螺纹锁紧环换热器结构原理分析

螺纹锁紧环换热器结构分析
为满足现有催化混合柴油产品质量升级的需要，我厂新建35万吨/年柴油加氢改质装置，采用加氢改质、异构降凝组合工艺技术，在降低柴油凝点的同时，降低柴油硫含量和密度，提高十六烷值，并保证较高的柴油收率，以期效益最大化。

但是柴油加氢工艺具有高温、高压、临氢、易燃、易爆和腐蚀性强的特点，为保证装置“安、稳、长、满、优”的运行目标，设备运行的可靠性显得尤为重要。

加氢装置苛刻的操作条件下，设备的密封问题至关重要。

在高压条件下的换热器，如果采用普通的法兰式换热器，其管壳程法兰将变得非常厚，紧固螺栓直径也随之增加很大，给设备的紧固、拆卸带来了很大的困难，既不便于维修，又难以保证不漏，并大大增加昂贵金属材料的消耗。

为了解决这些问题，加氢装置高压部位通常选择螺纹锁紧环式换热器。

它具有密封合理，结构紧凑、维护简单的特点，其管箱用大型螺纹锁紧环承担全部压力，压紧垫片的螺栓只提供垫片压紧力，改变了普通换热器两个大法兰和一套螺栓、螺母组成的密封结构。

而且在运行过程中如果出现泄漏时，也不必停车，只需紧固外面的压紧螺栓即可达到密封要求。

其最大优点是可在带压的情况下排除泄漏，实现密封力和内压力由不同零部件承担。

1、设备结构特点及密封原理
螺纹锁紧环换热器有两种结构形式，为H-L型（高-低）和H-H 型（高-高）。

两种换热器结构立体图如下：
图1 H-L型管箱结构图2 H-H型管箱结构1）、H-L型，即高-低压型，是指管程为高压，壳程为低压型螺纹锁紧环换热器。

由于管壳程压差通常较大，将管板与管箱壳体制成一体，使得管壳程之间的密封由焊接而形成，确保密封的可靠性。

注：1-管箱壳体；2-螺纹锁紧环（承压环）；3-防护罩；4-密封盘；5-波齿垫；6-压环；7-管箱盖板（压盖）；8-顶销；9-压紧螺栓；10-定位销。

H-L型换热器管箱结构主要包括螺纹锁紧环、管箱盖板、密封盘、防护罩、顶销、压紧螺栓、压环组成。

从其结构上我们可以看出，管程高压介质所带来的轴向力通过防护罩3、密封盘4、和管箱盖板7
传递给螺纹锁紧环2。

螺纹锁紧环上的外螺纹与管箱壳体上的内螺纹咬合，同时通过螺纹锁紧环和管箱盖板（压盖）共同承担管程的压力。

而其管程密封是这样实现的：通过拧紧压紧螺栓9，将力通过顶销8、压环6、密封盘4，传递至波齿垫5。

而压紧螺栓只需给波齿垫提供垫片所需的初始预紧力既能达到密封要求，所以压紧螺栓的直径通常都比较小。

其管程介质所带来的高压则由螺纹锁紧环和盖板来承担。

2）H-H型，即高-高压型，是指管壳程压力都很高的锁紧环换热器，其管箱结构较H-L型复杂的多。

由于其管壳程压力都很高，所以将管箱与壳体焊接为一个整体，而通常其管壳程之间压差较小，所以采用U型管式管束，以便于抽装检修。

注：1-外圈压紧螺栓；2-外圈顶销；3-外圈压环；4-外圈定位销；5-管箱波齿垫；6-压环；7-内部螺栓；8-定位环；9-分层箱盖板；10-支承板；11-套筒；12-分层隔板；13分层箱螺栓；14-内圈压紧螺栓；15-螺纹锁紧环（承压环）；16-管箱壳体；17-内圈顶销；18-管箱盖板（压盖）；19-密封盘；20-内圈压环；21-分层箱螺栓；22-内套筒；23-分合环；24-支撑环；25-管板；26-管箱波齿垫；27-管箱侧波齿垫。

H-H型换热器的密封在于两处：一、管程与外界的密封；二、管壳程之间的密封。

管程与外界的密封原理与H-L相似，通过拧紧外圈压紧螺栓1、将力经外圈顶销2、外圈压环3、密封盘19传递至外圈波齿垫5实现密封的。

由于外圈压紧螺栓仅需提供波齿垫初始预紧力，因此其螺栓直径较小。

而管壳程之间的密封是通过内圈压紧螺栓14、内圈顶销17、内圈压环20、密封盘19、压环6、内套筒22、支撑环24、套筒11、管箱波齿垫26、管板25将力传递至管箱侧垫片27，
最终实现密封。

而内圈压紧螺栓仅需提供垫片的初始预紧力和管壳程之间压差产生的力，由于管壳程压差较小，所以内圈压紧螺栓的直径也很小。

2、泄漏原因分析及解决措施
1）H-L型换热器泄漏原因
H-L型换热器的泄漏可分为内漏和外漏两类，其中内漏是指管壳
程之间物料互串，由于H-L型换热器管箱与管板为一体，管壳程之间的密封是通过焊接来实现的，出现内漏的原因只能是换热管焊缝或管束上出现漏点，这种情况只能停工处理。

而外漏是指管箱与外界之间的物料泄漏。

外漏产生的原因可能是因为操作过程中因温度、压力的变化，导致密封垫片预紧力降低而产生的泄漏，这种情况我们可以通过拧紧紧固螺栓来提高垫片预紧力，实现密封。

2）H-H型换热器泄漏原因
H-H型换热器的泄漏也分为内漏和外漏两类。