螺纹锁紧环换热器结构分析

[2]GB150-1998《钢制压力容器》.
[3《] 石油化工设备技术》.
作 者 简 介 ：徐福胜，男，工程师，1971 年 10 月出生，1995 年毕业于重庆大学，从事压 力容器设计工作。
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管程泄露。管程和壳程之间密封垫片的压紧 警示牌，以提醒工作人员的注意。
绕垫。它是采用 W 形不锈钢带和柔性石墨缠
力传递途径是：内压紧固螺栓 1--内压杆
螺纹锁紧环换热器管箱的受力不同于一 绕而成。W 形高强缠绕垫片与普通 V 形缠绕
6--内压圈 8--密封盘 10--压环 12--卡环 般的受压筒体，管箱内部承受管程内压，而管 垫片相比具有回弹性强，稳定性好，密封性能
中国新技术新产品 2011 NO.07 China New Technologies and Products
螺纹锁紧环换热器结构分析
徐福胜 李春涛 （中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125000）
工业技术
摘 要：本文介绍了螺纹锁紧环型换热器的工作原理和结构特点，为螺纹锁紧环型换热器的设计积累经验。
1.1 管箱和壳体是一体的，消除了法兰型 分考虑螺纹锁紧环和管箱螺纹之间的径向膨 回弹性。管、壳程间的密封垫片有的采用波齿
换热器在设备法兰处容易泄露的问题。
胀间隙和其它相关因素。根据制造厂的制造 复合垫，也有的采用 W 形高强缠绕垫。波齿
1.2 去掉了大法兰，壳程接管能尽量地靠 经验和现场设备的使用经验，确定一个合理 复合垫是采用特殊结构的金属骨架与柔性石
近管板，避免了法兰型换热器有一段换热管 的公差值。长期以来，一直认为螺纹的齿数越 墨复合而成。金属骨架的上下表面有相互错
不能有效利用（死区）的问题，增大了有效换 多越好，而根据计算结果，对于整个端部螺纹 开的特殊形状的同心圆沟槽形成的波齿。金
热面积。
来说承压最大是靠近管箱内部的少数齿，其 属骨架上下表面复合一层柔性膨胀石墨，构
在不停车时既可及时消除管壳程之间的泄 力。为防止管箱端部变形。管箱筒体厚度应满 并在高纯石墨中掺入少量缓蚀材料，避免石
墨材料与金属之间的电位差腐蚀。W 形高强
缠绕垫片与其它常用的高温高压金属垫相
比，具有制作简单，密封面要求低、密封可靠
等优点。在螺纹锁紧环换热器上有广泛的应
用。
参考文献
[1]GB151-1999《管壳式换热器》.
优点是密封可靠，生产维护简便，能及时排除 用在高温的环境下，如果配合公差不合理，就 卡环的设置虽然给制造带来了复杂性，但增
设备运行中的泄露。相对于大法兰结构还有 有内外螺纹旋合过松或过紧的可Байду номын сангаас，严重的 了实际操作的可靠性。
以下优点：
情况螺纹可能咬死。因些设计螺纹公差时，充
垫片的选择主要是考虑垫片的密封性和
螺纹锁紧环的密封结构如图 1 所示，从 螺纹锁紧环换热器的管板采用压差设计，按 波齿环就象一道弹性元件。具有压缩回弹性
图 1 可以看出，管箱上管程密封垫片的压紧 GB151 中 U 形管换热器进行计算即可。这样 能。柔性石墨作为密封面具有良好的密封性
力是通过下列零件的传递来实现的：螺纹锁 能使管板的厚度大减薄，既减少了材料也控 能。工程实践中应用效果良好。
地保证密封性能，但在高温高压情况下，尤其 的关键之处。大螺纹承受着管程和壳程的综 有效地控制管箱端部变形并保证主螺纹不失
是在设备大型化后，这种型式换热器的大法 合载荷。螺纹锁紧环换热器一般采用的是 效。
兰连接螺栓将受很大的载荷，难以保证管壳 AISI B1.8 标准的 15/16in 的短齿梯形螺纹。
卡环限位在管箱的凹槽内，其作用是装
程的密封。而且螺栓很大，给紧固和拆卸带来 该螺纹具有啮合高度大（不小于 6mm），抗剪、 配时通过拧其上的内部螺栓以达到管壳程间
很大的困难。近年来加氢裂化装置中经常用 抗弯能力大的特点。特别适用于螺纹锁紧环 的密封，壳程试压时它还可以起到试压环的
到螺纹锁紧环换热器。螺纹锁紧环换热器的 换热器。大螺纹的标准公差范围较宽，因螺纹 作用。由于装配的需要，卡环设计成分瓣的。
紧环上 3 的外压圈紧固螺栓 2--外压杆 5-- 制了换热器的体积。值得注意的是在操作过
结语
外压环 9--密封盘 10 压紧外密封垫片 11。换 程中管壳程的压差在任何情况下都不能超过
现在慈溪博格曼密封材料公司已攻关研
热器操作时随时可以紧固外压紧螺栓而消除 设计压差。必要时可在设备的醒目位置设一 制出耐高温、高压、大直径 W 形膨胀石墨缠
1.3 管束抽出时不必移动管箱和壳体部 它的齿承受的力越来越小。因此，整个端部螺 成整体复合垫片。在一定的预紧力下石墨层
件，可以把换热器的接管与管线相焊，减少泄 纹每个齿受力不一样，即力不能均匀地分布 与密封面紧密接触而实现密封。同时环形波
露点。
在每个齿上，这也是这种换热器的不足之处。 齿还具有多道密封的作用。早于特殊构造的
13--内筒压盖 15--内 筒 16--内 密封 垫片 箱端部承受着传递到螺纹上的全部载荷，管 优越的特点。一般大直径缠绕垫片在制作过
17。设备运行时若发现管程和壳程串漏可通 箱端部将产生很大的弯矩，如果不进行应力 程中易散架和翘曲。而 W 形高强缠绕垫片由
过上紧内压环螺栓 1，推动内压杆 6，内压环 校核，而直接用内压计算筒体壁厚，会由于刚 于采用 W 形钢带而增加了与填充料的结合
8，有弹性的密封盘 10，将力传到压环 12 而 度的不足，造成端部变形，引起主螺纹失效。 面，从而增加了垫片的稳定性。垫片在使用过
推到卡环 13 再通过内套筒压紧内密封垫片 因此先给定管箱厚度，计算出管箱端部最小 程中与不锈钢件紧贴，回此 W 形高强缠绕垫
14。可见螺纹锁紧环换热器的维护简单灵活， 截面的弯矩来校核弯曲应力和轴向拉伸应 片中的膨胀石墨的 S、CL 等离子的含量极低，
关 键 词 ：螺纹锁紧环型换热器；工作原理；结构特点
中 图 分 类 号 ：TF066.2
文 献 标 识 码:A
1 常见的换热器多为大法兰型式，这种 漏。以减少不必要的停车所带来的损失。 足计算应力要求并适当取厚，同时主螺纹的
换热器结构简单，用于中低压操作，能够很好
2 大螺纹设计是螺纹锁紧环换热器设计 个数也应比实际计算的多取几个。这样就能