單管程換熱器管束超長解決方案

李 聰，趙永興，劉寶民

（中國石油大港石化公司，天津 300280）

0 引言

大港石化公司17 000 Nm3/h 低分氣+重整氫PSA 氫提純裝置于2017 年5 月開展檢修，其中解析氣壓縮機級間冷卻器DR-113 型號為BEW273-0.78/0.6-9.38-2.5/19-II，投用日期為2012 年8 月。管程設(shè)計壓力0.78 MPa，殼程設(shè)計壓力0.6 MPa。因其介質(zhì)循環(huán)水腐蝕性較強，拆檢后發(fā)現(xiàn)管束腐蝕嚴(yán)重，遂決定更換新管束。原管束長度為2488 mm（含管箱），新訂做管束由于測量及加工誤差，長度達到2500 mm（含管箱）。由于單管程換熱器的特殊結(jié)構(gòu)，長度誤差導(dǎo)致管束與殼體無法實現(xiàn)密封，遂對解決方案進行探究與嘗試。

1 單管程換熱器原始設(shè)計

1.1 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

解析氣壓縮機級間冷卻器屬于單管程換熱器（圖1）。單管程換熱器右側(cè)管束末端密封主要由殼體側(cè)聚四氟乙烯墊、殼體側(cè)O 形橡膠圈、金屬壓環(huán)、封頭側(cè)O 形橡膠圈和封頭側(cè)聚四氟乙烯墊5 部分構(gòu)成（圖2）。

圖1 單管程換熱器

圖2 右側(cè)封頭

1.2 尾端密封原理

各部件中O 形橡膠圈起密封作用，聚四氟乙烯墊用來定位并限制O形圈向外擴展，在螺栓預(yù)緊力作用下擠壓O 形圈，由于O 形圈處于導(dǎo)角位置結(jié)構(gòu)，使其能向徑向和軸向2 個方向擠壓移動。O 形圈角密封的作用主要有2個：①貼合在壓環(huán)與兩側(cè)大法蘭端面角部，即徑向密封，密封兩側(cè)介質(zhì)防止外漏；②貼合在壓環(huán)與管束管板結(jié)合面角部，即軸向密封，防止管殼程介質(zhì)從管束管板與壓環(huán)之間縫隙內(nèi)互串。同時壓環(huán)上設(shè)計3 個檢漏孔，以檢測兩側(cè)O 形圈泄漏情況，任何一側(cè)徑向泄漏，會有介質(zhì)出現(xiàn)外漏，而軸向泄漏屬于內(nèi)漏互串，會有介質(zhì)從檢漏孔流出。

2 超長管束使用問題

原設(shè)計管束長2488 mm，而新管束長度達到2500 mm，使得換熱器右側(cè)尾部管板伸出了殼體大法蘭，壓環(huán)左側(cè)O 形圈無法套在壓環(huán)上，直接落入管束空隙，左側(cè)O 形圈無法密封，殼體介質(zhì)直接從檢漏孔流出（圖3）。不過，由于聚四氟乙烯墊也能起密封作用，所以未出現(xiàn)外漏。但是，由于左側(cè)O 形密封圈已失去作用，軸向2 道密封只有右側(cè)O 形密封圈在起作用。

圖3 O 形圈實效示意

3 管束超長解決方案

3.1 解決思路

經(jīng)過測量與試壓拆檢，分析出檢漏孔泄漏主要原因是左側(cè)O 形橡膠圈失去作用，而根本原因為管束超出設(shè)計長度。鑒于生產(chǎn)壓力，時間緊迫，重新訂制新管束的方案不可行，所以采用在現(xiàn)有管束基礎(chǔ)上進行改進的方案來解決問題。

因為管束超長，最佳改進方案為將殼體也延長，使殼體法蘭與管束管板相對位置恢復(fù)為設(shè)計值。

3.2 改進具體措施

在原有壓環(huán)左側(cè)新增一隔距環(huán)，內(nèi)徑與殼體法蘭一致，厚度為10 mm，與殼體法蘭間使用聚四氟乙烯墊密封，密封墊厚度為2 mm，同時隔距環(huán)右端內(nèi)側(cè)也進行導(dǎo)角加工，其尺寸參數(shù)與原殼體法蘭一致（圖4）。經(jīng)此處理，相當(dāng)于將殼體法蘭加厚12 mm，與管束尾部管板相對位置恢復(fù)至原設(shè)計值。

4 改進效果

改進完成后，進行水壓試驗，管程打壓0.897 MPa，保壓30 min 無外漏，檢漏孔無液體滲出；殼程打壓0.69 MPa，保壓30 min 無外漏，檢漏孔無液體滲出。

改進后投用，管程工作壓力0.65 MPa，殼程工作壓力0.45 MPa，觀察2 個月的時間，未出現(xiàn)內(nèi)漏及外漏，表明改進效果良好。

5 小結(jié)

因各種導(dǎo)致單管程換熱器管束制作長度超過設(shè)計值較多，且短時間內(nèi)無法重新制作，可采用延長殼體的措施進行調(diào)整。該方案從理論和實際角度均驗證是可行的。