆卸頂壓螺栓和卡環(huán)。首先卡環(huán)和隔板箱上做好相對(duì)角度位置標(biāo)記，測(cè)量卡環(huán)到隔板箱斷面的距離，并對(duì)每個(gè)卡環(huán)和頂壓螺栓都做好順序標(biāo)記。在拆卸過(guò)程中，扭矩扳手松開(kāi)頂壓螺栓時(shí)，記錄各個(gè)頂壓螺栓殘余力矩。

頂壓螺栓有數(shù)量多、直徑小的特點(diǎn)，拆裝方便，能節(jié)省換熱器本體空間和材料，并且能均勻的承擔(dān)殼程介質(zhì)傳遞過(guò)來(lái)的內(nèi)應(yīng)力。頂壓螺栓的預(yù)緊力作用到卡環(huán)→管程內(nèi)套筒→鐵包墊→固定管板→波齒符合纏繞墊→最終到殼程筒體，是管、殼程間密封的關(guān)鍵。

卡環(huán)限位在管箱凹槽內(nèi)的，是多瓣坡口式設(shè)計(jì)，這樣的特殊設(shè)計(jì)雖然增加制造方面的難度，但它增強(qiáng)了實(shí)際檢修的可靠性和安全性?？ōh(huán)的作用是使頂壓螺栓的預(yù)緊力能平均分布到管程內(nèi)套筒上，增強(qiáng)密封可靠性，并在水壓試驗(yàn)過(guò)程中，還可以起到試壓環(huán)的作用。

(11)拆卸分層隔板，用專業(yè)工裝取出。

(12)拆卸管程內(nèi)套筒，取出盤根和鐵包墊。管程內(nèi)套筒作用是內(nèi)壓緊螺栓和頂壓螺栓的壓緊力傳遞到鐵包墊→固定管板→波齒復(fù)合墊片→殼程筒體做到密封作用。管程內(nèi)套筒安裝防沖板，有效的減少了管程入口介質(zhì)對(duì)分程隔板的徑向沖擊力。

管程內(nèi)套筒的盤根作用是在管程隔板與固定管板間起到密封作用和減震作用。

管程內(nèi)套筒與固定管板間密封選用鐵包墊。鐵包墊是由金屬薄板包覆石棉板組成，其密封材質(zhì)不與工藝介質(zhì)直接接觸，避免了石棉纖維強(qiáng)度下降，克服了滲漏現(xiàn)象，并且鐵包墊的較大厚度設(shè)計(jì)，可作為徑向、軸向密封作用和減震作用。

(13)抽出管束，取出波齒復(fù)合墊。使用抽芯機(jī)抽出管束，做好固定管板的密封面保護(hù)，運(yùn)至指定位置進(jìn)行清洗。拆下來(lái)的管束不能直接放置在地面上，必須用沉木墊好。

管束抽出后對(duì)殼體的內(nèi)部進(jìn)行清理，內(nèi)部不應(yīng)有油漬、浮銹等雜物。

波齒復(fù)合墊片是安裝在固定管板和殼程筒體間，這種墊片是金屬骨架與柔性石墨復(fù)合而成，具有很好的壓縮回彈特性，特別是環(huán)形波齒具有多道密封很好的彌補(bǔ)法蘭表面的粗糙度和宏觀不平度，具有密封性能優(yōu)異的特點(diǎn)。

(14)拆卸完的各部件進(jìn)行全面檢查，合格后可以開(kāi)始回裝，回裝順序與拆卸順序逆向大致相同。

(15)檢查確認(rèn)新波齒復(fù)合墊片，使用潤(rùn)滑脂把墊片粘附到管板密封面上。

(16)回裝管束時(shí)先管程內(nèi)套筒套和管板一起組合后回裝，目的是通過(guò)管程內(nèi)套筒可以調(diào)整管束水平方位，待管束水平方位對(duì)準(zhǔn)之后拆下管程內(nèi)套筒，安裝盤根后再次回裝管程內(nèi)套筒。

(17)回裝卡環(huán)和頂壓螺栓?？ōh(huán)裝進(jìn)槽溝內(nèi)時(shí)，確保相對(duì)轉(zhuǎn)角位置與拆卸前原始標(biāo)記一致。

頂壓螺栓壓緊力嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙數(shù)據(jù)擰緊，壓緊力不夠或者不均勻?qū)е旅芊庑Ч?，發(fā)生泄露。當(dāng)壓緊力過(guò)大時(shí)，墊片的變形過(guò)大和回彈性變小，遇到溫度和壓力載荷有大浮動(dòng)變動(dòng)的情況，墊片不能及時(shí)的給予補(bǔ)償，也將發(fā)生內(nèi)漏的現(xiàn)象。擰緊頂壓螺栓時(shí)要上、下、左、右對(duì)稱均勻上緊，并且最好分三次擰緊，第1次為50%標(biāo)準(zhǔn)力矩，第2次為80%，第3次為100%。最后再用100%標(biāo)準(zhǔn)扭矩均勻復(fù)擰兩遍，以確保殼程墊片受力均勻。

(18)殼程水壓試驗(yàn)。螺紋鎖緊環(huán)換熱器是壓差式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，本次檢修換熱器設(shè)備圖紙要求，水壓試驗(yàn)設(shè)計(jì)壓差任何時(shí)都不得超過(guò)4.375MPa，本臺(tái)換熱器當(dāng)殼程壓力升壓至4.375MPa時(shí)發(fā)現(xiàn)管束漏點(diǎn)共有31處，按常規(guī)做法，安裝堵頭后管板與堵頭焊接處理，但是考慮到焊后冷卻時(shí)引起其他管束與管板間的收縮變形，為了減少其他管束泄漏風(fēng)險(xiǎn)，本次堵漏是先打進(jìn)堵頭，用直徑φ4mm鋼絲把就近幾個(gè)堵頭都連在一起，并且做了頂壓措施把堵頭頂住，以防止升壓過(guò)程中堵頭竄出來(lái)傷人事故，此方法不僅保證了檢修質(zhì)量，且有效的保證了檢修施工安全。

(19)殼程水壓試驗(yàn)合格后，回裝管程分程隔板。

(20)回裝頂壓螺栓和卡環(huán)。裝好卡環(huán)和頂壓螺栓，用扭矩扳手把頂壓螺栓擰緊(螺孔和螺栓上涂抹高溫抗咬合劑)。注意要對(duì)稱擰緊，加大頂壓螺栓預(yù)緊力能使墊片產(chǎn)生較大密封比壓，從而保證良好的密封狀態(tài)，但如果預(yù)緊力過(guò)大，造成墊片產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形，則會(huì)使墊片失去密封效果，因此如何把握螺栓預(yù)緊力的數(shù)值是檢修的關(guān)鍵，應(yīng)以設(shè)計(jì)值參考，實(shí)際因各部件接觸面不平，可以按設(shè)計(jì)值的1.1倍擰緊，回裝后檢查頂壓螺栓在壓環(huán)里的高度與原始檢測(cè)數(shù)據(jù)符合一致。

（文章題目：螺紋鎖緊環(huán)換熱器的結(jié)構(gòu)分析及檢修步驟）

(21)管、殼程整體水壓試驗(yàn)。本臺(tái)換熱器按設(shè)計(jì)要求，在任意瞬間管、殼程壓差始終不超過(guò)4.375MPa，升壓時(shí)應(yīng)嚴(yán)格確保管、殼程同時(shí)升壓。管程壓力升至13.8MPa，殼程壓力升壓至15.0MPa，穩(wěn)壓1小時(shí)，進(jìn)行全面檢查，在泄壓時(shí)也要嚴(yán)格控制壓差。放凈管、殼程試壓介質(zhì)后，用壓縮空氣吹掃干凈。

(22)回裝壓環(huán)和支撐環(huán)，檢查確認(rèn)是否與拆卸前原始記錄數(shù)據(jù)一致?；匮b支撐環(huán)時(shí)注意前后方向，凸臺(tái)面要朝外。

(23)回裝外密封墊時(shí)首先密封面做到100%PT檢測(cè)，不得有任何損傷或裂紋，以保證高溫高壓下密封效果。安裝過(guò)程中在墊片槽中涂上合適的潤(rùn)滑脂，將墊片小心裝入槽內(nèi)粘附。

(24)回裝密封盤，按設(shè)備圖紙要放置在規(guī)定槽內(nèi)。

(25)回裝壓蓋和螺紋承壓環(huán)。步驟：①筒體螺紋、壓緊螺栓的螺紋清理干凈、涂上適量的高溫防咬合劑；②內(nèi)、外壓桿與內(nèi)、外壓緊螺栓一一對(duì)應(yīng)安裝；③起吊前使用拉桿將內(nèi)、外壓圈固定好；④螺紋承壓環(huán)和壓蓋整體組件一起吊起，調(diào)整其水平度，小心靠近筒體；⑤轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋承壓環(huán)和壓蓋整體組件，直到筒體螺紋導(dǎo)向入口和螺紋承壓環(huán)相嚙吻合，緩慢旋入至筒體內(nèi)，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不能有嚴(yán)重的卡滯，防止損壞螺紋?；匮b后的螺紋承壓環(huán)的相對(duì)轉(zhuǎn)角位置和筒體端面間距確保與拆卸前檢測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)一致。

(26)松開(kāi)內(nèi)、外壓圈拉桿，使內(nèi)、外壓圈不受拉桿的拉力。

(27)擰緊外壓緊螺栓。按上、下、左、右分步對(duì)稱擰緊，并且最好分三次擰緊，第一次為50%標(biāo)準(zhǔn)力矩，第二次為80%，第三次為100%，最后以100%標(biāo)準(zhǔn)扭矩均勻復(fù)擰兩次，以確保管程墊片受力均勻。

(28)內(nèi)壓緊螺栓一般是不上緊的，采取的做法是將內(nèi)圈壓緊螺栓先頂緊壓環(huán)后，再倒退半扣。若在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有內(nèi)漏現(xiàn)象時(shí)，可適當(dāng)提高內(nèi)壓緊螺栓力矩，上緊力比頂壓螺栓大10%、20%…的比例遞增，直到消除內(nèi)漏為止。

(29)回裝管、殼程出入口管線法蘭連接。

(30)檢修結(jié)束后設(shè)備保溫恢復(fù)，清理檢修區(qū)域場(chǎng)地。

4 結(jié)語(yǔ)

螺紋鎖緊環(huán)換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)件多、裝配精度要求高，在檢修時(shí)一定要制定正確、合理、具體的檢修方案，嚴(yán)格保證安裝精度。若安裝數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值或拆卸時(shí)保留數(shù)據(jù)不一致時(shí)，及時(shí)修正后重新安裝，保證零部件的各項(xiàng)指標(biāo)和間隙合格，就一定能順利完成檢修總裝工作。

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