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1、螺纹锁紧环式换热器总体介 绍,大连万阳重工有限公司,前言,各位专家领导你们好：随着国内各大炼厂加氢装置扩建和新上，螺纹环换热器在加氢装置中的使用数量逐步增多，同时设备直径、压力、温度也在增大和增高，制造工艺也在不断更新。为了用户能更好的了解、认识、以至熟练掌握和使用螺纹环换热器，尽抚机所知，向尊敬的用户介绍螺纹环换热器工作原理等内容。,介绍内容共分八个部分：,1、公司简介2、螺纹环换热器总体结构介绍3、螺纹环换热器工作原理概述4、螺纹环换热器制造工艺介绍5、螺纹环换热器使用和装拆中常见问题及排除方法6、国内外螺纹环换热器运行中出现的事故7、螺纹环换热器、环换热器、隔膜式换热器对比8、螺纹环换热
2、器组装过程（三维动态）,1公司简介,1.1 人员方面抚顺机械设备制造有限公司（民营）现有员工总数1168人，其中工程技术人员255人，高级工程师15人，工程师65人，一般技术人员92人，技术工人660人，无损检测级3人，、级29人。质保体系健全，各专业责任师23人，体系运行良好。,1.2 工艺装备方面我公司生产设备共近500台（套），有代表性的高精尖设备14台（套）： 意大利进口PSIT3100160全液压三辊卷板机。 德国进口plate roller全液压三辊卷板机。 9兆伏电子直线加速器DZ-9/3000（北京自动化研究所）。 落地式数控镗铣床TK6920，产地 ：昆机。 数控镗铣床KBT
3、-13DS（日本）。数控深孔钻NDS/GB1200，最深钻孔1.2米（北京哈曼）。 250吨桥式吊车2台，合吊重500吨，产地：大连。8米立式数控车床DVT800040/Q-NC8（齐齐哈尔一机）。 6.3米立式数控车床，产地：武汉重型。 MOLINE公司MF190 6轴数控钻床，产地：美国。 1600A伊莎焊机，产地：瑞典。 双丝窄间隙焊机HSS-300，产地：哈焊所。 26米10米7米 电脑程控液化气燃炉，设计：杭州二院。 14米4.5米4米 电脑程控油炉，设计：杭州二院。,1.3 业绩方面 抚机公司具有40多年的压力容器制造历史，积累了大量的制造经验。我们的产品遍及国内（中石化、中石油、
4、中海油），同时远销伊朗（压力容器配件）、苏丹（反应器）、俄罗斯（ASME标准塔容器）、孟加拉（ASME标准换热器）。抚机公司在立足制造普通炼化设备的基础上，迅猛扩增制造品种，其典型代表产品有螺纹锁紧环式换热器、加氢反应器、重整反应器、大型立式浮头式换热器、高低压分离器、4000卧式固定管板换热器、塔容器、转化炉等。,在品种扩增的基础上,我们加大力度扩大产品的市场占有率，就螺纹环换热器一项，从98年为镇海制造的国内第一台螺纹环换热器起，至今我公司共产成螺纹环换热器143台，其中最大直径为1600（2台），一台是齐鲁石化DFU(S)1600-1163-9.45/9.9-6.64/19-2I，一台是
5、青岛炼油DFU1600-1048-9.0/9.35-6/19-2I。另外我公司于05年11月成功的完成了1800大直径螺纹环换热器中承压环模拟环试制，顺利通过了国内专家的鉴定，为制造1600以上大直径螺纹环换热器奠定了坚实的基础。抚机勇于探索、敢于拼搏，如今我们正联合浙江工业大学、中石化北京设计院（SEI）共同攻克17002200螺纹环锁紧式换热器工艺计算、强度计算和产品制造难关，其目的为了使1600以上大直径螺纹环换热器立足国产，并为国家节省大量的外汇。,2螺纹环换热器结构介绍,螺纹环换热器一般由6个部分组成：1、承压环；2、压盖；3、分程箱；4、管束；5、壳体（管箱、筒体）；6、支座，下面
6、逐其介绍（见图1）。件1-0（固定）/-26-0（活动）支座：能承受设备最大重量（金属+保温+充水），同时满足应力校核。件-2、-3是内外压圈，-4是内、外压杆，都是传力零件。件-5：设备操作中出现内漏或外漏时锁紧螺栓。内漏锁紧内圈螺栓，外漏锁紧外圈螺栓。件-6-0支架：用于固定-13-0（密封盘），防止密封盘径向串动，影响密封效果。,件-7压盖：承受密封盘传给它的轴向力，它把力传递给了承压环螺纹齿上。件-8、-9（螺栓，螺母）：装配承压环时为了减小装配阻力和让承压环与压环之间不产生摩擦，因此用这套螺栓、螺母把承压环与压环连接起来。件10螺塞：设备检修时防止管箱落灰尘，封盖用。件-11承压环：
7、承受管、壳程所有轴向力。件-12螺塞：防止油孔落灰尘。件-13-0密封盘：密封管程用，此件要求低强不锈钢，但和韧性、弹性要好。件-14外密封垫圈：密封管程用，此件要求同上，它与-13-0共同配合密封管程。件-15-0压环：传递力组件。件-16顶压螺栓：它的材质特殊，ASME:SA453-660B。其中SA453为标准号，660B为牌号。此件是关键零件，性能好与坏决定壳程水压能否打住合格。制造工艺：锻制固溶980，12小时720，16小时硬化处理滚丝。,件-17卡环（也是通称的分隔环）：此件锻造质量严格控制，因为它内孔有螺纹传递力，一般情况分四瓣，但直径加大，要多分6、8、10、12、14、16
8、，便于装配。件-18密封带：用于封闭管程介质入口，防止大量介质从入口端流出管箱外。这种密封带用耐高温的膨胀石墨编制成石墨纤维绳，其内部带有金属纤维，且有不小于2Mpa的拉伸强度，均匀填满，不允许有空穴。石墨绳保持比较紧状态，在三面约束下，从上面压紧载荷达约8万牛顿时，被压缩量为总量的3035%，厂家出厂都做完。件-20盘根：用于管程内部密封。件-21-0波齿符合垫片，制造厂：南方垫片厂或南京艾志厂现北京院近23年设计都已改缠绕垫片，原因主要考虑用户现场保存、安装不方便，外层石墨易损伤、脱落。SEI对应的用户北方用户居多，而洛阳院南方用户居多，洛阳院设计基本还是波齿复合垫，但缠绕垫片制造质量好的
9、话可比波齿回弹性好，国外现设计使用缠绕垫片。,件-22、-23盘根压环：夹持-24-0盘根二，使它均匀受力，不散花。件-24-0盘根二：传递力，原来从国外引进时无此垫片，但经过消化吸收试用后专家们认为，加此垫片可补偿膨胀、收缩量，但洛阳院此处一般是硬垫片。件-25-0筒节：固定管束，承受内压。一般情况冷成型（大直径、小壁厚），有的成型后基体内壁机加工。还有的是堆完347L也机加工。目的消除筒体椭圆度，便于管束装配，从而保证管板装配精度，密封效果好。件-27-0管束：传热部件。管束中管板壳程密封面待管头焊后、胀后测量不平度。U形管右端与封头内壁的距离需严格控制，管板最大外径与筒体径向间隙也要严格
10、控制。管板有两种设计压力，一种（本图）按压差设计，一种按管、壳程压力高的设计，但采用哪种设计方法由工艺专业决定。其中主要因素之一是设备所处系统中是否有连锁机构，有的一般按压差，否则全压。本图设计压差0.45Mpa，而实际计算却为3.0Mpa，为什么 ？设备在开、停车时，两程之间一般易产生的压差为2.0Mpa，因此设计中在考虑其它情况（特殊）设定设计压力为3.0Mpa。,件-28、-29连接分程箱与管板、螺栓、螺母。件-30、-35管程、壳程对应法兰（一般都选321：0Cr18Ni10Ti锻件）件-31八角垫：0Cr13、00Cr12，一般整环锻制。八角垫尺寸公差控制不好，就打不住压。我们以前出
11、现过问题，八角垫加工后尺寸公差合格，法兰钢圈槽尺寸公差也合格，但是打不住压，现把公差带调整变窄后效果较好。螺栓保护套：一般为碳钢，现我们最近给孟加拉出口产品（天津天辰设计院设计保护套全是不锈钢，我们建议用户与螺栓配合的选不锈钢，堵盖选碳钢。件-40螺塞拧下，在拆卸时拆装具须拧装在此螺孔，使承压环与压盖同时旋出管箱。产品铭牌和警告牌 铭牌和警告牌必须放在便于观察和可更换的位置。铭牌主要告知设备规格和重量。 警告牌警告设备操作中两程压差不许超过设计压差。,3螺纹环换热器工作原理概述, 设备开停车压力、温度载荷加卸载程序开车：先升温，再升压交替进行。一般情况升温速度小于25/h，升压速度控制在0.2
12、0.3Mpa/min之间。停车：先降压，再降温交替进行，降压、降温的速率等同于升压、升温速率。 介质流程原理螺纹环换热器的热介质来源于加氢反应器出口反应产物，冷介质一般为原料油或混氢油，通过冷热介质热交换、高温介质把低温介质加热，冷热介质的工艺流程由工艺专业人员制定，本图中热介质走管程，冷介质走壳程（双壳程），双壳程传热改变了以往单壳程一半并流，一半逆流的低效状况，使壳程介质流动方向相对管程介质流动方向为纯逆流传热，温差校正系数接近1，因此提高有效温差，在壳内径相同的情况下，壳程介质流速可提高一倍，因而使总传热系数（K）、换热效率（）得以提高。, 密封原理A) 密封锁紧力传递路径螺纹环式换热器
13、在操作运行中可随时锁紧螺栓（件5，内、外环螺栓），及时排除内漏（壳程垫片处）和外漏（-13-0，-14管程垫片处），现场操作灵活性很大。从图2中可以看出所有内件统装在壳体内，外密封垫片（-13-0），-14将换热器内部介质与外界隔开，如该垫片密封不失效，设备本身无其它外泄露点（接管口除外）。从图2中可以看出，外密封垫片的压紧是通过下列零件的传递来实现的，由外压紧螺栓8（-5）依次传递给外压杆9（-4）、外压圈10（-2）、密封盘1（-13-0）和外密封垫圈11（-14），垫片传给外压紧螺栓的反力最终反作用在螺纹承压环7（-11）上传递给管箱螺纹齿上，由此可知，外压紧螺栓8（-5）只承担压紧外密
14、封片11（-14）一种功能，因此，它的螺栓直径很小，在带压的条件下，随时可给外压螺栓施力，排除外泄露。而密封垫片17（-21-0）（壳程垫片）起着管程与壳程分隔开的作用，,图2螺纹环式换热器密封结构示意图1、密封盘；2、顶压螺栓；3、压盖；4、内压圈；5、内压杆；6、内压紧螺栓；承压环；8、外压紧螺栓；9、外压杆；10、外压圈；11、外密封垫圈；12、压环；13、卡环；14、管箱壳体；15、内套筒；16、盘根、17、内密封垫片,它的力传递路径为：由内压紧螺栓6（-5）依次传递给内压杆5（-4）、内压环4（-2）、密封盘1（-13-0）、管程内套筒15（-19-0）、16（-24-0）盘根垫片和
15、管板。同样内密封垫片（-21-0）的反力最终反传给螺纹承压环7（-11）且传递给螺纹齿上，内压紧螺栓也只承担压紧内密封垫片的一个功能，螺栓直径同样很小，一般情况下内、外圈螺栓直径相等。在力的传递过程中，密封盘1（-13-0）、内压圈4（-3）和外压圈10（-2）均具有良好的弹性，可以补偿垫片的回弹性，使密封效果更好。B) 垫片密封性和回弹性密封性和回弹性是选择垫片的两个重要因素。管程、壳程之间的密封垫片17（-21-0垫片）一般情况采用波齿复合垫片。金属骨架上下表面有相互错开的同心圆沟槽形成波齿，波齿上、下表面复合一层柔性膨胀石墨构成整体复合垫片。在承受预紧力的情况下，石墨与密封面紧密接触实现
16、密封，同时环形波齿起着双重作用，一是具有多道密封作用；二是波齿环就像弹性元件，具备压缩回弹性能。固这种复合型垫片即能实现密封，又能产生回弹力，工程使用中效果良好。,壳程中的分程密封钢带选材也是密封设计的关键环节，此密封带必须具备抗高温性能及抗变形能力。前期有用321材料（0Cr18Ni10Ti），试用后有内露（两层串介）问题，直接影响传热。,SEI北钢总院联合其它科研单位共同开发研制新材料WG17，这种材料经400长期使用后回弹力降低很小，能持久保持密封效果。,图3 壳程中间隔板结构示意图, 螺纹齿组受力承载分布简介 由于设备内部由压力引起的轴向力均由螺纹承压环和管箱壳体端部的梯形螺纹来承担，
17、设备按ASMEB.18标准，该标准公差范围较宽，不太适合螺纹环换热器实际工况。螺纹环换热器内、外螺纹配合公差的设计选取受外界影响因素较多，螺纹处在高温状态下工作，且易产生微量变形，如螺纹配合公差选配不适合，就会产生装拆困难，因此螺纹的实际公差范围须经多方面数据分析和工程实践,图4,才能确定下来。长期以来，人们一直认为，螺纹的齿数越多越好，而计算结果表明，整个螺纹在工作中承受压力最大齿是靠近管箱内部的少数几个齿，基本是前34个齿。因此螺纹齿组受力不均，即力不能等载荷分布到每个齿上。,图5,我们现已加工过三种齿型，具体尺寸见1、节距（P）=123.8125（产品）2、节距（P）=28.575 （产
18、品）3、节距（P）=31.75（模拟环）外齿节距和内齿节距相同，只有齿顶、齿节径、齿底径不同。,4螺纹环换热器制造工艺介绍,4.1 管箱制造工艺简序,4.2 承压环制造工艺简序,外协锻制车内、外表面和钻孔车外螺纹（6.3米数控立车加工或数控镗铣床盘铣刀加工）保护齿面。,4.3 分程箱制造工艺简序,组对各零件 焊接稳定化处理（87034h） 机加（外圆、齿矩、凸缘面）,4.4 管板制造工艺简序,外协锻制车外圆钻孔（数控钻床）铣隔板槽精车密封面（壳程侧密封面留量）。,4.5 封头制造工艺简序,下料压型（900950）正火+回火（回复状态）喷砂内表面堆焊309L（3 mm）消应6202h堆347L（
19、3+0.5 0mm）机加坡口,4.6筒体制造工艺简序,下料压头二次下料卷圆成型车坡口组对拔节消应、RT堆309L（3mm）消应6202h堆347L（3mm）,4.7 组对筒体和封头、消应、RT,4.8管束制造工艺简序,换热管焊管头液压胀检测壳程侧密封面不平度，不平度大于0.2mm对此面采取二次机加工，否则直接转下序打压。,弯制U形管固溶组装管板、折流板、拉杆、,4.9 组对管箱与壳体、焊接、消应、RT。转下序。,4.10 产品水压试验,4.10.1一次压（壳程）试压程序： 充水（控制氯离子含量小于15ppm）。 按试压工艺进行升压。 检管头强度、严密性及壳体。 合格后降压，不放水。注意事项：必
20、须严格按工艺要求的压差试压，如压差超压将使管板发生变形，影响密封,甚至报废。4.10.2二次压（管程）充水（控制氯离子含量小于15ppm）。按试压工艺进行升压。检查泄露点（观察孔）。合格后降压放水（先放管程水，壳程先不放）。用加热空气吹扫管、壳程残液。注意事项：管壳程必须同时升压，同时降压，且要保持压差不大于设计压差。,4.10.3 在一次压时搬手扭矩初始值按公式计算得M=Fd/1000（Nm）。F上紧载荷N，摩擦系数0.2，d螺栓公称直径（件16 SA453螺栓）。装配中实际扭矩值比M计大一些。当实际扭矩值达到M计3倍时，还不能密封，我厂处理方法，拆除管束，检查垫片及垫片于密封面的贴合情况，
21、调整后重新组装重试。锁紧环上的内圈压紧螺栓（件5）在水压试验中，不许锁紧，应使内压圈（件3）保持松弛状态，以备正式操作中使用。外圈螺栓（件5）参加水压试验，对称上紧，初始扭矩值为规定值的50%，每紧一周扭矩值增大10%，逐渐达到规定值。上紧外圈螺栓前需将件9螺母松扣。,5螺纹环换热器使用和装拆中常见问题及排除方法,5.1 设备运行中常见问题及排除方法,5.2 设备装拆中常见问题及排除方法,6国内外螺纹环换热器使用中发生的事故,6.1日本在80年代末90年代初，发生一起螺纹承压环飞出管箱壳体，把螺纹齿全部脱掉，产生原因与压力、制造质量有关。 6.2 2003年锦西炼厂因操作温度超过设计温度，至使烧坏壳程密封面垫片，两程介质混合,造成设备解体,损失较大。 6.3 独山子炼厂螺纹环换热器3021、3022同样因操作温度超过设计温度，至使烧坏壳程密封垫片，两程介质混合。 6.4 大庆石化总厂螺纹环换热器也是因操作温度超过设计温度至使烧坏壳程密封垫片两程介质混合。,7螺纹环换热器、环换热器、隔膜式换热器对比,