D形螺栓u形管式高壓換熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油加工工業(yè)所用的U形管式高壓換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著原油質(zhì)量的日益貧差、國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及對環(huán)保要求的不斷提高，發(fā)展低硫清潔燃料的需求日益迫切。加氫精制、加氫裂化、加氫脫硫等加氫處理工藝是改變油品性質(zhì)的重要手段，而加氫換熱器是加氫工藝流程中必不可少的設(shè)備，也是重要的節(jié)能降耗設(shè)備。
[0003]加氫裝置中的介質(zhì)易燃易爆，且設(shè)備工作環(huán)境惡劣:高溫、高壓、介質(zhì)含氫與硫化氫，要求設(shè)備具有很高的密封可靠性。目前國內(nèi)外的加氫換熱器一般采用螺栓法蘭式換熱器、Ω密封環(huán)換熱器、螺紋鎖緊環(huán)換熱器和隔膜密封換熱器。
[0004]螺栓法蘭式換熱器，其管板兩側(cè)為兩個(gè)對焊鋼法蘭，管板與大法蘭之間為墊片。墊片類型有纏繞式墊片、波齒復(fù)合墊片、金屬平墊片和八角墊片等。密封機(jī)理為通過擰緊大法蘭上的主螺栓壓緊墊片，使墊片發(fā)生彈性或塑性變形而實(shí)現(xiàn)密封，從而阻止介質(zhì)泄露。法蘭上的螺栓工作時(shí)需要承受介質(zhì)壓力產(chǎn)生的軸向力和墊片密封力。該結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，便于設(shè)計(jì)制造。但在壓力較高(1MPa以上)和設(shè)備尺寸較大時(shí)，這種密封結(jié)構(gòu)的可靠性并不好，且螺栓和法蘭的尺寸很大很笨重。
[0005]Ω密封環(huán)換熱器是在螺栓法蘭結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，其密封原理是:在螺栓法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)中，將兩個(gè)Ω半環(huán)組焊成Ω形密封環(huán)，半環(huán)的另一端分別焊在法蘭和管板上。半環(huán)之間、半環(huán)和法蘭、半環(huán)和管板之間均通過焊接連接，不存在泄漏點(diǎn)。Ω形密封環(huán)無需變形即可實(shí)現(xiàn)密封，還可以起到類似膨脹節(jié)的作用，可在介質(zhì)溫度與壓力波動(dòng)時(shí)起到軸向補(bǔ)償?shù)淖饔?，而法蘭上的螺栓僅需承受介質(zhì)內(nèi)壓產(chǎn)生的軸向力，因此螺栓力較小，法蘭尺寸減小，重量也減輕了。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是密封可靠，結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)與制造均較簡單。缺點(diǎn)是Ω密封環(huán)內(nèi)會積存液體，若介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)此處就易發(fā)生腐蝕失效，此外，Ω密封環(huán)處的安裝與焊接要求較高、施焊難度大，其每次拆裝均需先切割再焊接，步驟繁瑣且易損壞密封環(huán)。
[0006]螺栓法蘭式換熱器和Ω密封環(huán)換熱器均采用設(shè)備法蘭聯(lián)接。由于管板兩側(cè)法蘭長度較長，導(dǎo)致?lián)Q熱器殼程出入口距管板的距離較長，換熱死區(qū)較大，換熱器效率較低，而加設(shè)導(dǎo)流筒則會增加換熱器的壓降。
[0007]螺紋鎖緊環(huán)換熱器(參見《石油化工廠設(shè)備檢修手冊(第八分冊換熱器)》2005年I月第I版第238?240頁)，是目前在高壓加氫裝置上廣泛使用一種高壓換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是:(1)密封可靠、壓緊螺栓直徑小。因其本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由內(nèi)壓引起的軸向力通過管箱蓋板和螺紋鎖緊環(huán)而由管箱筒體承受。因此加給密封墊片的面壓力小，螺栓小，便于擰緊，很容易發(fā)揮密封效果。在工作狀態(tài)下，如果發(fā)現(xiàn)管程泄露或管殼間串漏時(shí)，利用露在外面的外圈壓緊螺栓或內(nèi)圈壓緊螺栓再擰緊就可以消除泄露；(2)泄露點(diǎn)少。管箱筒體和殼程筒體是鍛成或焊為一體的，沒有大法蘭且換熱器開口接管直接與管線焊接，可杜絕這些部位可能產(chǎn)生的泄露；(3)結(jié)構(gòu)緊湊、換熱面積利用率高。由于換熱器管箱筒體與殼程筒體為一體，殼程開口接管就可設(shè)置在盡可能靠近管板的地方，換熱管長度方向的利用率得到提高，避免了換熱死區(qū)的不利影響；(4)全機(jī)械拆裝，不需要像Ω密封環(huán)結(jié)構(gòu)那樣進(jìn)行焊割。螺紋鎖緊環(huán)換熱器的缺點(diǎn)是:(I)制造難度大、技術(shù)要求高。由于螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱的特殊性，其制造時(shí)殼程筒體幾何尺寸和殼程筒體直線度的控制、螺紋鎖緊環(huán)大螺紋的加工技術(shù)等都給制造帶來很大的困難；(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)件多、裝配要求高。管箱密封結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，管箱內(nèi)件間配合要求高，除了管箱端部內(nèi)螺紋與螺紋鎖緊環(huán)外螺紋之間的精密配合外，內(nèi)外圈壓環(huán)與螺紋鎖緊環(huán)、分合環(huán)與管箱凹槽之間等都有嚴(yán)格的公差配合要求，且大直徑鎖緊環(huán)等結(jié)構(gòu)的裝拆均需專用工具，裝拆困難，此外零部件的機(jī)加工量也很大，又總質(zhì)量大，使得制造成本相當(dāng)高；(3)管殼程之間的內(nèi)部竄漏不易發(fā)現(xiàn)。
[0008]隔膜密封換熱器類似于螺紋鎖緊環(huán)換熱器，其管殼程一體，管板內(nèi)置，內(nèi)部螺栓與內(nèi)圈螺栓同時(shí)保證管板處密封。但管箱密封有所不同:管程密封通過將隔膜密封盤外緣焊接在管箱端部上實(shí)現(xiàn)的，而平蓋上的主螺栓則承擔(dān)了管程壓力。該密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有:管程一般不發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)少，換熱面積浪費(fèi)少，構(gòu)造相對簡單，成本較低等。缺點(diǎn)有:(1)隔膜密封盤外緣的焊接工作會因空間狹小而變得相當(dāng)困難，且由于受熱不均使得兩者熱膨脹量不同，密封焊處容易產(chǎn)生裂紋開裂失效；(2)密封焊處不是全熔透結(jié)構(gòu)，還存在著很小的縫隙，容易造成介質(zhì)濃度增大而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂失效；(3)當(dāng)介質(zhì)壓力很高、設(shè)備直徑很大時(shí)，平蓋會因?yàn)槭芰η闆r不佳而需要很大的厚度，相應(yīng)地，主螺栓的尺寸也會增大，造成管箱端部結(jié)構(gòu)笨重且裝拆困難。因此，隔膜密封結(jié)構(gòu)的適用場合也有限，比較適合對密封要求高，直徑較大，但壓力不是很高的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:螺栓法蘭式換熱器不適合高溫高壓場合，Ω密封環(huán)換熱器裝拆過程焊接、切割工作量大，拆裝困難，不耐腐蝕，且這兩種換熱器的換熱死區(qū)大；螺紋鎖緊環(huán)換熱器裝拆需要專人專具，主螺紋等結(jié)構(gòu)的機(jī)加工量大且制造精度高，裝拆過程中容易出現(xiàn)咬死，裝拆不便，管箱笨重，制造成本高；隔膜密封換熱器隔膜密封盤焊接處易開裂、腐蝕失效，高壓時(shí)主螺紋尺寸很大使得管箱結(jié)構(gòu)笨重且裝拆困難。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0011]一種D形螺栓U形管式高壓換熱器，包括殼程筒體(21)、管箱筒體(13)，殼程筒體(21)與管箱筒體(13)之間設(shè)有管板(18)，管箱筒體(13)內(nèi)設(shè)有分程箱(15)、定位環(huán)
(28)、分合環(huán)(30)、內(nèi)部螺栓(29)、內(nèi)套筒(31)、壓環(huán)(I)、密封盤(2)，管箱筒體(13)端部設(shè)有平頂蓋(3)，兩者之間采用沿環(huán)向偏心均布的D形螺栓(7)連接，平頂蓋(3)與管箱筒體(13)臺階面間依次設(shè)有密封盤(2)和外密封墊片(12)，密封盤(2)為一整體結(jié)構(gòu)圓盤，由圓周向圓心依次由密封段(201)、柔性段(202)和加強(qiáng)段(203)組成，密封段(201)與外密封墊片(12)相對布置，柔性段(202)與壓環(huán)(I)相對布置，密封盤(2)與平頂蓋(3)相對的一面為平面，緊貼于平頂蓋(3)的端面，平頂蓋(3)上設(shè)有內(nèi)圈壓緊螺栓(6)和內(nèi)壓桿
(5)，通過內(nèi)圈壓環(huán)(4)經(jīng)密封盤(2)的柔性段(202)、壓環(huán)⑴和內(nèi)套筒(31)壓緊分程箱
(15)的一端并使分程箱(15)另一端壓緊管板(18)，平頂蓋(3)上設(shè)有外圈壓緊螺栓(8)和外壓桿(9)，通過外圈壓環(huán)(10)經(jīng)密封盤(2)的密封段(201)壓緊外密封墊片(12)，管箱筒體(13)內(nèi)側(cè)開槽處設(shè)有分合環(huán)(30)，內(nèi)部螺栓(29)利用分合環(huán)(30)經(jīng)定位環(huán)(28)和環(huán)墊(14)壓緊分程箱(15)的一端并使分程箱(15)另一端壓緊管板(18)。
[0012]D形螺栓(7)為沿普通螺栓軸向削去約1/4圈螺紋弧長，其橫截面呈“D”形，沿環(huán)向偏心均布在管箱筒體(13)端部與平頂蓋(3)之間。
[0013]D形螺栓(7)螺紋孔3/4開在平頂蓋(3)上，另1/4開在管箱筒體(13)端部上，夕卜圈壓緊螺栓(8)和外壓桿(9)置于D形螺栓(7)芯部，平頂蓋(3)上周向均布安裝內(nèi)圈壓緊螺栓(6)、內(nèi)壓桿(5) ο
[0014]D形螺栓(7)螺紋孔3/4開在管箱筒體(13)端部上，另1/4開在平頂蓋(3)上，平頂蓋⑶上周向均布安裝內(nèi)圈壓緊螺栓(6)、內(nèi)壓桿(5)和外圈壓緊螺栓(8)、外壓桿(9)。
[0015]平頂蓋(3)組件的環(huán)向定位采用D形定位銷(32)，即沿普通定位銷軸向削去1/4圈弧長，其橫截面呈“D”形，定位孔的3/4可開在平頂蓋(3)或管箱筒體(13)端部上。
[0016]外密封墊片(12)為纏繞墊或波齒復(fù)合墊或不銹鋼C形密封環(huán)。
[0017]采用本發(fā)明，具有如下的有益效果:
[0018]首先，與隔膜密封換熱器相比，本發(fā)明的有益效果如下。
[0019]1、本發(fā)明密封采用墊片密封，沒有隔膜密封盤邊緣的焊縫，避免了施焊困難且焊縫處以發(fā)生開裂與腐蝕失效等問題；
[0020]2、本發(fā)明沒有主螺栓，而采用D形螺栓連接結(jié)構(gòu)，D形螺栓主要承受剪切力，尺寸較小、設(shè)備重量較小，同時(shí)制造簡單，裝拆方便、迅速。
[0021]其次，與螺紋鎖緊環(huán)換熱器相比，本發(fā)明的有益效果如下。
[0022]1、本發(fā)明采用D形螺栓結(jié)構(gòu)代替大梯形螺紋連接，同時(shí)將螺紋鎖緊環(huán)與管箱蓋板合為一平頂蓋結(jié)構(gòu)，無需專門夾具即可實(shí)現(xiàn)平頂蓋的快速安裝和拆卸，平頂蓋安裝之前，先將D形螺栓旋入平頂蓋或管箱筒體端部的3/4螺紋孔中，此時(shí)D形螺栓便被螺紋孔全部包圍，平頂蓋也就能順利放入管箱端部，經(jīng)D形定位銷與管箱端部臺階面環(huán)向與軸向定位后，用普通扳手旋轉(zhuǎn)D形螺栓180度便可實(shí)現(xiàn)平頂蓋與管箱筒體之間的連接，避免螺紋鎖緊環(huán)拆裝過程中出現(xiàn)的螺紋咬死等現(xiàn)象，減少安裝和拆卸過程的工作量。
[0023]2、本發(fā)明采用的D形螺栓，只需將普通螺栓沿螺紋軸向的一側(cè)削平約1/4圈螺紋弧長即可，制造方便，精度要求較低，且平頂蓋與管箱筒體端部的螺紋孔也可一次性定位加工成型，降低了換熱器的制造難度。
[0024]3、本發(fā)明采用的D形螺栓結(jié)構(gòu)還降低了換熱器管箱軸向長度，使換熱器結(jié)構(gòu)更為緊湊，用料更省，節(jié)省了安裝和維修空間，也降低了制造成本。
[0025]再次，與Ω密封環(huán)換熱器相比，本發(fā)明的有益效果如下。
[0026]1、本發(fā)明密封采用墊片密封，沒有Ω密封環(huán)的密封焊，減少了拆裝過程中的焊接、切割工作量，同時(shí)避免了 Ω密封環(huán)處易積液發(fā)生腐蝕失效的可能；
[0027]2、本發(fā)明換熱器無大法蘭結(jié)構(gòu)，殼程側(cè)殼程入口可以最大限度的靠近管板，有效地減少了換熱死區(qū)的面積，提高了換熱效率，也減輕了一定的重量；
[0028]3、本發(fā)明換熱器能夠使裝置不必停工就可以通過直接擰緊設(shè)在平頂蓋上的壓緊螺栓來實(shí)現(xiàn)管程和管殼程之間的密封，減少了不必要的停工損失。
[0029]最后，與傳統(tǒng)螺栓法蘭式換熱器相比，本發(fā)明的有益效果如下。
[0030]1、本發(fā)明換熱器管箱筒體端部采用D形螺栓連接結(jié)構(gòu)，D形螺栓主要承受剪切力，將由介質(zhì)產(chǎn)生的內(nèi)壓傳遞到筒體，整體尺寸較小、設(shè)備重量較小，同時(shí)制造簡單，裝拆方便、迅速，只需旋轉(zhuǎn)D形螺栓一定角度即可實(shí)現(xiàn)裝拆；
[0031]2、本發(fā)明換熱器管箱筒體和殼程筒體通過鍛造或焊接在一起，泄露點(diǎn)少，一旦工作過程中發(fā)生泄露無需停車即可實(shí)現(xiàn)密封調(diào)節(jié)，密封可靠；
[0032]3、本發(fā)明換熱器無大法蘭結(jié)構(gòu)，殼程入口可以最大限度接近管板，有效降低了換熱死區(qū)，提高了換熱效率，也減輕了重量。