螺纹锁紧环式换热器

150万吨加氢裂化装置螺纹锁紧环换热器在运行和检修过程中的问题及对策

周纪武

(中国石油化工有限公司金陵分公司，江苏南京)

摘要：结合150万吨/年加氢裂化装置高压换热器的检修，着重分析了检修和运行中存在的主要问题，并针对问题提出了相应措施，方便以后换热器的拆修检查。

关键词：高压换热器；检修；主要问题；相应措施

1前言

在炼油厂使用的换热器结构形式较多，最常用的是普通大法兰连接形式的换热器。随着装置的大型化，尤其是在加氢裂化、加氢精制等装置上用于高温高压并含有氢和硫化氢介质场合的换热器，首先要解决在如此苛刻条件下的密封问题。为了解决密封问题，这种形式的换热器管、壳程法兰将变得很厚，其紧固螺栓也随之明显增大，给紧固、拆卸带来了很大困难，既不便于维修，又难以保证不漏，并且大大增加了金属材料的耗量。所以，具有密封可靠、结构紧凑、维护简单而且又能及时解决运行中出现泄漏问题的螺纹锁紧环式换热器便应运而生，其管箱用大型螺纹锁紧环承担全部压力，省掉了传统换热器两个大型法兰和相应的一套重型螺栓、螺母，另外压紧垫片的螺栓只承受垫片压紧力，与换热器内压力几乎无关，且运行过程中出现泄漏时，也不必停车，只需紧固外面的螺栓即可达到密封要求，因此其结构是合理的，密封有保证，操作安全可靠。但螺纹锁紧环式换热器的结构比较复杂，内构件多，装配复杂,拆装需要借助专用工装。本文就金陵石化150万吨/年加氢裂化装置高压换热器在运行和检修过程中存在的问题进行阐述，并提出处理办法。

2螺纹锁紧环换热器结构和原理

2.1结构

螺纹锁紧环式换热器的密封结构最早由美国Chevron公司和日本千代田公司共同开发研究成功的，我国已有二十几套加氢装置使用这种换热器，螺纹锁紧环式换热器管束多采用U形管式，它的结构的独到之处在于管箱部分。这种换热器可分为两类：H-H型和H-L型。H-H型适用于管程和壳程均为高压的场合；H-L型适用于壳程为低压而管程为高压的场合。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。

螺纹锁紧环式换热器适用范围较广，据不完全统计，其管程设计压力为9.0～20.0MPa，壳程设计压力为2.5～20.0MPa。管、壳程的设计温度均在220～435℃。管、壳程的操作介质一般为原料、H2、油气（含H2S）等。设备公称直径一般在DN600～1600mm，设备主体材料通常选用回火脆化敏感性小，预热后可焊性良好，在高温下仍有较高的强度和较好的韧性的15CrMo合金钢。管箱内件和换热管束通常选用防腐性能优越的0Cr18Ni10Ti不锈钢。为抗H2+H2S腐蚀，在管箱侧堆焊超低碳不锈钢。堆焊层采用双层式：内侧为E309L；外侧为E347。E347有较好的抗高温H2+H2S和连多硫酸应力腐蚀的性能。

图1 H-H型螺纹锁紧环换热器结构示意

1—管板；2—壳程垫片；3—隔板套圈；4—填料；5—填料压盖；6—内法兰；

7—四合环；8—内法兰螺栓；9—管程垫片；10—垫片压板；11—外压环；

12—外圈压紧螺栓；13—外圈顶梢；14—螺纹锁紧环；15—管箱盖板；

16—内圈压紧螺栓；17—内压环；18—支撑圈；19—内套筒

2.2原理

1) 管程压力的传递过程：管程内的压力所产生的轴向力，由管箱盖板通过螺纹锁紧环的外螺纹和管箱的内螺纹啮合，传递给管箱体。

2) 壳程压力的传递过程：管板两侧压差产生的轴向力，由管板通过分程隔板套圈、内法兰螺栓、内法兰、四合环、内套筒传递给管箱。

3) 管程密封结构：由管箱垫片、垫片压板、外圈压环、外圈压紧螺栓、管箱盖板所组成。调节外圈螺栓的力矩，密封比压随着改变，从而达到控制密封的目的。

4) 壳程密封结构：由壳程垫片、管板、分程隔板套圈和内法兰螺栓所组成。调节内法兰螺栓，可控制密封面比压。为使管程和壳程之间不串漏，密封垫片应充分压紧，要达到密封所需的压紧力，其方法是在安装时用内法兰螺栓第一次压紧，待操作过程中发现有内漏现象时上紧内圈螺栓即可达到密封。

3检修和运行中的问题及解决方法

3.1锁紧环螺纹和管箱螺纹损伤

150万吨/年加氢裂化高压换热器螺纹锁紧环无法自由旋转，为保证装置的检修施工进度，施工单位对螺纹锁紧环进行了较大力矩的强制拆卸，锁紧环旋出后，发现其螺纹及管箱的螺纹均有不同程度的划痕。螺纹损伤以E1001最严重，从损伤的形貌看，系拉伤或划伤，部分螺纹牙扣可见明显凹坑及毛刺，部分螺纹已出现划伤引起的材料流失。

原因分析：

1）部分外圈压紧螺栓无法拆卸, 致使螺纹锁紧环不能自由旋出；

2）螺纹丝扣较长, 如某一部分有杂物或出现变形, 就会出现卡涩现象；

3）螺纹锁紧环直径大, 偏重, 专用拆卸工具现场操作较难, 加上人为调节、测量误差, 致使螺纹锁紧环与壳体在拆卸过程中不能一直保持较好的同心度和

垂直度。

处理方法：

1）可在管箱壳体外包上电加热器加热使壳体膨胀, 或在专用松紧杆上用千斤顶助力；

2）当螺纹锁紧环旋出和旋进过程中发现有意外卡滞现象时, 要及时查找原因, 调整同心。可进行几次正反旋动, 并加润滑油, 以消除毛刺如果卡滞越来越严重, 在适当提高螺纹锁紧环外圈上的力还不能松动时, 要重新加热壳体并在允许范围内适当提高加热温度, 使壳体膨胀, 再旋出；如果仍然不能旋出, 可将锁紧环外圈上的力增加, 直至旋出。

3.2内、外圈压紧螺栓拧不出

在拆卸反应进料和反应流出物换热器E1003和E1001时，发现外圈螺栓均有旋不动的现象，螺栓螺纹与螺纹锁紧环发生粘结，拆卸极为困难，即使注入大量的松锈剂，锁紧环上仍有5个螺栓拆不动。在锁紧环拆下后对旋不动的螺栓进行强扭矩拆卸，拆下后螺栓底部螺纹的咬合面有明显的伤痕。

原因分析：

1）管箱内件和管箱、壳体材质搭配不当，在高温作用下变形咬死；

2）螺纹摩擦副丝扣较长，加上所配丝扣是细牙螺纹，只要某一处出现变形或错位，或者在上紧不畅的情况下加大扭矩，使丝扣出现乱扣现象。

处理方法：

1）为防止回装时螺栓拧不进去及拧乱丝扣现象的发生，在回装螺栓之前，需将每个螺栓孔用丝攻重新处理一遍，直到所有螺栓出入自如；

2）对于拧不下或者拧断的螺栓，可用钻机打掉，然后根据丝扣的损坏情况，进行堆焊或者重新攻丝，E1003有三个外圈螺栓孔采取了重新攻丝，螺栓孔由∮39扩大为∮42。

3.3内漏

150万吨/年加氢裂化装置共有8台螺纹锁紧环式换热器，其中E1001和E1003为反应流出物/原料油换热器，从2005年3月开始投用，投用后一直使用正常。在2006年5月份，连续几天未转化油的硫含量一直超标，提高R1001的精制反应温度后，尾油硫含量仍然不合格，最后判断为E1001或者E1003内漏。装置停工，开始怀疑为管束内漏，试压并未发现漏，后拆开E1001发现是壳程