螺紋鎖緊環(huán)換熱器

....-.資料....z.螺紋鎖緊環(huán)換熱器摘要本文結(jié)合檢修過(guò)程，簡(jiǎn)要闡述了高壓螺紋鎖緊環(huán)換熱器的拆裝程序，著重分析了檢修中存在的幾個(gè)主要問(wèn)題及可采取的相應(yīng)措施；并計(jì)算了如何確定管、殼程墊片螺栓預(yù)緊力。關(guān)鍵詞高壓螺紋鎖緊環(huán)換熱器構(gòu)造特點(diǎn)問(wèn)題對(duì)策1概述在煉油廠使用的換熱器構(gòu)造形式較多，但最常用的是普通大法蘭聯(lián)接型式的換熱器。該換熱器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、拆卸方便、易于密封等優(yōu)點(diǎn)。但隨著裝置的大型化，所需換熱器的尺寸也越來(lái)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(zhì)場(chǎng)合的換熱器，首先要解決在如此苛刻條件下的密封問(wèn)題。為了解決密封問(wèn)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(lái)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(gòu)造緊湊、維護(hù)簡(jiǎn)單而且又能及時(shí)解決運(yùn)行中出現(xiàn)的泄漏問(wèn)題的螺紋鎖緊環(huán)式換熱器應(yīng)運(yùn)而生，并廣泛地應(yīng)用在加氫裂化和加氫脫硫等裝置中。2螺紋鎖緊環(huán)換熱器的構(gòu)造特點(diǎn)螺紋鎖緊環(huán)換熱器的密封構(gòu)造最早是由美國(guó)Chevron公司和日本千代田公司共同開(kāi)發(fā)研究成功的，我國(guó)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(dú)到構(gòu)造在于管箱局部。該換熱器可分為兩類(lèi)：即H-H型和H-L型，H-H型適用于管殼程均為高壓的場(chǎng)合；H-L型適用于殼程為低壓而管程為高壓的場(chǎng)合［1］。本文重點(diǎn)介紹H-H型螺紋鎖緊環(huán)換熱器，它的根本構(gòu)造如圖1所示。圖1H-H型螺紋鎖緊環(huán)換熱器根本構(gòu)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(huán)；8、法蘭螺栓；9、管程墊片；10、墊片壓板；11、外壓環(huán)；12、外圈壓緊螺栓；13、外圈頂梢；14、螺紋鎖緊環(huán)；15、管箱蓋板；16、圈壓緊螺栓；17、壓環(huán)；18、支撐圈；19、套筒。3螺紋鎖緊環(huán)換熱器的檢修程序3.1撤除程序及考前須知(1)做好準(zhǔn)備工作。如：放好專(zhuān)用升降臺(tái)、拆去阻礙檢修的物件或視情況進(jìn)展中和清洗等等。(2)在殼體和頭蓋組件上作好測(cè)量標(biāo)記，并用深度游標(biāo)卡尺測(cè)量螺紋鎖緊環(huán)端面到管箱蓋板端面的距離及螺紋鎖緊環(huán)端面到殼體端面的距離，并認(rèn)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(wěn)固；再把平衡重裝在相應(yīng)位置上。(5)拆卸螺紋鎖緊環(huán)等頭蓋組件。注意：在松開(kāi)過(guò)程中，假設(shè)發(fā)現(xiàn)緊力變大應(yīng)及時(shí)檢查，并調(diào)節(jié)專(zhuān)用升降臺(tái)和換熱器殼體的對(duì)中性。(6)小心拆下、外壓環(huán)。(7)拆下墊片壓板。注意：不要碰撞殼體螺紋。(8)裝上專(zhuān)用螺紋保護(hù)罩，取出管程密封墊片，并認(rèn)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(biāo)記后，測(cè)量三合環(huán)到隔板箱端面的距離的測(cè)量點(diǎn)，并認(rèn)真記錄。(11)用扭矩板手拆下法蘭螺栓，并記錄各個(gè)螺栓的剩余力矩。(12)拆下三合環(huán)、法蘭。注意：在拆三合環(huán)時(shí)，應(yīng)防止“三合環(huán)〞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(shí)，應(yīng)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(dāng)管束在通過(guò)螺紋保護(hù)罩時(shí)，要注意是否受阻，并必須保證管束滑板末端將要越過(guò)墊片槽時(shí)，整個(gè)管束即被吊起。注意：管束和抽芯機(jī)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(rèn)真檢查密封面。(17)清洗。清洗部位應(yīng)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(huán)、管束、隔板箱等各件。(18)理化檢驗(yàn)：①對(duì)殼體堆焊層，管板堆焊層，各接收等部位進(jìn)展各種無(wú)損檢測(cè)；②對(duì)墊片槽、管板密封面、墊片壓板密封面等部位應(yīng)認(rèn)真進(jìn)展檢查；③對(duì)螺紋鎖緊環(huán)外螺紋和殼體螺紋要認(rèn)真檢查。3.2安裝程序螺紋鎖緊環(huán)換熱器的安裝步驟根本上與其拆卸過(guò)程相反。4檢修中可能出現(xiàn)的主要問(wèn)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(zhì)搭配不當(dāng)。在高溫作用下，導(dǎo)致各件在軸向的變形量不一致，小的溫差使螺栓與結(jié)合面之間磨損、出現(xiàn)凹坑，大的溫差致使螺栓變形。(2)螺紋摩擦副絲扣較長(zhǎng)，加上所配絲扣是細(xì)牙螺紋，只要*一處出現(xiàn)變形或錯(cuò)位，或者在上緊不暢的情況下，假設(shè)此時(shí)加大扭矩，都會(huì)使絲扣出現(xiàn)亂扣現(xiàn)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(huán)和頭蓋的拆卸，可在頭蓋拆下后用機(jī)加工處理。(2)如果在螺栓斷的時(shí)候螺栓還未擰松，只能在現(xiàn)場(chǎng)用槍鉆和磁座鉆把斷螺栓取出。但在施工時(shí)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(shè)計(jì)不合理。即螺栓頭部沒(méi)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(huán)材質(zhì)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(guò)三合環(huán)上的螺栓孔再擰在法蘭上的，所以必須要把埋在三合環(huán)孔的螺栓頭處理掉?？筛鶕?jù)實(shí)際情況采取不同方法：(1)把三合環(huán)孔的斷螺栓用鉆機(jī)打掉，但由于部空間狹小，工作難度較大，故應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用適宜的作業(yè)方法及保護(hù)措施，并且要根據(jù)絲扣的損害情況，進(jìn)展堆焊或重新攻絲。(2)用氣割或等離子切割破壞三合環(huán)，從緣把三合環(huán)割穿，再把螺栓割平，就可取出三合環(huán)和法蘭，但這需要更換三合環(huán)。(3)將所有法蘭螺栓頭部絲扣車(chē)小為縮徑光桿，防止螺栓頭部墩粗或彎曲。4.3鎖緊環(huán)螺紋擰不開(kāi)或半路咬死4.3.1原因分析(1)局部外圈壓緊螺栓無(wú)法拆卸，致使螺紋鎖緊環(huán)不能自由旋出。(2)螺紋絲扣較長(zhǎng)，如*一局部有雜物或出現(xiàn)變形，就會(huì)出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。(3)螺紋鎖緊環(huán)直徑大，偏重，專(zhuān)用拆卸工具現(xiàn)場(chǎng)操作較難，加上人為調(diào)節(jié)、測(cè)量誤差，致使螺紋鎖緊環(huán)與殼體在拆卸過(guò)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(zhuān)用松緊桿上用千斤頂助力。(2)當(dāng)螺紋鎖緊環(huán)旋出和旋進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有意外卡滯現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)查找原因，調(diào)整同心。可進(jìn)展幾次正反旋動(dòng)，并加潤(rùn)滑油，以消除毛刺；如果卡滯越來(lái)越嚴(yán)重，在適當(dāng)提高螺紋鎖緊環(huán)外圈上的力還不能松動(dòng)時(shí)，要重新進(jìn)展殼件加熱并在允許圍適當(dāng)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(huán)外圈上的力增加到10～20噸，直至旋出。5管、殼程墊片螺栓預(yù)緊力確實(shí)定管、殼程墊片密封是整個(gè)螺紋鎖緊環(huán)換熱器檢修的關(guān)鍵。由于管、殼程墊片都采用“W〞根本形纏繞墊，在螺栓預(yù)緊力均勻地作用于墊片的前提下，加大螺栓預(yù)緊力，不僅能使墊片變形，而且能縮小墊片材料中的毛細(xì)管，操作時(shí)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(tài)。但如果螺栓力過(guò)大，造成墊片產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形，則會(huì)使纏繞墊失去密封效果。因此，如何把握管、殼程墊片螺栓預(yù)緊力的數(shù)值，是檢修的關(guān)鍵。筆者以如下計(jì)算作為實(shí)際預(yù)緊力參考值(以鎮(zhèn)海煉化加氫裂化裝置E303為例)。5.1殼程墊片預(yù)緊力數(shù)值的計(jì)算〔1〕法蘭螺栓預(yù)緊力的計(jì)算預(yù)緊時(shí)，螺栓載荷等于墊圈所需預(yù)緊力：W1=π×Dc×B×Y(1)操作時(shí)，螺栓載荷等于管板兩側(cè)由差壓引起的軸向力P1與墊片工作時(shí)的反力G〔數(shù)值上等于操作時(shí)墊片密封所需的預(yù)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(shí)際外徑，mm，Do=968mm；N——墊片實(shí)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(jì)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(jì)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(shù)，m=3；P——操作差壓，MPa，P=4.5MPa；P1——管板兩側(cè)由差壓引起的軸向力，N，P1=π/4×Dc2×P=3145000N；G——墊片工作時(shí)的反力，N，G=2×π×Dc×B×m×P=598000N；則，預(yù)緊時(shí)的螺栓載荷：W1=π×Dc×B×Y=1526000N操作時(shí)的螺栓載荷：W2=P1+G=3743000N根據(jù)上述計(jì)算，W2＞W(wǎng)1，故取W2為螺栓的計(jì)算載荷。則，單個(gè)螺栓的預(yù)緊力：F=W2/N1〔3〕式〔3〕中：W2——操作時(shí)的螺栓載荷，N，W2=3743000N；N1——法蘭螺栓的數(shù)量，個(gè)，N1=44個(gè)；則，單個(gè)螺栓的預(yù)緊力：F=W2/N1=85100N在擰緊螺母時(shí)，需要克制螺紋副的螺紋力矩T1，由于螺栓頭部設(shè)計(jì)成球面，單頭螺栓六角頭與鎖緊環(huán)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(jì)，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(yù)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(dāng)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(shù)，n=1；p——螺距，mm，p=3.175mm；np——導(dǎo)程，mm，np=3.175mm；α——牙形角，度，α=550；μ——摩擦系數(shù)，μ=0.2；M1——擰緊力矩系數(shù)，取M1=tg(ψ+ρν)/2=0.1972；F——單個(gè)螺栓的預(yù)緊力，N，F(xiàn)=85100N；則，單個(gè)螺栓的擰緊力矩：T=T1=552Nm從上述計(jì)算可知，只要法蘭每一個(gè)壓緊螺栓的上緊力矩到達(dá)552Nm，便可保證殼程密封。但考慮到一些其它因素，在實(shí)際操作中為確保殼程的密封效果，最好同時(shí)做以下幾個(gè)方面的工作：①拆卸時(shí)，在三合環(huán)、法蘭和隔板箱上作上三者原始相對(duì)角度位置標(biāo)記。②安裝時(shí)，法蘭螺栓上緊力矩取計(jì)算值的1.1倍左右即為610Nm。③安裝時(shí)，在隔板箱上作順時(shí)針?lè)较蚯蚁喔?5°的8個(gè)標(biāo)記，認(rèn)真測(cè)量三合環(huán)到隔板箱端面的距離，并在檢修記錄表上記錄?！?〕圈壓緊螺栓上緊力的計(jì)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(huán)后，再退半扣。在運(yùn)行過(guò)程中假設(shè)發(fā)現(xiàn)有漏現(xiàn)象時(shí)，則通過(guò)上緊圈壓緊螺栓，使壓緊力作用到殼程墊片上，從而到達(dá)密封效果。在操作時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)漏，此時(shí)圈壓緊螺栓壓力等于管、殼程壓產(chǎn)生的軸向力P1、P2與殼程墊片工作時(shí)的反力G〔數(shù)值上等于墊片操作時(shí)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(cè)由差壓引起的軸向力，N，上已計(jì)算P1=3145000N；G——操作時(shí)墊片密封所需的預(yù)緊力，N，上已計(jì)算G=598000N；P——管程設(shè)計(jì)壓力，Mpa，P=16.91Mpa=16.91N/mm2；Do——壓環(huán)的外徑，mm，Do=889mm；Di——壓環(huán)的徑，mm，Di=811mm；S——壓環(huán)的面積，mm2，S=π/4×〔Do2-Di2〕=104091mm2；P2——管程壓產(chǎn)生的軸向力，N，P2=P×S＝1760179N；則，操作時(shí)螺栓的載荷：W3=P1+P2+G=5503179N則，單個(gè)螺栓的預(yù)緊力：F1=W3/N2〔6〕式〔6〕中：W3——操作時(shí)螺栓的載荷，N，W3=5503179N；N2——法蘭螺栓的數(shù)量，個(gè)，N2=44個(gè)；則，單個(gè)螺栓的預(yù)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(gè)螺栓的預(yù)緊力，N，F(xiàn)1=125072N；M2——擰緊力矩系數(shù)，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(jì)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(shí)由法蘭螺栓所加的預(yù)緊力，這是因?yàn)槿壕o螺栓所提供的壓緊力在克制由壓產(chǎn)生的軸向力之后，剩余的壓緊力作用在殼程墊片上產(chǎn)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(shí)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(yù)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(yīng)過(guò)大，以免壓緊力過(guò)大將墊片壓至與槽一樣高。5.2管程墊片預(yù)緊力數(shù)值的計(jì)算計(jì)算過(guò)程根本同上5.1中的法蘭螺栓預(yù)緊力的計(jì)算過(guò)程，只不過(guò)有局部參數(shù)及在計(jì)算操作時(shí)螺栓載荷中的P1有所差異。在計(jì)算外圈壓緊螺栓的預(yù)緊力時(shí)，P4=π/4×〔Dc’2-Dr12〕×P3〔8〕式〔8〕中：Dc’——管程墊片壓緊作用的計(jì)算直徑，mm，Dc’=1072.4mm；Dr1——外壓環(huán)的徑，mm，Dr1=1015mm；P3——操作差壓，MPa，P3=18.0MPa；計(jì)算結(jié)果：外圈壓緊螺栓擰緊力矩：T=T3=638.24Nm只要每一個(gè)外圈壓緊螺栓上緊力矩到達(dá)638.24Nm，可保證管程密封。但考慮到一些其它因素，在實(shí)際操作中為確保殼程的密封效果，最好同時(shí)做以下幾個(gè)方面的工作：①拆卸時(shí)，在螺紋鎖緊環(huán)的端面，殼體的端面以及管箱蓋板的端面作相對(duì)角度