板式換熱器結(jié)構(gòu)原理與檢修方法

潘其文，賈赟強(qiáng)，杜興云

（中國(guó)石油蘭州石化公司檢維修中心，甘肅蘭州 730060）

0 引言

隨著石油化工裝置生產(chǎn)能力的不斷擴(kuò)大，設(shè)備單機(jī)處理能力也越來(lái)越大，近年來(lái)新建投產(chǎn)的液氨循環(huán)冷卻器的大型化，對(duì)檢修的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、專(zhuān)業(yè)化提出了更高的要求。手動(dòng)定力矩緊固螺栓的方法，已經(jīng)不能滿(mǎn)足設(shè)備檢修的技術(shù)要求，螺栓在對(duì)角緊固過(guò)程中不能同時(shí)受力，造成每個(gè)螺栓緊固力矩不均、存在墊片把偏的現(xiàn)象，容易導(dǎo)致板片間距不均勻出現(xiàn)泄漏。

1 板式換熱器結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

EA-210 板式換熱器是由72 組長(zhǎng)方形的沖壓有波紋的金屬傳熱薄板相疊加構(gòu)成，每組板片由兩塊波紋同向的單板片焊接而成，兩端分別有頭板和尾板，并用夾緊板將板片重疊夾緊組裝于框架中，板片四周屬于敞開(kāi)式，相鄰兩組板片四周邊通過(guò)專(zhuān)用橡膠墊片密封，板片的4 個(gè)角開(kāi)有圓孔，墊片的同側(cè)兩角為全角圓孔或半圓孔，板片與墊片疊加組裝后構(gòu)成了熱流體的通道，在每組板片中間經(jīng)冷流體通過(guò)，合理地將冷熱流體分開(kāi)，使其分別在每塊單板片兩側(cè)的流道中流動(dòng)，從而通過(guò)板片進(jìn)行熱交換。

板式換熱器的結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，板片薄，質(zhì)量輕，傳熱效率高；密封點(diǎn)多，易外漏，承受高溫高壓的能力差；換熱器板間間距小，流體通道小，對(duì)工藝流體的清潔度要求較高（圖1）。由于流體為易氣化擴(kuò)散、易中毒傷亡、易燃燒爆炸、易污染環(huán)境的液態(tài)氨，一旦外漏與空氣混合將形成爆炸性混合物，給人身及環(huán)境安全將帶來(lái)重大影響，所以對(duì)板式換熱器的檢修安裝要求特別高、特別嚴(yán)格。

圖1 板式換熱器結(jié)構(gòu)

2 檢修

2.1 試壓檢查

由于板式換熱器使用橡膠密封墊密封，其設(shè)計(jì)要求檢修周期一般為2 年。2019 年5 月在裝置停車(chē)檢修期間，對(duì)已經(jīng)使用近20 個(gè)月的A、C 兩臺(tái)板式換熱器（外形尺寸：高2100 mm×寬1500 mm×厚895 mm，操作壓力為0.8 MPa，橡膠密封墊材料為NBR 即丁腈橡膠）進(jìn)行換墊檢修。檢修之前對(duì)換熱器整體進(jìn)行試壓檢查：冷流體側(cè)焊縫無(wú)滲漏點(diǎn)，但熱流體液氨側(cè)均出現(xiàn)不同程度的外滲漏現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)有氨味，用肥皂水檢測(cè)呈細(xì)沫狀。

2.2 檢修方法

2.2.1 設(shè)備解體

試壓查漏中，將外漏部位的板片做上標(biāo)記，作為板片檢查重點(diǎn)區(qū)域，然后按對(duì)角線(xiàn)的方向松開(kāi)夾緊螺桿螺母，在拆卸中使活動(dòng)夾緊板基本保持平行。當(dāng)活動(dòng)夾緊板與全部板片松開(kāi)至自由狀態(tài)時(shí)，取下全部20 套夾緊螺桿和螺栓推力軸承墊。此時(shí)，將活動(dòng)夾緊板向后立柱側(cè)移動(dòng)，并緊靠后立柱，將板片從尾板開(kāi)始由外向內(nèi)逐一拆下。拆卸過(guò)程中應(yīng)注意：①勿強(qiáng)拉硬拽，防止板片變形；②拆下的零部件應(yīng)規(guī)范放置，下鋪上蓋，避免撞擊、劃傷板片、丟失螺栓推力軸承墊等；③板片平放整齊，尾板在下、頭板在上，兩側(cè)不可放反，上下不可顛倒。

2.2.2 板片清理

先小心去除板片上的舊密封墊，使密封槽的表面保持光滑，然后對(duì)板片逐塊進(jìn)行清洗。為了防止高壓水沖擊使板片變形，應(yīng)將板片平放于檢修臺(tái)面上，用高壓水槍沖刷板片表面雜質(zhì)和密封槽中殘留粘接劑，只可用軟布擦拭的方式清理，禁用金屬絲刷、鋸條或其他尖銳的東西鏟刮，防止劃傷板片、加速板片腐蝕。板片清理后整體疊放順序，與清洗前正好相反。

2.2.3 板片的缺陷檢查與墊片安裝

清理后的板片用空氣吹干并逐一進(jìn)行認(rèn)真檢查，把無(wú)缺陷的板片按順序地逐塊安裝密封墊片。從尾板開(kāi)始進(jìn)行墊片粘貼，將板片的密封槽擦拭干凈，用不掉毛的小毛刷子均勻地涂上專(zhuān)用粘接劑，然后粘上墊片，同時(shí)將墊片上的防脫爪卡鎖在板片對(duì)應(yīng)孔上。粘好墊片后的板片應(yīng)保持清潔，防止污物粘在墊片密封面，然后平放于干凈、平實(shí)的平臺(tái)上，將粘好密封墊片的板片逐塊整齊地墊片朝下疊放在一起。注意，由于頭板與固定夾緊板之間不流經(jīng)介質(zhì)，因此頭板只在4 個(gè)圓孔處粘貼全角密封墊片，以保證冷熱流體不通過(guò)固定夾緊板與頭板間之間隙，而且最后一塊換熱板片即尾板為盲板、無(wú)通孔。當(dāng)全部板片都粘貼好墊片疊放完成后，在上部鋪上清潔膠皮，并在密封槽四周壓上一定重量的物體，將板片靜置到規(guī)定的時(shí)間。

2.2.4 板片組裝

（1）在設(shè)備整體全部清洗干凈后，安裝板片的時(shí)候根據(jù)組裝順序和上下方向，把所有換熱板墊片側(cè)朝向固定夾緊板，依次整齊地疊靠在一起，再把活動(dòng)夾緊板手動(dòng)推靠至尾板上，并保持活動(dòng)夾緊板的平衡。

（2）安裝夾緊螺桿，裝好螺栓推力軸承墊和螺母，測(cè)量調(diào)整寬度及其平行度控制在650±5 mm，然后在無(wú)壓狀態(tài)下按照設(shè)備制造廠(chǎng)提供的518～533 mm 夾緊尺寸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行夾緊設(shè)備，尺寸應(yīng)均勻一致，兩夾緊板間的平行度應(yīng)小于2 mm。

（3）用板式換熱器拆裝螺母的專(zhuān)用設(shè)備，對(duì)EA-210 板式換熱器進(jìn)行定力矩緊固，根據(jù)設(shè)備螺桿規(guī)格進(jìn)行擰緊力矩的計(jì)算。擰緊螺栓時(shí)的擰緊力矩M：

式中 Q0——預(yù)緊力，N

Kt——擰緊力系數(shù)

d——螺栓的公稱(chēng)直徑，mm

系數(shù)Kt與螺紋表面及法蘭的光潔度、潤(rùn)滑狀況、擰緊速度、所用擰緊工具以及反復(fù)擰緊時(shí)的溫度變化等有關(guān)，通常在0.1～0.3。取Kt=0.2。

式中 AS——螺栓在螺紋處的有效橫截面積，查表AS=976 mm2

σ0——σ0=σt，σt為螺栓材料的20 ℃許用應(yīng)力

螺栓M39×4，8.8 級(jí)。M=Kt×σt×AS×d×10-3=0.20×219×976×39×10-3=1667 N·m。

通常取計(jì)算值的80%作為實(shí)際應(yīng)用的擰緊力矩值，即1667×80%=1334 N·m。根據(jù)力矩值與板式換熱器拆裝螺母的專(zhuān)用設(shè)備油泵對(duì)應(yīng)壓力值，螺栓緊固力矩值為40 MPa。同時(shí)將夾緊螺桿編號(hào)，按順序安裝4 個(gè)頭螺栓拉伸器（圖2），分別以緊固力矩的50%即20 MPa 進(jìn)行，然后用75%（即30 MPa）、100%（即40 MPa）分別緊固，每次緊固后都必須測(cè)量夾緊板之間尺寸變化，嚴(yán)格控制在518～533 mm，最后再用40 MPa 順序循環(huán)緊固一圈。兩臺(tái)換熱器的夾緊寬度最終分別為L(zhǎng)A=528 mm，LC=526 mm，且兩夾緊板平行度偏差均小于2 mm。

圖2 定力矩液壓扳手緊固

根據(jù)橡膠密封墊的壓縮率15%～25%進(jìn)行校核，墊片厚度7.5 mm、72 片；板片厚度0.75 mm、144 片，加上頭尾兩塊共計(jì)146 塊，總疊加寬度為650 mm，即A 臺(tái)（650-528）/540×100%=22.8%、C 臺(tái)（650-526）/540×100%=23%，均符合橡膠密封墊壓縮率要求。

3 設(shè)備試壓

檢修過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行板式換熱器檢修規(guī)程及設(shè)備試壓方案，用專(zhuān)用試壓胎具進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，在氨側(cè)加裝壓力表，氣密性試驗(yàn)過(guò)程中首先加壓到1.0 MPa、保壓5 min，檢測(cè)確認(rèn)無(wú)泄漏；再繼續(xù)緩慢升壓至1.8 MPa（最高工作壓力的1.1 倍）。現(xiàn)場(chǎng)檢查無(wú)異常現(xiàn)象，保壓30 min 后，檢查無(wú)滲漏，定壓合格（表1、圖3）。

表1 兩臺(tái)板式換熱器的試壓數(shù)據(jù)

圖3 氣密性試驗(yàn)定壓

4 結(jié)束語(yǔ)

為保證板式換熱器運(yùn)行的正常、長(zhǎng)周期，保證裝置及企業(yè)生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性以及員工的身體健康和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，科學(xué)的檢修方法和專(zhuān)業(yè)化的檢修裝備是提高檢修質(zhì)量和設(shè)備可靠性的關(guān)鍵。通過(guò)實(shí)際檢修操作驗(yàn)證了該板換設(shè)備的檢修方法的可靠性，為同類(lèi)設(shè)備的檢修提供技術(shù)支持。