高-高壓型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器檢修

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(蘭州蘭石重型裝備股份有限公司， 甘肅 蘭州 730314)

螺紋鎖緊環(huán)熱交換器是當(dāng)前具有世界先進技術(shù)水平的熱交換設(shè)備之一, 具有結(jié)構(gòu)緊湊、密封性能可靠及節(jié)約占地面積等顯著特點，多年來，已經(jīng)在國內(nèi)外大型煉油裝置中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)管、殼程設(shè)計壓力及工作介質(zhì)的不同，螺紋鎖緊環(huán)熱交換器可分為高-高壓(H-H)型熱交換器(管程、殼程均為高壓)和高-低壓(H-L)型熱交換器(管程高壓、殼程低壓)兩種[1]。其中H-L型熱交換器結(jié)構(gòu)及密封形式較為簡單，其主體密封可分為殼程側(cè)的密封及管程側(cè)的密封 。若設(shè)備在運行時管程發(fā)生泄漏，只需對其頂緊螺栓進行緊固即能達到密封要求[2]。文中針對H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器結(jié)構(gòu)特點分析，結(jié)合煉油廠在檢修過程中遇到的各類問題，針對性地提出了H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器的現(xiàn)場檢修方案，以供同行借鑒。

1 H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器簡介

H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器的管箱、殼程共用1個殼體，管箱端部通過螺紋鎖緊環(huán)旋入管箱內(nèi)。所有內(nèi)件都封裝在同一殼體內(nèi)部，增強密封性能的同時，也降低了泄漏的可能性。

H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器與其它各種形式的熱交換器相比，最大的特點就是能夠把管箱側(cè)所受到的巨大壓力傳遞到螺紋鎖緊環(huán)上。因此，只需通過壓緊螺栓對密封墊片提供所需的壓緊力即可達到密封效果[3]。如果發(fā)生泄漏，也只需對壓緊螺栓進行緊固就可以壓緊墊片。H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器管、殼程設(shè)計壓力均較高，管板采用壓差設(shè)計[4]，在水壓試驗時必須嚴格把控管、殼程兩側(cè)壓差，使之符合圖樣要求。

H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器的主體密封分可分為兩大部分：一是通過螺紋鎖緊環(huán)上的外圈壓緊螺栓壓緊密封盤及密封墊片實現(xiàn)的管程側(cè)密封；二是螺紋鎖緊環(huán)上內(nèi)圈壓緊螺栓壓緊卡環(huán)、管箱內(nèi)套筒，通過力傳到壓緊管束管板及密封墊片實現(xiàn)的殼程側(cè)密封[5]。其密封形式安全可靠，在不拆卸管箱內(nèi)件的情況下，通過擰緊內(nèi)、外圈壓緊螺栓，即可解決管、殼程的密封。

某H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器的有關(guān)主要技術(shù)參數(shù)：管程介質(zhì)為反應(yīng)產(chǎn)物，操作壓力17.0 MPa，操作溫度403.0 ℃/373.0 ℃，設(shè)計壓力為19.57 MPa/-0.1 MPa，設(shè)計溫度為443 ℃/-19 ℃，設(shè)計壓差3.18 MPa；殼程介質(zhì)為反應(yīng)進料，操作壓力為17.97 MPa，操作溫度為334.0 ℃/369.0 ℃，設(shè)計壓力為20.68/-0.1 MPa，設(shè)計溫度為428.0 ℃/-19 ℃，水壓試驗壓力5.02 MPa。H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器主要結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，密封部分結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

1.內(nèi)外壓桿 2.外壓緊螺栓 3.內(nèi)壓緊螺栓 4.支架 5.壓蓋 6.螺紋鎖緊環(huán) 7.注油孔絲堵 8.密封盤 9.管程側(cè)密封墊片 10.壓環(huán) 11.內(nèi)頂壓螺栓 12.卡環(huán) 13.分程箱蓋板 14.殼程側(cè)密封墊片 15.殼體 16.隔板 17.管束 18.分程箱 19.內(nèi)壓圈 20.外壓圈圖1 H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器整體結(jié)構(gòu)示圖

1.內(nèi)壓緊螺栓 2.外壓緊螺栓 3.內(nèi)外壓桿 4.管程側(cè)密封墊片 5.壓環(huán) 6.卡環(huán) 7.內(nèi)頂壓螺栓 8.分程箱 9. 防串漏密封石墨繩 10.殼程側(cè)密封墊片 11.殼體 12.管板 13.支架 14.密封盤圖2 H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器管箱密封部分結(jié)構(gòu)示圖

2 H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器檢修方案

20世紀90年代通過引進、吸收、消化國外技術(shù)及與意大利IMB公司合作生產(chǎn)引入意大利IMB公司H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器檢修技術(shù)，此技術(shù)采用的是搖臂式上緊、拆卸工裝的檢修方案[6]。此檢修方案的工裝具有依賴外部輔助裝備少、可多方位調(diào)節(jié)等優(yōu)點，但存在工裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易調(diào)節(jié)等缺點。隨著螺紋鎖緊環(huán)熱交換器在煉油行業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)逐漸形成自己獨有的杠桿加平衡物的上緊檢修工裝[7]，此工裝具有結(jié)構(gòu)簡單、易調(diào)節(jié)等優(yōu)點，在設(shè)備檢修過程中得到了廣泛的應(yīng)用。

3 杠桿加平衡物上緊工裝檢修實踐

3.1 檢修前準備

(1)準備螺紋鎖緊環(huán)拆裝工裝，管束抽裝工裝以及密封盤及壓環(huán)、分程箱蓋板的拆裝工裝。

(2)準備更換的緊固件及備用墊片、抗高溫咬合劑、螺栓、螺母清洗劑、潤滑油及拆裝螺栓用扭距扳手(扭距扳手規(guī)格根據(jù)設(shè)備設(shè)計技術(shù)要求計算確定)等。

(3)對螺紋鎖緊環(huán)注油孔澆注潤滑油，以便于檢修過程中對螺紋鎖緊環(huán)的拆卸。

(4)依次對內(nèi)、外圈壓緊螺栓編號，同時向內(nèi)、外圈壓緊螺栓上噴螺栓松動劑。

3.2 檢修工藝

3.2.1螺紋鎖緊環(huán)的拆除

(1)拆檢之前熱交換器先停車、卸壓，待外壁溫度冷卻至160 ℃以下時，向管箱上注油孔澆注潤滑油。預(yù)計檢修之前12 h向內(nèi)、外圈壓緊螺栓涂螺栓松動劑。

(2)用力矩扳手或?qū)Ｓ冒馐忠来嗡砷_內(nèi)、外圈螺栓，卸下后用清洗劑清洗除銹，放在指定的位置保管好。按編號測量螺栓尺寸并記錄數(shù)據(jù)，在螺紋鎖緊環(huán)上按順序號打鋼印。

(3) 組裝螺紋鎖緊環(huán)拆卸工裝[8]，見圖3。

圖3 螺紋鎖緊環(huán)拆卸工裝示圖

(4) 用80 t吊車吊起螺紋鎖緊環(huán)拆卸工裝，再通過導(dǎo)鏈調(diào)整找正。安裝拆卸工裝與管箱壓蓋及螺紋鎖緊環(huán)上的連接螺栓，并進行上緊。

(5) 根據(jù)螺紋鎖緊環(huán)、壓蓋及內(nèi)外壓環(huán)質(zhì)量，計算出螺紋鎖緊環(huán)旋出工裝所需的配重質(zhì)量及數(shù)量，按圖4組裝配重并加以固定[9]。

圖4 螺紋鎖緊環(huán)拆卸工裝裝配示圖

(6)將旋轉(zhuǎn)螺紋扳手、50 t千斤頂及吊車固定于旋轉(zhuǎn)螺紋工裝上，并且保證扳手把與千斤頂基本保持同一高度，同時在扳手上綁上鋼絲繩，用吊車和倒鏈起吊，然后在扳手端部上加上40 t千斤頂加壓頂螺紋鎖緊環(huán)，直至螺紋鎖緊環(huán)轉(zhuǎn)動為止。再用主吊車及輔助吊車加倒鏈旋出螺紋鎖緊環(huán)[10]。螺紋鎖緊環(huán)旋出后，卸下內(nèi)、外壓圈及內(nèi)、外壓桿，并沿工裝連接板圓周順時針方向(0°～360°)分別做好標(biāo)記，見圖5。

圖5 螺紋鎖緊環(huán)拆卸示圖

(7)在旋出螺紋鎖緊環(huán)的過程中一定要控制拆卸工裝保持水平，防止因工裝不水平造成螺紋鎖緊環(huán)卡死，無法順利旋出。在管箱外端面安裝一個百分表，在整個拆除過程嚴格記錄百分表與鎖緊環(huán)外螺紋表面尺寸。

(8)對螺紋鎖緊環(huán)上的螺紋表面進行清洗，并對螺紋鎖緊環(huán)螺紋表面按NB/T 47013.5-2015《承壓設(shè)備無損檢測 第5部分：滲透檢測》[11]進行100%滲透檢測，Ⅰ級合格。

需要注意的是，螺紋鎖緊環(huán)拆卸后，要將其放置于軟制塑料或膠皮上，以防止螺紋受到破壞及損傷。如果螺紋鎖緊環(huán)在旋出過程中螺紋齒損壞嚴重，無法用千葉輪修復(fù)時，需制定螺紋鎖緊環(huán)重新修補、加工方案。

3.2.2拆除密封盤

(1)測量密封盤至管箱外端面距離，沿密封盤端面圓周均分六等分，做好角度值方向標(biāo)記，最上一點設(shè)定為0°，順時針方向每隔60°為一點標(biāo)記定位角度值，并記錄測量數(shù)據(jù)[12]。

(2)按圖6組裝工裝并取出密封盤，測量密封盤平面度及密封面質(zhì)量等。大多數(shù)情況由于密封盤長時間受內(nèi)壓作用會發(fā)生變形，如果變形嚴重或密封盤表面有裂紋，需重新制造密封盤進行更換。

圖6 密封盤拆卸工裝示圖

3.2.3拆除支架、分合環(huán)、壓環(huán)等內(nèi)構(gòu)件

(1) 拆除支架，拆除后必須放在指定位置并保管好。

(2) 依次取下分合環(huán)上的把緊螺栓，取下四合環(huán)，并且打鋼印編號。對分合環(huán)上的螺栓孔重新用絲錐加工，以保證后期安裝時壓緊螺栓能夠進出暢通。

(3) 拆除壓環(huán)，在拆除過程中防止造成管箱殼體密封面的磕碰損傷。

3.2.4拆除內(nèi)套筒、分程箱蓋板、填料壓環(huán)

(1) 測量分程箱至管箱端面距離，沿分程箱端面圓周均分六等分，做好角度值方向標(biāo)記，最上一點設(shè)定為0°，順時針方向每隔60°為一點標(biāo)記定位角度值，并記錄測量數(shù)據(jù)。

(2) 拆除內(nèi)套筒。

(3) 拆除分程箱蓋板，并做好標(biāo)記，以便后續(xù)安裝使用。

(4)拆除填料壓環(huán),并取出已老化的防串漏密封石墨繩，安裝時石墨繩必須重新更換。

3.2.5用抽心機抽出分程箱、管束

(1) 在管箱螺紋部位安裝事先制作好的管箱螺紋保護套，防止管箱螺紋在抽管束時受到損傷。

(2) 拆除分程箱上緊固用螺栓，用吊車吊出分程箱至事先準備好的擺放地。

(3) 用抽心機拉出管束，再用吊車吊出管束，吊起管束時應(yīng)保證管束平衡，防止造成換熱管變形[13]。在管束抽出過程中不能用力將其抽出，要慢慢地逐漸用力，同時觀察受力情況。在整個抽出過程要始終保持管束平衡，必須用帶有橡膠套的鋼絲繩起吊，以防止損傷管束。

(4) 事先在平整的地面上布置3根平行的枕木，管束抽出后放置其上，并測量殼程密封墊片的壓縮量，記錄數(shù)據(jù)。

3.2.6清洗

對管束及殼體內(nèi)壁進行清洗，檢查換熱管及殼體內(nèi)壁是否有損傷。用千葉輪對管箱上的內(nèi)螺紋表面進行修復(fù)，并對管束管頭、殼體內(nèi)表面及管箱螺紋表面按NB/T 47013.5-2015進行100%滲透檢測，Ⅰ級合格。

4 檢修后的組裝

(1) 管束及設(shè)備清理完畢后，按圖樣要求方位將管束放置并用吊車進行起吊(鋼絲繩放置于拆卸時位置)，確保管束起吊過程中的平衡。然后將管束緩慢地裝入殼體，直到吊車無法將管束送到殼體內(nèi)時，再使用管束抽芯機將管束推入殼體內(nèi)，整個過程必須確保管束平衡。

(2) 在整個檢修工作中需對管、殼程密封墊片及內(nèi)部密封墊片進行更換。墊片因長時間在高溫、高壓狀態(tài)下使用而出現(xiàn)變形現(xiàn)象，影響其回彈效果，達不到密封效果[14]。

(3) 裝入分程箱。一般選用管束抽芯機或叉車進行分程箱組裝。

(4) 按編號依次裝入分合環(huán)，并用力矩扳手將內(nèi)頂緊螺栓擰緊，再安裝填料壓環(huán)、填料及分程箱蓋板，保證安裝尺寸滿足要求。

(5) 依次裝入內(nèi)套筒、支架及密封盤，使之符合圖樣要求。

(6) 按照圖4組裝螺紋鎖緊環(huán)與螺紋鎖緊環(huán)旋入拆卸工裝。在螺紋鎖緊環(huán)安裝之前，用絲錐加工螺紋鎖緊環(huán)上的壓緊螺栓絲孔，保證壓緊螺栓進出暢通。

(7)旋入螺紋鎖緊環(huán)之前，必須將臨時墊片全部取出，同時拆去管箱螺紋保護套。

(8)用吊車起吊螺紋鎖緊環(huán)旋入工裝，找正位置，用導(dǎo)鏈緩慢地與管箱對好，慢慢旋入，旋至圖樣規(guī)定尺寸，取下旋入螺紋鎖緊環(huán)工裝。

(9)用力矩扳手擰緊螺紋鎖緊環(huán)上的內(nèi)、外壓緊螺栓。

(10)安裝完成后對內(nèi)、外壓緊螺栓，螺紋鎖緊環(huán)安裝尺寸進行測量并記錄。

5 水壓試驗

(1) 對管束單獨利用試壓殼體進行水壓試驗，試驗壓力一般按工作壓差進行。

(2) 將管束穿入殼體后，再對管頭進行水壓試驗。裝入分程箱并擰緊內(nèi)頂壓緊螺栓后對管頭進行水壓試驗和二次檢漏，管頭合格之后方可組裝其余零部件。

(3) 在水壓試驗過程中，如果發(fā)現(xiàn)管束有滲漏現(xiàn)象[15]，則需要根據(jù)實際泄漏情況制定管束的修補方案。

6 管束修補方案

(1)若換熱管與管板連接的焊接接頭(簡稱管頭)位置發(fā)生了部分泄漏，則需要采用鏜銑床將管頭泄漏部位焊肉加工完全去除，并對加工部位的表面按照NB/T 47013.5-2015進行100%滲透檢測，Ⅰ級合格。然后按管頭返修方案對管頭進行相應(yīng)的焊接處理。

(2)若換熱管出現(xiàn)質(zhì)量問題，無法用修復(fù)焊接接頭的方式進行修復(fù)，則需要對換熱管進行堵管處理，堵頭材質(zhì)一般選用與換熱管材質(zhì)相同，堵頭與換熱管焊接后，同時對焊接接頭表面按NB/T 47013.5-2015進行100%滲透檢測，Ⅰ級合格。

7 結(jié)語

H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)件數(shù)量多，裝配精度要求高，而且檢修的難度較大。因此，在設(shè)備制造和安裝過程中，必須保證零部件制造及裝配的精確度。

在H-H型螺紋鎖緊環(huán)熱交換器檢修過程中，必須制定有效、合理、具體的檢修方案。在運行期間，還需要做好保養(yǎng)和工藝管理工作，避免熱交換器在非正常工況下運行，做到及時保養(yǎng)檢修，保證設(shè)備長期穩(wěn)定高效地運行。