混合氣換熱器結構設計難點及其解決方法

摘 要：針對混合氣換熱器的工況要求苛刻、在設計、制造、組裝和水壓過程中存在難點的實際問題，對設備結構方案進行合理設計，為類似結構設備的設計提供參考。

關鍵詞： 換熱器；柔性膨脹節；密封結構；組對

中圖分類號：TQ051.5 文獻標識碼：A

混合氣換熱器為BET形式可抽式換熱器（立式）。設計工況為中壓高溫，管程及殼程材料均采用N08810，主要設計參數見表1。設計過程中，主要結構難點在于浮頭可抽端的結構及整體密封結構設計以及膨脹節設計，設備結構簡圖如圖1所示。

表1 主要設計參數

圖1 混合氣換熱器結構簡圖

1結構設計

由于此換熱器設計溫度達到570℃，采用填料密封難以保證浮頭端的密封可靠性，故設備整體采用環密封和齒形墊平面密封。由于固定管板及浮頭可抽端多處采用線形密封，必須提高設備的制造精度，改進設備結構和制造組裝工藝。具體設計方案的確定還需要考慮其它因素。

1.1浮頭端的結構及整體密封結構設計

混合氣換熱器浮頭端不要求可拆，所以舍棄了傳統的浮頭換熱器浮頭端的可拆結構，改為封頭與浮頭管板直接焊接，這樣不僅可以節省材料，也可以減少泄漏點，同時也增大了布管區面積。由于受到設計溫度限制，設備法蘭及管口法蘭均應使用八角墊密封，圖1所示。Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ處節點密封結構如圖2所示，節點Ⅲ中反向法蘭與壓緊法蘭處的密封應使用平墊片，原因在于如果使用八角墊則無法同時保證3處線形密封都是可靠的，此處法蘭需采用反向法蘭，作用在于防止管程與殼程介質在螺栓孔處短路。

1.2 膨脹節結構及強度計算

為消除管程，殼程溫差引起的軸向拉伸壓縮應力，需在浮頭端與管口B之間設置膨脹節，剛性膨脹節無法滿足位移量要求，必須采用柔性膨脹節以補償拉伸壓縮位移量，由于柔性膨脹節剛度較低，易發生側向偏移引起膨脹節失穩，從而導致膨脹節失效，同時安裝時也容易出現損壞。為解決該問題，可以在膨脹節的上下設置導向桿，用螺栓固定，在設備安裝就位后再將下端螺母松開以釋放位移量。為防止流體對膨脹節內壁的沖刷，可在膨脹節內壁設置導流筒，膨脹節結構簡圖如圖3所示。

柔性膨脹節由于壁厚很小，按照設計壓力設計，打水壓，無法滿足強度要求，針對這一特點，根據工藝數據對膨脹節進行了壓力為±0.6MPa的壓差設計，經強度校核，滿足要求。

圖3 膨脹節結構簡圖

2設備水壓實驗程序

由于設備按照壓差設計，結構相對比較復雜，各部件的實驗壓力及試壓順序必須非常清晰。按照各部件設計壓力，設備主體水壓實驗壓力應為5MPa，膨脹節單體水壓實驗壓力為0.9MPa，水壓過程中必須保證膨脹節耐壓在-0.6～0.6MPa之間，水壓實驗程序如下：管頭氦檢，泄漏量滿足一定要求為合格；管頭水壓試驗，試驗壓力5MPa；管束下端封頭（未開孔前）焊接完畢后，對管程進行水壓試驗，試驗壓力5MPa，此處水壓實驗應在下端封頭未開孔前進行，這樣既可避免膨脹節耐壓超標，也可以節省端封頭的試壓工裝，創造了一定的經濟效益；膨脹節及其下端管法蘭安裝完畢后，按0.6MPa對管束打水壓，用以檢查膨脹節兩端焊縫是否合格；管程，殼程同時打壓，試驗壓力5MPa，保證管殼程壓差不大于0.6MPa，此處打壓主要用于檢查殼程焊縫是否合格。

3設備安裝組對要點

該換熱器為立式設備，但由于制造條件及運輸限制，設備在組對過程中處于水平狀態，導致管束與設備不同心，給設備的組對及墊片的安裝帶來了一定的困難，為盡量避免此問題，可以在下管箱設置貼條以調整浮頭端與設備同心。

參考文獻

[1]趙維，吳剛，羅弘. 乙苯氣-反應混合氣換熱器開裂分析及改進[J].石油化工設備，2004（04）.