螺紋鎖緊環換熱器的結構分析及檢修步驟

南哲

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

螺紋鎖緊環換熱器的結構分析及檢修步驟

南哲

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

螺紋鎖緊環換熱器大檢修的成功，理論上推導的各零部件結構分析，在實際檢修中加以驗證，本次檢修突破了諸多技術難關，提出的可靠的解決方法。詳細闡述了本次檢修步驟，對行業內同類檢修的處理，具有一定的借鑒意義。

螺紋鎖緊環換熱器;結構分析;檢修步驟

1 前言

螺紋鎖緊環換熱器的管箱、殼體是渾然一體，由于它的獨特結構，具有結構緊湊、耐高溫、耐高壓、提高換熱面積且運行過程中出現泄漏，可在不停車的情況下緊固壓緊螺栓即可達到密封的效果的優點，是加氫裝置核心設備之一，但其結構比較復雜、內構件多、密封特殊、裝配復雜、檢修技術難度比較大。本文通過研究螺紋鎖緊環換熱器的結構特點，針對性的編制了科學合理的檢修方案，詳細闡述了具體檢修步驟及技術要點。

2 螺紋鎖緊環換熱器的結構特點及主要技術參數

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

螺紋鎖緊環換熱器在設備運行過程中，檢測到設備發生管、殼程介質互串，即可通過適當擰緊內圈壓緊螺栓增加對內密封墊片的壓力，從而消除內部泄露。當設備發生外漏(管程介質泄露)，即可通過擰緊外圈壓緊螺栓壓緊外密封墊片來消除泄露，這樣在設備不停工，無需拆卸更換墊片即可通過有效的手段將之排除，不影響裝置正常生產。

螺紋鎖緊環換熱器的設備總示意圖見圖1，密封結構示意圖見圖2，有關主要技術參數如表1所示。

圖1 螺紋鎖緊環換熱器總示意圖

圖2 螺紋鎖緊環換熱器密封結構示意圖

表1 螺紋鎖緊環換熱器的主要技術參數

3 螺紋鎖緊環換熱器的檢修步驟

(1)制訂一個詳細、具體、合理的檢修方案，認真進行技術交底，使每一個參修人員都熟知設備結構特點、檢修方法和注意事項。將液壓扳手、倒鏈、吊車、抽芯工裝、試壓工裝等專用工器具現場就位。

(2)拆卸管、殼程出、入口法蘭保溫，換熱器兩側搭設雙排腳手架。

(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，做好角度值方向標記，最上一點設定為0°，順時針方向每隔45°為一點標記定位角度值，并在每個測點用深度游標卡尺測量螺紋承壓環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據一致。

(5) 拆卸螺紋承壓環的內、外壓緊螺栓。拆卸前所有壓緊螺栓上和對應螺孔邊上做好記號，外壓緊螺栓和螺孔的編號從A1開始，順時針排列，起點在上；內壓緊螺栓的編號從B1開始順時針排列，起點也在上。

拆卸后的螺栓進行煤油清洗，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)通過管程筒體上部的注油孔注入潤滑油，以便潤滑油滲進螺紋承壓環的螺紋部分，減少旋動摩擦力。

(7)拆卸螺紋承壓環。螺紋承壓環采用嚙合度高，抗剪抗彎能力強的短齒梯形螺紋結構，這種結構設計可以承受較大的管程和殼程的綜合載荷。

拆卸時用吊車吊起螺紋鎖緊環專業拆卸工裝，檢查確認專業拆卸工裝整體配重穩固情況和專用升降臺與換熱器殼體的對中情況。在拆卸螺紋承壓環時，應多次往復松緊，注油孔及時補油，待螺紋面充分形成油膜后開始整圈轉動松開，螺紋承壓環和壓蓋為組合件可以整體拆卸。

螺紋承壓環的螺紋清理干凈，保證表面不得有油脂、鐵銹、氧化皮或其他粘附物質，而后進行100%磁粉檢測，須滿足I級合格。

(8)拆卸密封盤使用頭部帶螺紋的專業桿，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真檢查密封面是否有損傷，并用棉布包裹存放。

密封盤的結構特點：①中心厚度是邊緣密封厚度的三倍，中心側較厚，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，當管箱內壓發生波動或熱膨脹的時候能夠產生微量變形而不影響密封。②密封盤邊緣是凸臺設計，使外壓緊螺栓預緊力能集中作用到凸臺窄面上，達到最大預緊力作用，并凸臺兩側的平面與外密封墊也可以做一道密封，通過這兩道密封的特殊結構設計，實現了管程對外零泄露的密封效果。

外密封墊片材質為OOCr12的鋼墊，其優點是耐腐蝕，用于高溫高壓場合，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，鏡面密封效果對密封面不平度能有效的補償，達到最佳密封效果。外密封墊的結構是梯形結構設計，目的是密封盤傳遞過來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接觸面上，達到兩道密封效果，保證密封效果更加可靠。

密封盤和外密封墊的這種特殊結構設計，充分體現了以最小的載荷力做到最大的壓緊密封作用。

(9)拆卸支撐環和壓環。支撐環是套在壓環上，是組合件結構。支撐環為網狀結構設計，能降低造價成本、拆裝方便。主要作用是：①對密封盤做固定、支撐作用；②密封盤受到的螺紋承壓環的壓緊力通過支撐環傳遞到壓環→卡環→管程內套筒→鐵包墊→固定管板→纏繞墊→殼程筒體上，最終達到管、殼程間密封。

壓環的結構特點是有一道環槽，環槽的作用是保護頂壓螺栓。壓環可將支撐環受到預緊載荷力傳遞到卡環→管程內套筒→鐵包墊→固定管板→纏繞墊→殼程筒體，達到管、殼程密封作用。拆卸壓環時必須測量好壓環到外密封墊圈的凈高度數據，標記好測量點位置，避免回裝時影響密封盤安裝尺寸，壓環到外密封墊圈之間間隙過大，影響密封效果。

(10)拆卸頂壓螺栓和卡環。首先卡環和隔板箱上做好相對角度位置標記，測量卡環到隔板箱斷面的距離，并對每個卡環和頂壓螺栓都做好順序標記。在拆卸過程中，扭矩扳手松開頂壓螺栓時，記錄各個頂壓螺栓殘余力矩。

頂壓螺栓有數量多、直徑小的特點，拆裝方便，能節省換熱器本體空間和材料，并且能均勻的承擔殼程介質傳遞過來的內應力。頂壓螺栓的預緊力作用到卡環→管程內套筒→鐵包墊→固定管板→波齒符合纏繞墊→最終到殼程筒體，是管、殼程間密封的關鍵。

卡環限位在管箱凹槽內的，是多瓣坡口式設計，這樣的特殊設計雖然增加制造方面的難度，但它增強了實際檢修的可靠性和安全性。卡環的作用是使頂壓螺栓的預緊力能平均分布到管程內套筒上，增強密封可靠性，并在水壓試驗過程中，還可以起到試壓環的作用。

(11)拆卸分層隔板，用專業工裝取出。

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

管程內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，其密封材質不與工藝介質直接接觸，避免了石棉纖維強度下降，克服了滲漏現象，并且鐵包墊的較大厚度設計，可作為徑向、軸向密封作用和減震作用。

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

管束抽出后對殼體的內部進行清理，內部不應有油漬、浮銹等雜物。

波齒復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合而成，具有很好的壓縮回彈特性，特別是環形波齒具有多道密封很好的彌補法蘭表面的粗糙度和宏觀不平度，具有密封性能優異的特點。

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

(15)檢查確認新波齒復合墊片，使用潤滑脂把墊片粘附到管板密封面上。

(16)回裝管束時先管程內套筒套和管板一起組合后回裝，目的是通過管程內套筒可以調整管束水平方位，待管束水平方位對準之后拆下管程內套筒，安裝盤根后再次回裝管程內套筒。

(17)回裝卡環和頂壓螺栓。卡環裝進槽溝內時，確保相對轉角位置與拆卸前原始標記一致。

頂壓螺栓壓緊力嚴格按照設計圖紙數據擰緊，壓緊力不夠或者不均勻導致密封效果差，發生泄露。當壓緊力過大時，墊片的變形過大和回彈性變小，遇到溫度和壓力載荷有大浮動變動的情況，墊片不能及時的給予補償，也將發生內漏的現象。擰緊頂壓螺栓時要上、下、左、右對稱均勻上緊，并且最好分三次擰緊，第1次為50%標準力矩，第2次為80%，第3次為100%。最后再用100%標準扭矩均勻復擰兩遍，以確保殼程墊片受力均勻。

(18)殼程水壓試驗。螺紋鎖緊環換熱器是壓差式設計結構，本次檢修換熱器設備圖紙要求，水壓試驗設計壓差任何時都不得超過4.375MPa，本臺換熱器當殼程壓力升壓至4.375MPa時發現管束漏點共有31處，按常規做法，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險，本次堵漏是先打進堵頭，用直徑φ4mm鋼絲把就近幾個堵頭都連在一起，并且做了頂壓措施把堵頭頂住，以防止升壓過程中堵頭竄出來傷人事故，此方法不僅保證了檢修質量，且有效的保證了檢修施工安全。

(19)殼程水壓試驗合格后，回裝管程分程隔板。

(20)回裝頂壓螺栓和卡環。裝好卡環和頂壓螺栓，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)。注意要對稱擰緊，加大頂壓螺栓預緊力能使墊片產生較大密封比壓，從而保證良好的密封狀態，但如果預緊力過大，造成墊片產生過大的塑性變形，則會使墊片失去密封效果，因此如何把握螺栓預緊力的數值是檢修的關鍵，應以設計值參考，實際因各部件接觸面不平，可以按設計值的1.1倍擰緊，回裝后檢查頂壓螺栓在壓環里的高度與原始檢測數據符合一致。

（文章題目：螺紋鎖緊環換熱器的結構分析及檢修步驟）

(21)管、殼程整體水壓試驗。本臺換熱器按設計要求，在任意瞬間管、殼程壓差始終不超過4.375MPa，升壓時應嚴格確保管、殼程同時升壓。管程壓力升至13.8MPa，殼程壓力升壓至15.0MPa，穩壓1小時，進行全面檢查，在泄壓時也要嚴格控制壓差。放凈管、殼程試壓介質后，用壓縮空氣吹掃干凈。

(22)回裝壓環和支撐環，檢查確認是否與拆卸前原始記錄數據一致。回裝支撐環時注意前后方向，凸臺面要朝外。

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

(24)回裝密封盤，按設備圖紙要放置在規定槽內。

(25)回裝壓蓋和螺紋承壓環。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、外壓桿與內、外壓緊螺栓一一對應安裝；③起吊前使用拉桿將內、外壓圈固定好；④螺紋承壓環和壓蓋整體組件一起吊起，調整其水平度，小心靠近筒體；⑤轉動螺紋承壓環和壓蓋整體組件，直到筒體螺紋導向入口和螺紋承壓環相嚙吻合，緩慢旋入至筒體內，旋轉過程中不能有嚴重的卡滯，防止損壞螺紋。回裝后的螺紋承壓環的相對轉角位置和筒體端面間距確保與拆卸前檢測數據恢復一致。

(26)松開內、外壓圈拉桿，使內、外壓圈不受拉桿的拉力。

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

(28)內壓緊螺栓一般是不上緊的，采取的做法是將內圈壓緊螺栓先頂緊壓環后，再倒退半扣。若在運行過程中發現有內漏現象時，可適當提高內壓緊螺栓力矩，上緊力比頂壓螺栓大10%、20%…的比例遞增，直到消除內漏為止。

(29)回裝管、殼程出入口管線法蘭連接。

(30)檢修結束后設備保溫恢復，清理檢修區域場地。

4 結語

螺紋鎖緊環換熱器結構復雜、內件多、裝配精度要求高，在檢修時一定要制定正確、合理、具體的檢修方案，嚴格保證安裝精度。若安裝數據與設計值或拆卸時保留數據不一致時，及時修正后重新安裝，保證零部件的各項指標和間隙合格，就一定能順利完成檢修總裝工作。

[1]趙萍.螺紋鎖緊環換熱器結構特點及受力分析[J].煉油設計.2012.32(10):21-24.

[2]陳建玉.高壓螺紋鎖緊環換熱器檢修中常見故障分析及對策[J].化工機械.2005.32(4):253-256.

[3]楊樹人.日產加氫裂化裝置高壓換熱器部分結構改進[J].金陵石油化工.1997(1):44-49.

[4]偶國富,等.首臺國產化螺紋鎖緊環換熱器的結構缺陷及改造思路[J].壓力容器.2001.l8(6):33-35.