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浮头式换热器试压工装的创新及设计点击：2235 日期：[ 2014-04-26 22:05:54 ] |
| 浮头式换热器试压工装的创新及设计 刘丽宏 刘艳革 ( 大庆石化建设公司, 黑龙江 大庆 163714) 摘要: 文中介绍了 1 种使用效果理想的浮头式换热器试压工装, 并与常用的填料密封试压工装 和 C 型环密封试压工装进行了对比, 指出了新型试压工装的结构特征及优点。 关键词: 浮头式换热器; 试压工装; 密封; 填料 中图分类号: TK17 文献标识码: B 文章编号:1671- 4962(2008)02- 0036- 03 由于浮头式换热器浮动端的换热器芯子与壳 体是敞开形式, 没有形成封闭盛液体的空腔, 试压 时必须安装一个专用试压工具使其密闭。以往在 浮头式换热器试压工作中, 采用的试压工装是钢质构件, 尺寸较大, 安装困难, 且由于密封结构存 在缺陷, 密封效果不理想。在浮头式换热器检修过 程中, 由于试压过程几乎占整个换热器检修过程 的 2/3 的时间, 所以换热器试压工装的性能优劣将直接影响试压效率[1]。 1 目前试压工装中存在的问题 1.1 填料密封试压工装 填料密封属于强制密封, 其结构见图 1。 换热器的壳体法兰与试压工装通过壳体螺栓 连接, 2 者之间使用橡胶棉板作为密封元件。浮动 管板环向与试压工装之间的密封元件为盘根, 压盖 上的螺栓预紧力将盘根压缩变形达到密封目的。 试压工装存在 6 个问题。 ( 1) 工装通用性差。对于公称直径相同但公称 压力不同的换热器, 其壳体法兰上螺栓孔的数量、 直径不同, 因此同一直径的试压工装不能适用所 有公称压力的换热器。虽然可以用气割方法在工 装上割孔以便与壳体法兰相配, 但这不仅降低了 试压工装的强度, 也容易使试压工装变形而导致 密封性能下降。 ( 2) 密封性差。由于浮头式换热器制造厂家所 采用的制造标准不同或由于更新换热器管束等原 因, 管板伸出壳体法兰的长度也会不同, 为此, 填 料不能准确压紧在管板位置上而导致密封失效。 ( 3) 填料密封所需螺栓预紧力很大, 但橡胶石 棉板垫片的弹性和可压缩程度有限, 因此, 较大的 螺栓预紧力与有限的压缩空间出现矛盾, 在一定 程度上会影响密封效果。 ( 4) 填料的接头和压实需要较高的安装技巧, 如果填料安装不正确, 也容易在此发生泄漏。 ( 5) 盘根和橡胶石棉板垫片一般只能一次性 使用, 成本较高。 ( 6) 换热器大规模检修时, 多规格的试压工装 不利于检修现场的施工和管理。 1.2 C 型环密封试压工装 C 型环密封属于自紧密封, 其结构型式见图 2。 换热器壳体法兰与试压工装之间靠 C 型环外 侧面实现接触密封。试压工装与浮动管板环向接 触面则依靠 C 型环左右 2 个凸出的圆弧面与试压 工装凹槽左右平面接触实现密封。预紧时, C 型环 受到轴向的弹性压缩, 在接触处产生预紧比压。当 内压上升时, 介质进入 C 型环的内腔, 使 C 型环轴 向张开, 使密封比压增大达到自紧。 该试压工装有 4 个缺点。 ( 1) C 型环直径较大, 在 C 型环唇口处容易产 生波形, 可能会产生密封失效。 ( 2) 与浮动管板接触的 C 型环需预先从注水 孔加压形成初始密封, 既增加试压程序, 又要求操 作者有较丰富的经验。 ( 3) 与填料密封试压工装类似, 由于换热器法 兰不同和管板伸出的长度不同使其通用性较差。 ( 4) C 型环属非标零件, 其凸面加工困难, 有 时要在密封面上加软金属垫片以提高密封效果, 因此制造成本较高[2]。 2 新型试压工装的创新设计 2.1 现场情况调查 为了使新型试压工装更符合现场实际, 进行 了大量的现场测绘和调查, 确定了压盖的深度调 节范围应在 160～230 mm 范围内, 试压工装的常用 压力为 1.6 MPa、2.5 MPa 和 4.0 MPa。 2.2 设计方案的提出 2.2.1 试压工装基本结构设计 试压工装采用 3 件组焊和活动压盖方式, 与浮头式换热器连接部 位采用密封凸台带榫槽的法兰结构, 目的是保证密封和一定的强度, 防止受压变形; 与浮头管板连 接部位采用 4 mm 间隙的动配合, 密封环套宽度 50￣70 mm, 高度 100￣120 mm, 目的是减少变形和 实现管板深度调节。连接法兰与密封环套之间用 卷制圆筒连接, 以减轻重量, 减少加工难度, 试压 工装主体与压盖采用螺栓连接。 2.2.2 试压工装密封结构 针对浮头式换热器的结 构特点, 特设计了带有 O 型密封圈的试压工装。O 型橡胶密封属自紧密封, 所需预紧力小, 因此密封 性能较好; O 型橡胶密封与盘根和 C 型密封相比, O 型环可重复多次使用且成本低廉。O 型密封适用的 工作压力为≤100 MPa、工作温度介于-60￣250 ℃之 间, 适用的公称直径<3 000 mm。 2.2.3 连接螺栓数量和位置的确定 在试压时, 浮 头式换热器的外头盖法兰及封头拆下后, 应安装试 压工装, 此时壳程的承压面积由原来的整个封头受 力变为由试压工装来承受, 其受力模型见图 3。 试压工装的面积约为原封头面积的 1/5～1/3。 由公式 P=F/S 可以看出, 在压强 P 一定时, 面积 S 越小, 则压力 F 也越小, 由此可以确定连接法兰的 螺栓数量也为原来连接数量的 1/5～1/3, 即可满足 试压要求, 为安全起见, 将连接法兰的螺栓数量确 定为原来的 1/3～1/2, 即在 1 个连接法兰上可以只 钻原来螺栓孔数量的 1/3～1/2 即可。 按照连接法兰的标准 JB4703- 2000, 将公称压 力分别为 1.6 MPa、2.5 MPa 和 4.0 MPa 具有相同公 称直径的法兰进行统计、对比, 得出相同公称直 径、不同公称压力的法兰可以在同一法兰上钻孔的结论, 这样, 一个连接法兰就可以用于同一公称 直径的不同压力环境下。 2.3 新型试压工装的制造和使用 根据实际调查结果, 浮头式换热器在直径为 DN500～DN1 400 之间应用较多, 故制造了 DN500～ DN1 400 规格的试压工装, 制造出的试压设备在 2007 年大庆石化公司化工一厂、化工二厂、炼油厂 和化肥厂装置检修中进行了实际使用, 应用效果 十分理想。试压工装的结构见图 4。 3 结束语 新型结构的浮头式换热器试压工装, 采用接 触力自动补偿的接触密封技术和可调式结构技 术, 这种换热器试压工具能够克服传统浮头式换 热器试压工具型号单一和 1 台换热器配 1 个试压 工具的问题, 同时解决了试压工具密封效果差, 试 压时间长, 安装不便利等缺陷, 达到等公称直径不 同压力等级换热器通用一个试压工具的效果。 参考文献: [ 1] 国家技术监督局.GB151- 1998 管壳式换热器[ S] .北京: 中国标 准出版社, 1999: 26. [ 2] 王磊.压力容器应力分类及补强设计方法的比较[ J] .化工机械, 2004, 31(5): 307- 311. 作者简介: 刘丽宏, 女, 工程师, 1993 年毕业于北京石油化工学院化 工机械专业, 现从事质量检查和设备管理工作, 已发表 3 篇论文。 |
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