螺纹锁紧环式换热器的制造

来源：发布时间：2014-07-14 11:21:49点击率：

螺纹锁紧环式换热器是用于高温、高压工况下的热交换设备,国内外大型炼油企业在加氢裂化及重油加氢脱硫装置中均采用这种型式的换热器。它不仅具有耐高温、耐高压、结构紧凑、泄漏点少及密封可靠的特点,而且还具有设备占地面积小、节约材料的优点。螺纹锁紧环式换热器在操作运行过程中,如果出现了泄漏现象,不需要停车,只需紧固内、外压紧螺栓即可达到密封效果。但该种设备也存在结构复杂、内件较多、机加工量大、装配困难和拆卸时需要专用工具的不足之处。其结构见图1。



1.垫片　2.管板　3.盘根压环Ⅱ　4.盘根　5.盘根压环Ⅰ　6.箱内套筒　7.顶压螺栓　8.分合环　9.压环　10.支架11.外密封圈　12.密封盘　13.内压圈　14.外压圈　15.螺纹承压环　16.外压杆　17.内压杆　18.外压紧螺栓　19.内压紧螺栓　20 .压盖

                         图1H-H型螺纹锁紧环换热器结构简图

    1·设计参数及结构特点

    螺纹锁紧环换热器适用范围较广,据不完全统计,其管程设计压力为9.0~20.0 MPa,壳程设计压力为2.5~20.0 MPa。管、壳程的设计温度均在220~435℃。管、壳程的操作介质一般为H2、油气(含H2S)等。设备公称直径一般在Φ600~Φ1 600mm,设备主体材料通常选用2.25Cr-1Mo、1.25Cr-0.5Mo-Si、15CrMo和16Mn,换热器管束部件通常选用0Cr18Ni10Ti或15CrMo。

    螺纹锁紧环换热器的管板置于管箱筒体内,管箱压盖由螺纹承压环固定,筒体上的开孔采用整体补强结构,管束采用U型管结构可以减少密封点,管程和壳程介质是纯逆向流动,壳程的密封是通过紧固内圈压紧螺栓—内压杆—内压圈—压环—顶压螺栓—分合环—管箱内筒—盘根压环I—盘根—盘根压环II—管板—垫片的顺序逐渐进行传递至压紧,从而保证设备的密封性;管程密封是通过紧固外圈压紧螺栓—外压杆—外压圈—密封盘—外密封垫圈的顺序逐渐进行传递至压紧,从而保证设备的密封性。

    此结构特点是管程由内压引起的轴向力通过管箱盖板、螺纹承压环、管箱本体、管束承受;壳程由内压引起的轴向力通过管板、管箱内套筒、分合环、顶压螺栓及壳体本体承受。

    2·制造特点

    为了保证产品质量达到设计文件的要求,需要制定出正确、合理、可靠的制造工艺,并要求对以下关键工序的质量进行特殊的控制。

    2.1　筒体成型

    设备筒体由管程筒体和壳程筒体两部分组成。一般情况下,管程筒体选用锻件制作;壳程筒体选用板材制作,钢板厚度在40~120 mm。组成壳程圆筒的各筒节采用自动切割机火切下料,同时制备出纵缝坡口,然后在卷板机上完成卷制成型,焊接筒节的纵焊缝及进行消除应力热处理,机械加工筒节的内表面及其环缝坡口,再将尺寸加工合格的各筒节组焊在一起,完成壳程筒体的制作。

    壳程筒体上的封头采用整张钢板在水压机上热冲压成型,成型后进行恢复状态热处理,然后加工环缝坡口。

    2.2　焊接

    螺纹锁紧环式换热器的主体材质大部分采用Cr-Mo钢,鉴于此钢种对焊接热裂纹敏感性较强、加之焊缝溶氢和焊接应力等因素的影响,在焊接过程中易产生焊接裂纹及焊后产生延迟裂纹,因此,在焊接过程中必须采用焊前预热、控制层间温度、焊后消氢处理及焊后消除应力热处理等措施,其具体工艺参数见表1。



    所有焊缝在进行消除应力热处理前,焊缝坡口及其两侧(1倍壁厚)范围内的母材温度应始终维持不低于预热温度且不高于层间温度,焊接过程中如果必须间断,应维持焊缝坡口及两侧各1倍壁厚范围内处于预热温度状态,直至重新焊接,否则在暂停工作后应立即进行消氢处理。

    2.3　管束加工

    管束材质绝大多数都采用0Cr18Ni10Ti,管板厚度一般介于215~320 mm。为保证管板钻孔后换热管中心线与管板密封面的垂直度,及管板上各管桥宽度达到图样要求,管板上的全部管孔采用数控钻床加工。

    U型换热管采用整根钢管煨制,对弯管部分(包括300 mm直管)进行固溶及酸洗钝化处理,并在用于组装管束前进行单根水压试验,试验压力为2倍设计压力且不大于19 MPa。

    2.4　螺纹加工

    管箱、承压环螺纹采用进口数控镗铣床加工,并使用经一次磨刀即可完成全长螺纹线加工的成型铣刀,以保证整个螺纹的加工精度。螺纹可以先选用三面刃铣刀开槽,再用螺纹成型铣刀精铣的方法达到图样要求的尺寸。

    2.5　热处理

    Cr-Mo钢焊接及热处理按照相关图样及技术条件执行即可。为保证设备内部零件的加工尺寸达到图样要求,对分程管箱部件增加了稳定化处理,即随炉加热至870℃后,保温3~4 h后空冷。对支架部件增加了定型热处理,即随炉加热至430℃,保温2~3 h后空冷。

    2.6　设备螺栓紧固

    整个设备的螺栓紧固应使用带有能控制预紧力的液压扳手或可调力矩的手动扳手进行操作,紧固前应将每个螺孔内及螺栓表面清理干净,并在螺纹表面涂上耐高温咬合剂,所有螺栓采用对称预紧和对称紧固的方法进行操作,紧固时用力要均匀。螺栓力矩值可按M=Fμd×10-3计算。其中,F为螺栓预紧力,N;μ为系数,常规可取μ=0.2;d为螺栓直径,mm。

    2.7　其它注意事项

    (1)由于设备结构上的限制,在管束装配时需要使用专用的胎具,保证管束与壳体装配后的尺寸精度要求。

    (2)保证管箱筒体内部堆焊后的所有加工尺寸、垂直度、倾斜度及粗糙度达到图样要求。

    (3)保证盘根压环内、外径与相邻件之间的间隙小于2 mm。

    (4)在管板下部两侧各30°方位上焊定位点,以保证管束与设备的同轴度。

    (5)壳程水压试验时如果出现渗漏,应首先检查调整各内构件,再紧固顶压螺栓,直至合格。

    3·结语

    螺纹锁紧环换热器生产的经济效益和社会效益非常可观,与进口同类型国外产品相比,在国内制造可节约费用近50%。目前,国内制造该类高压换热器的工艺及质量水平已达到国际水平。

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