摘要：介紹了螺紋環(huán)鎖緊式換熱器的設(shè)計、結(jié)構(gòu)特點、制造工藝以及典型的螺紋環(huán)鎖緊式換熱器的主要技術(shù)參數(shù),闡述了產(chǎn)品制造過程的質(zhì)量控制。

　　關(guān)鍵詞：高壓換熱器;加氫;螺紋環(huán)鎖緊式;設(shè)計;制造;質(zhì)量

　　中圖分類號：TQ 050.6; TQ 051.3　文獻標志碼: B

　　加氫裂化裝置是石油煉制中的重要裝置,該裝置中用于反應(yīng)物與進料、新氫循環(huán)氫等高溫高壓、含不凝氣、兩側(cè)相變的換熱器一般均采用螺紋環(huán)鎖緊式換熱器。該種換熱器的傳熱技術(shù)是荷蘭ABB魯姆斯傳熱公司的專利。為了實現(xiàn)國產(chǎn)化要求,提高我國螺紋環(huán)鎖緊式換熱器設(shè)計和制造水平,在吸收國外設(shè)計和制造這類換熱器經(jīng)驗基礎(chǔ)上,中石化北京設(shè)計院和蘭州石油化工機器廠協(xié)作,成功地為天 津石化設(shè)計和制造了3臺高壓雙殼程螺紋環(huán)鎖緊式換熱器。文中以此為例介紹高壓加氫螺紋環(huán)鎖緊式換熱器的結(jié)構(gòu)及其制造情況。

　　1　設(shè)備技術(shù)參數(shù)

　　天津石化3臺高壓加氫螺紋環(huán)鎖緊式換熱器型式為雙殼程雙管程U形管式換熱器,由管箱、殼體、管束、螺紋鎖緊環(huán)、管箱壓蓋、分程隔板以及壓環(huán)等組成。其結(jié)構(gòu)示意見圖1,設(shè)計參數(shù)為,殼程設(shè)計壓力15.02 MPa,工作壓力14. 3 MPa,試驗壓力20.08 MPa;設(shè)計溫度370℃,工作溫度334℃;內(nèi)徑Φ1 200 mm,壁厚(72 mm +6.5 mm)/(225 mm +6. 5 mm);介質(zhì)為混合油。管程設(shè)計壓力為13.8 MPa,工作壓力為13. 0 MPa,試驗壓力為 19.0 MPa;設(shè)計溫度420℃,工作溫度391℃;內(nèi)徑Φ1 276 mm,厚度不等;介質(zhì)為反應(yīng)產(chǎn)物。單臺換 熱面積750m2,體積11.7 m3,設(shè)備質(zhì)量79.25 t,U形換熱管外徑Φ19 mm,壁厚2.2~2.7mm,直段管長7500 mm,數(shù)量861根。

　　2　結(jié)構(gòu)特點

　　(1)雙殼程、雙管程　換熱器采用雙殼程時的傳 熱效率高于單殼程。雙殼程中的介質(zhì)可實現(xiàn)全逆流 換熱。由單殼程分成雙殼程,換熱器的流通截面積 減少一半,介質(zhì)的流速可增加一倍,提高了傳熱效率。有資料顯示,雙殼程換熱器的傳熱效率比單殼程換熱器的傳熱效率約高20%。換熱器結(jié)構(gòu)采用雙管程,在內(nèi)套筒中設(shè)置有管程進、出口的分隔室, 室端用半圓蓋將進、出口隔絕。雙管程可以使換熱管內(nèi)、外傳熱接近純逆流傳熱,溫度校正系數(shù)接近 1.0。因此,可大幅減少傳熱面積。

　　(2)雙密封　螺紋環(huán)鎖緊式換熱器比一般換熱 器多了一個管板的內(nèi)密封結(jié)構(gòu),密封力是通過分割 環(huán)、分程箱和管板逐件傳遞的。管程與殼程之間的 密封是用密封纏繞墊片由頂壓螺栓通過管程內(nèi)套 筒、盤根及管板壓緊實現(xiàn)。管箱密封是通過外壓緊 螺栓和外壓桿壓緊外密封圈實現(xiàn)。殼體程與程之間 設(shè)有密封隔板和墊片來密封。為避免長期高溫條件 下使用導(dǎo)致不銹鋼隔板變形而產(chǎn)生泄漏,管程均采 用平面密封,管箱程與程之間設(shè)有密封帶或盤根。

　　(3)用大螺紋代替主螺栓　高壓雙殼程螺紋環(huán) 鎖緊式換熱器的殼體和管箱鍛焊成一體,所以無大 型設(shè)備法蘭和相應(yīng)的大型螺栓-螺母連接,將普通換 熱器的主螺栓結(jié)構(gòu)改為管箱、承壓環(huán)的大螺紋和小 規(guī)格的壓緊螺栓結(jié)構(gòu),其中管箱及螺紋鎖緊環(huán)采用 短齒梯形螺紋。從密封角度上,結(jié)構(gòu)合理,壓緊墊片 的螺栓只承受墊片壓緊力,與內(nèi)壓幾乎無關(guān)。因此, 密封有保證,減少了外漏的可能性,操作上安全可 靠,一旦運行過程中發(fā)現(xiàn)管程密封處泄漏或者管殼 程間串漏,設(shè)備可不停止運行,利用端面的外圈壓緊 螺栓和內(nèi)圈壓緊螺栓進行緊固,即可消除泄漏,達到 密封要求[1]。上述結(jié)構(gòu)使得換熱器殼程出口接管可 以設(shè)置在盡可能靠近管板的地方,使換熱管長度方 向的面積得到充分利用,降低單位換熱面積的金屬 耗量。

　　(4)機加工件多　螺紋環(huán)鎖緊式換熱器的結(jié)構(gòu) 較復(fù)雜,機加工件多,加工量大。

　　(5)裝配困難　結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件數(shù)量多導(dǎo)致裝配 困難,安裝與拆卸均需要使用專用工裝。

　　(6)其它　此換熱器具有體積小、占地面積小、 結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省材料及泄漏點少等特點。

　　3　材料

　　該高壓換熱器管程和殼程介質(zhì)均含氫氣+硫化 氫氣體,設(shè)計與制造要求與加氫反應(yīng)器類同。選材 應(yīng)考慮硫化氫的腐蝕,按溫度不同而選擇不同材 料。管、殼程殼體均選用2.25Cr-1Mo(SA-336)加 內(nèi)部堆焊E309L+E347。管材一般選用TP321 (0Cr18Ni10Ti)。

　　對有硫化氫腐蝕的高溫部位,應(yīng)該在母材上堆 焊奧氏體不銹鋼。

　　所有與介質(zhì)接觸的內(nèi)件均采用SA-240 321奧 氏體不銹鋼,內(nèi)密封纏繞墊采用石墨帶及321不銹 鋼帶制成,內(nèi)部的頂壓螺栓采用奧氏體高合金鋼 SA-453 660B。

　　內(nèi)、外壓緊螺栓以及內(nèi)、外壓桿材質(zhì)采用 25Cr2MoVA,換熱管采用SA-213 TP321材質(zhì)。

　　4　制造質(zhì)量控制要點

　　螺紋環(huán)鎖緊式換熱器除具有高溫高壓臨氫設(shè)備 的所有特點外,還具有前文所述的各種設(shè)計和結(jié)構(gòu) 特點。因此,在其制造過程中,應(yīng)根據(jù)這些特點制定 相應(yīng)的控制措施,保證制造質(zhì)量達到設(shè)計要求。

　　由于結(jié)構(gòu)特殊、制造工序復(fù)雜及工藝要求高,所 以在設(shè)備制造中對焊接、熱處理、機加工等必須實行 全過程監(jiān)控,對設(shè)備質(zhì)量有重大影響的主要環(huán)節(jié)和 那些易產(chǎn)生問題的危險點應(yīng)制定相應(yīng)的措施,努力 消除質(zhì)量隱患。

　　4.1　材料

　　2.25Cr-1Mo應(yīng)采用電爐冶煉,真空脫氧工藝, 使雜質(zhì)及微量元素盡可能減少,以得到細晶粒的純 鎮(zhèn)靜鋼。對化學(xué)成分中微量元素的控制是降低回火 脆性的最有效途徑。

　　現(xiàn)場監(jiān)理人員除了見證冶煉、脫氣、鍛制、性能 熱處理、審查材料質(zhì)保書、檢查外觀質(zhì)量以及核對材 料標記外,還必須見證按技術(shù)條件或圖樣規(guī)定進行 的各種復(fù)驗。在復(fù)驗中應(yīng)注意取樣位置、數(shù)量、試樣 的模擬熱處理狀態(tài)以及J、X系數(shù)的計算復(fù)核。

　　4.2　焊接

　　產(chǎn)品正式施焊前,應(yīng)核查工廠焊接工藝評定的 有效性和覆蓋性、施焊焊工的資格、焊接材料的牌號 規(guī)格及其質(zhì)保書。施焊中,應(yīng)注意焊接工藝紀律的 執(zhí)行,盡量避免返修。施焊后,焊縫金屬化學(xué)成分、 堆焊層化學(xué)成分和鐵素體數(shù)測定等都應(yīng)列入檢查內(nèi) 容之中。

　　為防止2.25Cr-1Mo材料在焊接過程中出現(xiàn)馬 氏體組織,導(dǎo)致產(chǎn)生冷裂紋,監(jiān)造人員應(yīng)時刻注意現(xiàn) 場施焊條件是否符合焊接工藝規(guī)程,尤其應(yīng)注意焊 前預(yù)熱和焊后消氫(或消應(yīng)力)的實施。不銹鋼堆焊 時要注意檢查電流、電壓、速度、層間溫度、帶極伸出 長度及焊道間的搭接量等,嚴格控制堆焊時的層間 溫度,避免因溫度過高產(chǎn)生熱裂紋。

　　由于結(jié)構(gòu)的特殊性,為保證殼程隔板密封的可 靠性,對板焊結(jié)構(gòu)的殼程筒體應(yīng)控制其圓度及環(huán)焊 縫錯邊量不大于1 mm�？刂茍A度就要嚴格控制下 料尺寸和基材焊縫棱角度,為此,可以在筒體堆焊后 對內(nèi)壁和密封處上、下部位進行機械加工。

　　管箱接管與管箱筒體焊接以及筒體內(nèi)部堆焊造 成的筒體變形只能用機加工的方法來解決。焊接該 類焊縫除應(yīng)注意控制焊接時的熱輸入量外,還必須 采取防變形措施,如制備工裝減少變形。其次,機加 工時以短軸作為加工基準,避免出現(xiàn)堆焊層厚度不 勻或不夠的現(xiàn)象。

　　雙聯(lián)結(jié)構(gòu)時,受焊接角度的影響,工藝連接管焊 接時不利觀察。該焊縫為鎳基焊材,施焊時應(yīng)控制 線能量,嚴格控制層間溫度不能超標。

　　4.3　熱處理

　　在加氫設(shè)備的制造過程中,熱處理必不可少,且 重復(fù)次數(shù)多。因此,應(yīng)注意中間熱處理是否有應(yīng)該 熱處理而沒有熱處理,即熱處理工藝執(zhí)行的情況。 對最終熱處理,要檢查熱電偶內(nèi)外壁布置情況,對于局部最終熱處理,除要檢查內(nèi)外壁布偶情況外,還要 檢查熱處理的設(shè)備和保溫措施。對于不銹鋼焊接 件,其穩(wěn)定化處理應(yīng)當嚴格執(zhí)行圖樣和工程標準的要求。

　　由于螺紋環(huán)鎖緊式換熱器管箱的梯形螺紋必須在最終熱處理后加工,為了使已加工成型的管箱螺紋不再受熱,對管箱筒體環(huán)向焊接接頭應(yīng)進行局部最終熱處理。但管箱各部位壁厚不等,形狀不規(guī)則, 因此,在熱處理過程中必須注意升、降溫速度應(yīng)緩慢。局部最終熱處理的設(shè)備采用中頻感應(yīng)加熱裝置效果比較理想。

　　不銹鋼U形換熱管固溶處理是為了避免管子彎曲部位在使用過程中引起應(yīng)力腐蝕。因此,在進行熱處理時,要檢查熱處理的工具,尤其是電夾卡具等,應(yīng)查看是否對夾持部位有損傷,彎管水壓試驗時也要注意查看此部位有無異常。

　　4.4　無損檢測

　　在加氫設(shè)備制造過程中,不同部位的無損檢測方法不盡相同。主體焊縫甚至要求用多種方法進行檢測,且在不同制造階段要反復(fù)進行。所以,除了制造單位的質(zhì)檢、質(zhì)管人員要嚴格按制造工藝檢查外, 監(jiān)理人員也要經(jīng)常督促和查看工廠分階段實施這些檢查,并要求工廠及時提供檢測報告。

　　對X射線檢測,監(jiān)理人員應(yīng)逐張對底片進行確 認,重要部位的超聲波檢測,監(jiān)理人員要到場見證 (如接管與封頭或與筒體的焊縫),對有懷疑的部位 應(yīng)要求工廠復(fù)檢,對表面無損檢測應(yīng)盡量到場見證。 雙聯(lián)結(jié)構(gòu)的工藝連接管焊縫的射線檢測存在一 定的盲區(qū),不能完全達到100%,盲區(qū)部位的焊接質(zhì) 量只能以焊接工藝和焊工的技能水平來保證,但應(yīng) 進行100%PT檢測。

　　4.5　機械加工

　　管箱內(nèi)螺紋、螺紋鎖緊環(huán)外螺紋和管箱密封件的加工精度和配合尺寸將直接影響到換熱器密封的可靠性和產(chǎn)品的安全性。因此,有關(guān)的加工精度及配合尺寸均需實測。加工后和試壓前均需對密封面進行檢查。

　　管箱具有直徑大、長度長、內(nèi)部密封件多及加工精度要求高的特點,加工時首先要確定基準,一次裝卡定位進行加工。為保證管箱內(nèi)、外螺紋加工的尺寸精度,一般采用數(shù)控鏜銑加工中心加工。

　　管板兩側(cè)(管程側(cè)、殼程側(cè))的2個密封面應(yīng)完 全平行,管板、折流板、支持板等應(yīng)采用同一數(shù)控鉆床和同一編程鉆孔,以保證孔間距的精度及相關(guān)零件同軸度。采用數(shù)控鉆床加工管孔時,用數(shù)控鉆床按管板孔的編程鉆孔窩后再鉆通孔。

　　折流板類型多、片數(shù)多,應(yīng)整板下料,板面校平后進行鉆孔。

　　殼程不銹鋼分程隔板尺寸大、厚度小、加工易變 形、不易裝卡。制造廠應(yīng)制定合理的加工工藝,以保 證隔板的加工精度。隔板下料時應(yīng)控制對角線長度 不大于1.5 mm,加工時注意淚孔不要遺忘。

　　4.6　部件裝配

　　(1)管束裝配�、僬哿靼�、支持板管孔應(yīng)無毛 刺,以防止劃傷管壁。②穿管時不允許強行敲打,防 震桿應(yīng)與換熱管貼緊且兩端與連接板焊接固定,連 接板與管束支持板也應(yīng)焊接固定。③注意管束隔板 密封帶應(yīng)向殼體入口側(cè)彎曲。④滑道板伸出折流板 和支持板的高度以及焊腳高度應(yīng)符合圖樣規(guī)定。⑤ 管束裝入殼體前必須酸洗鈍化并檢查定位管固定螺 母是否擰緊。⑥檢查內(nèi)部滑道尺寸及管束外圓和隔 板尺寸,滑道邊緣應(yīng)光滑無毛刺。

　　(2)內(nèi)件裝配　為了使設(shè)備內(nèi)件能準確裝入殼 體,應(yīng)制備一定的組裝胎具,如螺紋環(huán)裝、拆工具及 螺紋保護胎具等,對各配合件逐件進行試組裝。

　　4.7　檢驗

　　整體檢驗包括外觀檢查、組裝檢驗、壓力試驗、 水壓試驗后的無損檢測以及油漆、設(shè)備銘牌、包裝發(fā) 運(和出廠文件)的審查。除了管口方位要在開孔前 進行方位、尺寸復(fù)核外,外觀檢查(包括預(yù)焊件檢查)必須在設(shè)備最終熱處理前進行,檢查合格后,設(shè)備才 能進行最終熱處理。

　　進行管殼程水壓試驗(即壓差試驗)時,由于管板是按差壓設(shè)計的,所以試壓程序必須嚴格按技術(shù)條件要求,管?殼程壓力差始終小于圖樣規(guī)定的壓力。壓力試驗時,要注意觀察信號孔有無滲漏,注意壓力表有無變化。

　　噴漆前應(yīng)對殼體外表面進行噴砂除銹,并達到 有關(guān)標準對噴砂的級別要求。油漆牌號、層數(shù)、漆膜厚度均應(yīng)符合圖樣或技術(shù)條件的要求。

　　設(shè)備方位和重心標記應(yīng)清晰可見,符合技術(shù)協(xié)議的要求。所有接管應(yīng)用防水材料遮蓋密封包裝, 盲板螺栓預(yù)緊。裝箱備件型號、數(shù)量應(yīng)與訂貨清單一致。

　　設(shè)備充分干燥后由開口接管充入一定壓力的氮氣進行保護。

　　5　結(jié)語

　　高壓加氫裂化裝置采用雙殼程、雙管程螺紋環(huán)鎖緊式換熱器,雙殼程、雙管程的設(shè)置可以達到減少換熱面積和提高換熱效率的目的,此2項可節(jié)約投 資20%~30%。因此,高壓加氫裂化裝置螺紋環(huán)鎖緊式換熱器的國產(chǎn)化及其采用雙殼程、雙管程具有重大的經(jīng)濟意義。目前,國內(nèi)制造的最大螺紋環(huán)鎖緊式換熱器直徑達Φ1 700 mm,已用于青島大煉油項目。因此,掌握高壓螺數(shù)環(huán)鎖緊式換熱器制造技術(shù),提高其制造質(zhì)量,是提高我國石化裝備行業(yè)制造水平的重要內(nèi)容。

　　參考文獻:

　　[1]　吳　淳,張永梅.螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的制造[J].石油化工設(shè) 備,2007,36(增):50-52.

　　[2]　王金光.大型高溫高壓螺紋鎖緊環(huán)式雙殼程換熱器的設(shè)計[J]. 壓力容器,2002,19(4):8-10.

本文地址：http://www.kjdzwh.cn/tech-detail/t213759.html