螺紋鎖緊環式換熱器檢修中常見問題與處理

王 勇

（合肥通用機械研究院通安公司，安徽合肥 230031）

0 引言

螺紋鎖緊環式換熱器的工作環境是300～450 ℃高溫、10～20 MPa 高壓，內部介質是易燃、易爆的含氫、硫化氫和烴類等腐蝕性原油。螺紋鎖緊環式換熱器是加氫裝置高壓換熱器的一種，它的優點是密封性能可靠且管殼程密封、管箱端部密封泄漏可在線調節對應內、外圈壓緊螺栓，特別適用于高溫、高壓大直徑介質腐蝕性強的換熱器，但是其結構和加工制造復雜，特別是管箱內部主螺紋，裝拆不方便，需用專用工具，綜合成本高：①螺紋鎖緊環式換熱器的管板采用壓差設計，換熱器升降壓過程中必須保持在壓差范圍內，如果出現誤操作就容易造成管板和管殼程的密封元件損傷，導致管內漏、外漏或密封螺紋損傷；②換熱器出現誤操作使得管殼程在長期或局部時段內的溫度、壓力和介質濃度超出設計要求也會發生內漏、外漏或密封螺紋損傷；③換熱器管板密封面加工質量、換熱管與管板角焊縫質量等都容易引發內漏和局部應力集中、腐蝕加劇。由于該類型換熱器在國內經常使用[1]，制造單位和煉油廠積累了許多問題的處理方法，選擇螺紋鎖緊環式換熱器在運行和檢修中具有代表性的5 個問題分別進行原因分析并給出處理方法。

1 管殼程密封處泄漏（內漏）

在螺紋鎖緊環式換熱器運行過程中，管殼程密封處泄漏（內漏）屬于經常發生的問題之一[1]。管殼程在升降壓時沒有保持在壓差范圍內、誤操作造成長期或局部時段內的介質溫度和壓力超出設計要求、換熱器管板密封面加工質量、換熱管與管板角焊縫質量、管殼程密封處的內法蘭螺栓松動或密封墊片老化都容易引起內漏[2]。管殼程密封處泄漏可以通過檢查管程的反應流出介質的硫含量是否連續幾天超標，原理是殼程的介質是原料油，硫含量很高；管程的介質是經過加氫裂化反應的反應流出物，經過去硫工藝后硫含量很低，若管殼程密封處泄漏，就會造成殼程的介質原料油流入管程，使得管程流出介質的硫含量連續超標。在生產實踐中，某項目3 臺螺紋鎖緊環式U 形管換熱器運行10 年期間，管殼程密封處泄漏9 次[1]，其中有3 次嚴重泄漏，而管程外泄漏僅出現1 次，且通過緊固外圈壓緊螺栓很快得到消除。

1.1 原因分析

①換熱器運行過程中，如果誤操作造成管殼程在升降壓時沒有保持在壓差范圍，造成管板變形、管殼程密封處的內法蘭螺栓松動；②換熱器的管殼程長期或局部時段內的介質溫度和濃度超出設計要求，造成管、殼程部件的熱膨脹不能及時恢復或密封墊片老化；③管殼程密封的柔性石墨波齒復合墊片質量不合格，回彈率低、厚度和寬度不夠，導致墊片局部未被充分壓縮；④內法蘭螺栓和墊片安裝質量差，墊片在固定時發生折疊或褶皺造成密封不緊；⑤管板密封面有劃痕和凹坑，換熱管與管板角焊縫質量差。

1.2 處理方法

①管殼程密封處使用優質的柔性石墨波齒復合墊片，保證墊片的回彈率、厚度和安裝寬度；②內法蘭螺栓和墊片安裝前，先用膠帶將墊片固定牢固，防止墊片在安裝和擰緊內法蘭螺栓過程中移動，內法蘭螺栓緊固過程中必須對稱用力、逐漸擰緊；③在換熱器運行過程中，管殼程在升降壓時必須保持在壓差范圍內操作；④在換熱器運行過程中，經常通過儀表和取樣檢查管殼程介質溫度和濃度，保證在設計要求范圍內；⑤管板密封面加工后應進行無損檢測，換熱管與管板角焊縫應兩道成型保證焊接質量，并進行無損檢測。

在螺紋鎖緊環式換熱器運行過程中，應加強管程的流出介質的硫含量監測，出現管殼程密封處泄漏（內漏）應首先緊固對應內圈壓緊螺栓，前期基本可以得到解決，但是內漏發生多次后，后期通過緊固對應內圈壓緊螺栓基本已經失效[3]，后期內漏發生對生產影響就非常嚴重，就需要對換熱器進行抽芯檢查，才能發現和解決內漏問題。

2 管程端部密封處泄漏（外漏）

在螺紋鎖緊環式換熱器運行過程中，管程端部密封處泄漏（外漏）屬于很少發生的問題，根據問題統計資料一般管殼程密封處泄漏（內漏）9 次[1]，管程外泄漏才出現1 次，且通過緊固外圈壓緊螺栓很快得到消除。管程端部密封處泄漏的主要由于也是誤操作造成管殼程在升降壓時沒有保持在壓差范圍和管程長期或局部時段內的介質溫度和濃度超出設計要求，從而造成管程密封件變形，或墊片逐漸老化。由于管程端部密封處泄漏很少發生，它的處理措施也很簡單，通過緊固外圈壓緊螺栓很快得到消除。

雖然管程端部密封處泄漏很少發生，但由于螺紋鎖緊環式換熱器屬于加氫裝置高壓換熱器，其運行過程中的壓力和溫度都很高，發生外漏也是很危險的，因此應加強巡檢，發現問題及時處理。

3 內、外圈壓緊螺栓擰不出或擰斷

拆卸螺紋鎖緊環式換熱器的第一步就是拆卸內、外圈壓緊螺栓，拆卸時未對稱均勻擰出造成局部少量螺栓受力超載后螺紋變形使螺栓拆卸困難，就算注入大量的松銹劑，由于螺紋變形仍有數個螺栓拆不下來。

3.1 原因分析

①內、外圈壓緊螺栓拆卸時未對稱均勻擰出造成局部少量螺栓受力超載后螺紋變形使螺栓拆卸困難；②內、外圈壓緊螺栓的螺紋涂抹的抗高溫咬死劑經過超溫失效，導致螺紋之間無潤滑油膜；③換熱器工作溫度超出設計要求，造成內件在軸向的變形量不一致，較小的溫差容易使螺栓外螺紋與結合面內螺紋之間磨損、劃傷，大的溫差可直接導致螺栓變形；④內、外圈壓緊螺栓的螺紋較長，且是細牙螺紋，溫差或局部受力超載都會造成局部變形、錯位，若此時再加大扭矩，就會造成螺栓擰不出。

3.2 處理方法

①若少量壓緊螺栓擰斷時不影響螺紋鎖緊環和管箱蓋板的拆卸，可在蓋板拆下后機加工處理；②若少量壓緊螺栓擰斷時影響螺紋鎖緊環和管箱蓋板的拆卸，可直接用槍鉆或磁力鉆把斷螺栓打掉后取出。管箱蓋板損傷后采取局部堆焊后機加工，螺栓直接更換價格也不高。

4 內法蘭螺栓擰不出或擰斷

4.1 原因分析

①內法蘭螺栓的頭部沒有設計頂柱，管殼程的各種軸向力施加下螺栓的頭部容易墩粗甚至彎曲；②誤操作造成管殼程在升降壓時沒有保持在壓差范圍，造成管板變形、管殼程密封處的內法蘭螺栓變形；③內法蘭螺栓與其連接件材質不匹配，在管殼程壓差范圍外超載受力和高溫作用下容易變形咬死。

4.2 處理方法

內法蘭螺栓的裝配順序是先穿進分合環上的螺栓孔，再擰在內法蘭上，如果內法蘭螺栓斷口在分合環的孔內，必須先將斷螺栓進行處理。現場處理時常采用2 種不同的方法：①用槍鉆或磁力鉆將斷在分合環內的內法蘭螺栓打掉后取出，但由于管箱內操作空間有限，需采取措施保護操作人員；②用氣割從內緣將分合環割穿，將內法蘭螺栓割平，就可以在破壞分合環的情況下降內法蘭取出，再次裝配前需要重新加工分合環。以上2 種方法都要根據內法蘭螺栓的螺紋損傷情況，可采取局部堆焊后重新攻絲或更換，更換價格也不高。

5 螺紋鎖緊環裝配旋入和拆卸旋出時咬死

5.1 原因分析

①螺紋鎖緊環的螺紋較長，在螺紋旋入過程中局部有雜物，雖然鎖緊環已完全旋入管箱，但是已經卡死導致拆卸時旋出困難；②由于螺紋鎖緊環自重大、直徑大，在拆卸過程中不能一直保持同心度和垂直度就容易造成鎖緊環局部受力過大變形、錯位，若此時再加大扭矩，就會造成鎖緊環旋出困難；③主螺紋涂抹的抗高溫咬死劑經過超溫失效，導致螺紋之間無潤滑油膜，摩擦阻力加大造成鎖緊環旋出困難。

5.2 處理方法

螺紋鎖緊環的旋進和旋出都是螺紋鎖緊環換熱器的最大難點之一[4]，旋進過程中雜物清掃不干凈，未使用優質的抗高溫咬死劑都會造成后期拆裝旋出困難；螺紋鎖緊環的旋合和旋出過程中應時刻保持同心度精度，稍有卡滯的苗頭就應及時檢查同心度精度并加潤滑油。若卡滯現象加劇，就應該采取以下措施：①螺紋鎖緊環旋出和旋進過程中發現卡滯現象加劇，要及時查找原因，清除雜物、調整同心度、加潤滑油，再進行幾次正反旋動，以消除毛刺；②若仍有卡滯加劇現象，將管箱筒體外包上電加熱帶在允許溫度范圍內加熱使筒體膨脹，再進行幾次正反旋動后緩慢旋出；③若仍不能旋出，可考慮破壞主螺紋，將鎖緊環外圈上的力逐步增大直至旋出。但是主螺紋破壞后修復成本高，更換成本很高。

6 結論

對螺紋鎖緊環式換熱器在運行和檢修過程中常見的5 個問題進行了原因分析，并給出了對應的處理措施。特別強調了管殼程密封處泄漏（內漏）這個問題不易觀察且發生后對生產影響大，螺紋鎖緊環裝配旋入和拆卸旋出時咬死這個問題不好解決且更換成本高，需要在設備運行維護階段特別引起重視。