....-.資料....z.螺紋鎖緊環換熱器摘要本文結合檢修過程，簡要闡述了高壓螺紋鎖緊環換熱器的拆裝程序，著重分析了檢修中存在的幾個主要問題及可采取的相應措施；并計算了如何確定管、殼程墊片螺栓預緊力。關鍵詞高壓螺紋鎖緊環換熱器構造特點問題對策1概述在煉油廠使用的換熱器構造形式較多，但最常用的是普通大法蘭聯接型式的換熱器。該換熱器具有構造簡單、拆卸方便、易于密封等優點。但隨著裝置的大型化，所需換熱器的尺寸也越來越大，尤其是在加氫裂化、加氫脫硫等裝置上用于高溫高壓并含有氫和硫化氫介質場合的換熱器，首先要解決在如此苛刻條件下的密封問題。為了解決密封問題，這種形式的換熱器管、殼程法蘭將變得很厚，其緊固螺栓也隨之明顯增大，這不僅給緊固、拆卸帶來了很大的困難，既不便于維修，又難以保證不漏，并且大大增加了金屬材料的耗量。所以，具有密封可靠、構造緊湊、維護簡單而且又能及時解決運行中出現的泄漏問題的螺紋鎖緊環式換熱器應運而生，并廣泛地應用在加氫裂化和加氫脫硫等裝置中。2螺紋鎖緊環換熱器的構造特點螺紋鎖緊環換熱器的密封構造最早是由美國Chevron公司和日本千代田公司共同開發研究成功的，我國已有十幾套加氫裝置使用這種換熱器。此換熱器的管束多采用U形管式，它的獨到構造在于管箱局部。該換熱器可分為兩類：即H-H型和H-L型，H-H型適用于管殼程均為高壓的場合；H-L型適用于殼程為低壓而管程為高壓的場合［1］。本文重點介紹H-H型螺紋鎖緊環換熱器，它的根本構造如圖1所示。圖1H-H型螺紋鎖緊環換熱器根本構造圖管箱中：1、管板；2、殼程墊片；3、隔板箱；4、填料；5、填料壓蓋；6、法蘭；7、三合環；8、法蘭螺栓；9、管程墊片；10、墊片壓板；11、外壓環；12、外圈壓緊螺栓；13、外圈頂梢；14、螺紋鎖緊環；15、管箱蓋板；16、圈壓緊螺栓；17、壓環；18、支撐圈；19、套筒。3螺紋鎖緊環換熱器的檢修程序3.1撤除程序及考前須知(1)做好準備工作。如：放好專用升降臺、拆去阻礙檢修的物件或視情況進展中和清洗等等。(2)在殼體和頭蓋組件上作好測量標記，并用深度游標卡尺測量螺紋鎖緊環端面到管箱蓋板端面的距離及螺紋鎖緊環端面到殼體端面的距離，并認真記錄。(3)拆卸頭蓋組件上的螺栓。(4)將蓋夾具固定在頭蓋組件上，并檢查是否穩固；再把平衡重裝在相應位置上。(5)拆卸螺紋鎖緊環等頭蓋組件。注意：在松開過程中，假設發現緊力變大應及時檢查，并調節專用升降臺和換熱器殼體的對中性。(6)小心拆下、外壓環。(7)拆下墊片壓板。注意：不要碰撞殼體螺紋。(8)裝上專用螺紋保護罩，取出管程密封墊片，并認真檢查密封面。(9)拆下套筒和支撐圈。(10)在法蘭組件和隔板箱端面上作好標記后，測量三合環到隔板箱端面的距離的測量點，并認真記錄。(11)用扭矩板手拆下法蘭螺栓，并記錄各個螺栓的剩余力矩。(12)拆下三合環、法蘭。注意：在拆三合環時，應防止“三合環〞的一局部墜落受損傷人。(13)拆卸管箱上蓋板、填料部件。(14)拆出隔板箱。(15)抽出管束。抽芯時，應十分慎重小心，密切注意各部間隙，并始終保持管束處在水平位置。當管束在通過螺紋保護罩時，要注意是否受阻，并必須保證管束滑板末端將要越過墊片槽時，整個管束即被吊起。注意：管束和抽芯機起吊前，必須提前做好鋼絲繩的平安分析。(16)拆下殼程墊片，認真檢查密封面。(17)清洗。清洗部位應包括殼體外表，殼體管箱段外表，螺紋外表，墊片槽等各密封面，螺紋鎖緊環、管束、隔板箱等各件。(18)理化檢驗：①對殼體堆焊層，管板堆焊層，各接收等部位進展各種無損檢測；②對墊片槽、管板密封面、墊片壓板密封面等部位應認真進展檢查；③對螺紋鎖緊環外螺紋和殼體螺紋要認真檢查。3.2安裝程序螺紋鎖緊環換熱器的安裝步驟根本上與其拆卸過程相反。4檢修中可能出現的主要問題和處理方法4.1、外壓緊螺栓擰不出或擰斷4.1.1原因分析(1)管箱件和管箱、殼體材質搭配不當。在高溫作用下，導致各件在軸向的變形量不一致，小的溫差使螺栓與結合面之間磨損、出現凹坑，大的溫差致使螺栓變形。(2)螺紋摩擦副絲扣較長，加上所配絲扣是細牙螺紋，只要*一處出現變形或錯位，或者在上緊不暢的情況下，假設此時加大扭矩，都會使絲扣出現亂扣現象。4.1.2處理方法(1)如果局部壓緊螺栓在擰松的情況下擰斷，這并不影響鎖緊環和頭蓋的拆卸，可在頭蓋拆下后用機加工處理。(2)如果在螺栓斷的時候螺栓還未擰松，只能在現場用槍鉆和磁座鉆把斷螺栓取出。但在施工時不能破壞螺栓孔，且在安裝前，所有螺孔都要重新攻絲。4.2法蘭螺栓擰不出或擰斷4.2.1原因分析(1)螺栓設計不合理。即螺栓頭部沒有頂柱，法蘭螺栓在各種軸向力的作用下，頭部容易墩粗或彎曲。(2)法蘭螺栓與法蘭、三合環材質搭配不好，在高溫作用下變形咬死。4.2.2處理方法由于螺栓是通過三合環上的螺栓孔再擰在法蘭上的，所以必須要把埋在三合環孔的螺栓頭處理掉?？筛鶕嶋H情況采取不同方法：(1)把三合環孔的斷螺栓用鉆機打掉，但由于部空間狹小，工作難度較大，故應根據現場實際情況采用適宜的作業方法及保護措施，并且要根據絲扣的損害情況，進展堆焊或重新攻絲。(2)用氣割或等離子切割破壞三合環，從緣把三合環割穿，再把螺栓割平，就可取出三合環和法蘭，但這需要更換三合環。(3)將所有法蘭螺栓頭部絲扣車小為縮徑光桿，防止螺栓頭部墩粗或彎曲。4.3鎖緊環螺紋擰不開或半路咬死4.3.1原因分析(1)局部外圈壓緊螺栓無法拆卸，致使螺紋鎖緊環不能自由旋出。(2)螺紋絲扣較長，如*一局部有雜物或出現變形，就會出現卡澀現象。(3)螺紋鎖緊環直徑大，偏重，專用拆卸工具現場操作較難，加上人為調節、測量誤差，致使螺紋鎖緊環與殼體在拆卸過程中不能一直保持較好的同心度和垂直度。4.3.2處理方法(1)可在管箱殼體外包上電加熱器加熱使殼體膨脹；或在專用松緊桿上用千斤頂助力。(2)當螺紋鎖緊環旋出和旋進過程中發現有意外卡滯現象時，要及時查找原因，調整同心。可進展幾次正反旋動，并加潤滑油，以消除毛刺；如果卡滯越來越嚴重，在適當提高螺紋鎖緊環外圈上的力還不能松動時，要重新進展殼件加熱并在允許圍適當增加加熱溫度，使殼體膨脹，再旋出；如果仍然不能旋出，可將鎖緊環外圈上的力增加到10～20噸，直至旋出。5管、殼程墊片螺栓預緊力確實定管、殼程墊片密封是整個螺紋鎖緊環換熱器檢修的關鍵。由于管、殼程墊片都采用“W〞根本形纏繞墊，在螺栓預緊力均勻地作用于墊片的前提下，加大螺栓預緊力，不僅能使墊片變形，而且能縮小墊片材料中的毛細管，操作時還能使墊片殘留較大的密封比壓，從而保證良好的密封狀態。但如果螺栓力過大，造成墊片產生過大的塑性變形，則會使纏繞墊失去密封效果。因此，如何把握管、殼程墊片螺栓預緊力的數值，是檢修的關鍵。筆者以如下計算作為實際預緊力參考值(以鎮海煉化加氫裂化裝置E303為例)。5.1殼程墊片預緊力數值的計算〔1〕法蘭螺栓預緊力的計算預緊時，螺栓載荷等于墊圈所需預緊力：W1=π×Dc×B×Y(1)操作時，螺栓載荷等于管板兩側由差壓引起的軸向力P1與墊片工作時的反力G〔數值上等于操作時墊片密封所需的預緊力〕之和：W2=P1+G＝π/4×Dc2×P＋2×π×Dc×B×m×P(2)式〔1〕、〔2〕中：Do——墊片實際外徑，mm，Do=968mm；N——墊片實際寬度，cm，N=1.9cm；Bo——墊片有效密封寬度，cm，Bo=N/2=0.95cm；B——墊片計算密封寬度，mm，B=〔0.6×Bo〕1/2=0.755cm=7.55mm；Dc——墊片壓緊作用的計算直徑，mm，Dc=Do–2×B=952.9mm；Y——墊片的密封比壓，MPa，Y=68.9MPa；m——墊片系數，m=3；P——操作差壓，MPa，P=4.5MPa；P1——管板兩側由差壓引起的軸向力，N，P1=π/4×Dc2×P=3145000N；G——墊片工作時的反力，N，G=2×π×Dc×B×m×P=598000N；則，預緊時的螺栓載荷：W1=π×Dc×B×Y=1526000N操作時的螺栓載荷：W2=P1+G=3743000N根據上述計算，W2＞W1，故取W2為螺栓的計算載荷。則，單個螺栓的預緊力：F=W2/N1〔3〕式〔3〕中：W2——操作時的螺栓載荷，N，W2=3743000N；N1——法蘭螺栓的數量，個，N1=44個；則，單個螺栓的預緊力：F=W2/N1=85100N在擰緊螺母時，需要克制螺紋副的螺紋力矩T1，由于螺栓頭部設計成球面，單頭螺栓六角頭與鎖緊環不接觸。所以，螺栓頭部的承壓面力矩T3、螺母的承壓面力矩T2和夾持力矩T4均可忽略不計，故擰緊力矩T等于螺紋力矩T1。在螺紋力矩的影響下，螺紋副間有圓周力FT的作用，螺栓受到預緊力F作用。T1=FT×d1/2=F×tg(ψ+ρν)×d1/2〔4〕式〔4〕中：ψ——螺紋中徑升角，度，ψ=arctg(np/π×d2)；ρν——當量摩擦角，度，ρν=arctgμ/cosα；d1——法蘭螺栓的中徑，mm，d1=32.89mm；n——螺紋頭數，n=1；p——螺距，mm，p=3.175mm；np——導程，mm，np=3.175mm；α——牙形角，度，α=550；μ——摩擦系數，μ=0.2；M1——擰緊力矩系數，取M1=tg(ψ+ρν)/2=0.1972；F——單個螺栓的預緊力，N，F=85100N；則，單個螺栓的擰緊力矩：T=T1=552Nm從上述計算可知，只要法蘭每一個壓緊螺栓的上緊力矩到達552Nm，便可保證殼程密封。但考慮到一些其它因素，在實際操作中為確保殼程的密封效果，最好同時做以下幾個方面的工作：①拆卸時，在三合環、法蘭和隔板箱上作上三者原始相對角度位置標記。②安裝時，法蘭螺栓上緊力矩取計算值的1.1倍左右即為610Nm。③安裝時，在隔板箱上作順時針方向且相隔45°的8個標記，認真測量三合環到隔板箱端面的距離，并在檢修記錄表上記錄。〔2〕圈壓緊螺栓上緊力的計算在檢修安裝中，圈壓緊螺栓一般是不上緊的，采取做法是將圈壓緊螺栓先頂緊壓環后，再退半扣。在運行過程中假設發現有漏現象時，則通過上緊圈壓緊螺栓，使壓緊力作用到殼程墊片上，從而到達密封效果。在操作時，一旦發現漏，此時圈壓緊螺栓壓力等于管、殼程壓產生的軸向力P1、P2與殼程墊片工作時的反力G〔數值上等于墊片操作時密封所需的總壓緊力〕三者之和：W3=P1+P2+G〔5〕式〔5〕中P1——管板兩側由差壓引起的軸向力，N，上已計算P1=3145000N；G——操作時墊片密封所需的預緊力，N，上已計算G=598000N；P——管程設計壓力，Mpa，P=16.91Mpa=16.91N/mm2；Do——壓環的外徑，mm，Do=889mm；Di——壓環的徑，mm，Di=811mm；S——壓環的面積，mm2，S=π/4×〔Do2-Di2〕=104091mm2；P2——管程壓產生的軸向力，N，P2=P×S＝1760179N；則，操作時螺栓的載荷：W3=P1+P2+G=5503179N則，單個螺栓的預緊力：F1=W3/N2〔6〕式〔6〕中：W3——操作時螺栓的載荷，N，W3=5503179N；N2——法蘭螺栓的數量，個，N2=44個；則，單個螺栓的預緊力：F1=W3/N2=125072N則，擰緊力矩：T2=FT’×d2/2=F1×tg(ψ+ρν)×d2/2=F1×M2×d2〔7〕式〔7〕中：F1——單個螺栓的預緊力，N，F1=125072N；M2——擰緊力矩系數，取M2=tg(ψ+ρν)/2=0.194；d2——圈壓緊螺栓的中徑，mm，d2=29.717mm；則，擰緊力矩：T=T2=F1×M2×d2=721Nm從上述計算可知：圈壓緊螺栓的上緊力肯定要大于殼程墊片在初始密封時由法蘭螺栓所加的預緊力，這是因為圈壓緊螺栓所提供的壓緊力在克制由壓產生的軸向力之后，剩余的壓緊力作用在殼程墊片上產生的比壓還要略大于由法蘭螺栓所施加的初始密封比壓值。在實際施工中：為了消除漏，一般是將圈壓緊螺栓的上緊力按比法蘭螺栓的預緊力大10%、20%……比例遞增，直到消除漏為止。但要注意：該壓緊力遞增的幅度不應過大，以免壓緊力過大將墊片壓至與槽一樣高。5.2管程墊片預緊力數值的計算計算過程根本同上5.1中的法蘭螺栓預緊力的計算過程，只不過有局部參數及在計算操作時螺栓載荷中的P1有所差異。在計算外圈壓緊螺栓的預緊力時，P4=π/4×〔Dc’2-Dr12〕×P3〔8〕式〔8〕中：Dc’——管程墊片壓緊作用的計算直徑，mm，Dc’=1072.4mm；Dr1——外壓環的徑，mm，Dr1=1015mm；P3——操作差壓，MPa，P3=18.0MPa；計算結果：外圈壓緊螺栓擰緊力矩：T=T3=638.24Nm只要每一個外圈壓緊螺栓上緊力矩到達638.24Nm，可保證管程密封。但考慮到一些其它因素，在實際操作中為確保殼程的密封效果，最好同時做以下幾個方面的工作：①拆卸時，在螺紋鎖緊環的端面，殼體的端面以及管箱蓋板的端面作相對角度