摘要：国内外大型炼油企业在高压加氢装置中均采用一种螺纹锁紧环型式的换热器。它不仅具有耐高温、耐高压、结构紧凑、泄漏点少及密封可靠的特点，而且还具有设备占地面积小、节约材料的优点。这种换热器在操作运行过程中，如果出现了泄漏现象，不需要停车，只需紧固内外压紧螺栓即可达到密封效果。但这种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。本文针对某加氢装置高压换热器在检修过程中存在的问题进行阐述，并提出解决方法。
关键词：加氢装置；高压换热器；检修过程；问题
1 前言
柴油加氢改质装置和渣油加氢装置等加氢类装置的高压换热器均为螺纹锁紧环式换热器。其承压结构的优化及密封方式的改变，既省掉了大型法兰及重型螺栓，又能保证生产不受换热器泄漏影响，因此其结构设计合理，密封具有保证，操作安全可靠。但螺纹锁紧环式换热器的结构比较复杂，内构件较多，装配步骤繁琐，拆装需要借助专用工装。同时，因高压换热器使用时对密封要求严苛所以应了解其密封结构及密封原理，并在检修过程中尤为注意密封面的保护及螺纹表面的防护。
2 高压螺纹锁紧环换热器结构和原理
2.1结构简图如下
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1.管板 2.壳程垫片 3.隔板箱 4.填料5.填料压盖 6.内法兰 7.分合环8.内螺栓 9.管程垫片 10.垫片压板11.外压环12.外圈顶销 13.外圈螺栓 14.螺纹锁紧环 15.内圈螺栓 16.内压环 17.管箱盖板 18.支持圈 19.内套筒
图1 结构简图
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，壳程的密封是通过紧固内圈压紧螺栓—内圈顶销—内压环—支持圈—内套筒—分程箱—管板—垫片的顺序逐渐进行传递至压紧，从而保证设备的密封性；管程密封是通过紧固外圈压紧螺栓—外圈顶销—外压环—密封盘—外密封垫圈的顺序逐渐进行传递至压紧，从而保证设备的密封性。此结构特点是管程由内压引起的轴向力通过管箱盖板、螺纹锁紧环、管箱本体、管束承受；壳程由内压引起的轴向力通过管板、内套筒、分程箱、分合环、顶压螺栓及壳体本体承受。
2.2特点
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、分合环、内套筒、传递给管箱。
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。
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。
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。
3 检修和运行中的问题及解决方法
3.1螺纹损伤
高压换热器承压环无法自由旋转，为保证装置的检修施工进度，施工单位对承压环进行了较大力矩的强制拆卸，承压环旋出后，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：
部分外圈压紧螺栓无法拆卸，致使承压环不能自由旋出；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；承压环直径大，偏重，专用拆卸工具现场操作较难，加上人为调节、测量误差，致使承压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：
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；当承压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：如注意两侧力矩是否与起吊中心平衡，并测量配重水平度，调整同心；同时保证现场吊车站位合理，有良好的作业空间；保证锁紧环与管箱端面平行，锁紧环与壳体间隙均匀。也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，在适当提高承压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，可将承压环外圈上的力增加，直至旋出。
3.2内外圈压紧螺栓无法拆卸
在拆卸时，发现外圈螺栓均有旋不动的现象，螺栓螺纹与承压环螺纹发生粘结，拆卸极为困难，即使注入大量的松锈剂，承压环上仍有螺栓拆不动。在承压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：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；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：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；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。
3.3壳侧垫片失效
由于高压换热器壳程垫片槽所选用的密封垫片是基本型缠绕垫，在历次检修过程中，多次因垫片密封不好而出现泄漏。其主要原因是：
（1）垫片太薄，厚度达不到规定要求。管束抽出后，发现壳程垫片与垫片槽几乎平齐，有的则完全平齐，管板密封面外缘与管箱体有明显压痕。垫片厚度要求为5.0-5.5mm。
（2）垫片内外径与垫片槽误差大，垫片宽度得不到保证。垫片槽宽度22mm，但所用的垫片宽度只有16-18mm，由于垫片所受的力较大再加上垫片宽度、厚度得不到保证，当垫片达到相应的把紧力后，迫使垫片急剧压缩并向内外侧扩张，这是造成密封泄漏的主要原因。垫片宽度要求为20-21mm。
（3）垫片不耐压，收缩性太大。
3.4管箱密封泄漏
3.4.1原因分析
垫片质量差；压板的垫片接触面损坏；垫片压板变形过大，造成传力不均，导致垫片局部未被充分压缩，从而造成泄漏；垫片压板未能充分压缩垫片，造成密封泄漏。
3.4.2措施
（1）提高垫片质量。
（2）严格控制压板的变形量。当压板的外径缩小量大于2mm或变形量在A处、B处（见图2）大于10mm时应更换压板。其中垫片压板产生缩径的原因是管箱与压板由于材料的不同，受热产生的膨胀量不同，当拆卸换热器时压板就会产生缩径；而垫片压板产生变形的原因（排除压板材料本身的因素）为：A部分的变形是由于上紧锁紧环上的外圈螺栓引起的，B部分的变形是由于上紧管箱盖上的内圈螺栓引起的。
（3）锁紧环安装到位后，外圈螺栓先对角上紧，以防止垫片压板翘曲，造成压板或垫片脱落。
（4）用规定的力矩上紧外圈螺栓，保证垫片达到要求的压缩量（开工时还要按要求进行热紧）。
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图2
4 意见和结论
螺纹锁紧环换热器结构复杂、零部件多、检修难度大，故在检修前应提前做好检修方案，详细了解检修内容。在换热器拆装过程中，要使用专业工具同时确保各零部件完好并分类放置。在安装过程中垫片要放正，弹性石墨要有足够的密度，必要时要在弹性垫片两侧增设挡环，阻止弹性石墨被挤出；及时调整装入件的重心及中心轴与设备轴线的同心度，稍有卡住的迹象应及时检查调整，如卡住现象有严重的趋势，应果断退出后再重新安装；螺栓、螺孔的螺纹都要清理干净，涂抹高温抗咬合剂以便拆卸。换热器的安装时每圈螺栓必须对称上紧，并且按上紧扭矩的50%，80%，100%上紧，以确保垫片受力均匀。
参考文献：
［1］姚金杉.高-高压型螺纹锁紧环热交换器检修.石油化工设备［J］，2018(04)
［2］南哲.螺纹锁紧环换热器的结构分析及检修步骤.化工管理［J］，2017(04)