螺紋鎖緊環(huán)式換熱器檢修中常見(jiàn)問(wèn)題與處理

王 勇

（合肥通用機(jī)械研究院通安公司，安徽合肥 230031）

0 引言

螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的工作環(huán)境是300～450 ℃高溫、10～20 MPa 高壓，內(nèi)部介質(zhì)是易燃、易爆的含氫、硫化氫和烴類(lèi)等腐蝕性原油。螺紋鎖緊環(huán)式換熱器是加氫裝置高壓換熱器的一種，它的優(yōu)點(diǎn)是密封性能可靠且管殼程密封、管箱端部密封泄漏可在線調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)內(nèi)、外圈壓緊螺栓，特別適用于高溫、高壓大直徑介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)的換熱器，但是其結(jié)構(gòu)和加工制造復(fù)雜，特別是管箱內(nèi)部主螺紋，裝拆不方便，需用專(zhuān)用工具，綜合成本高：①螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的管板采用壓差設(shè)計(jì)，換熱器升降壓過(guò)程中必須保持在壓差范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)誤操作就容易造成管板和管殼程的密封元件損傷，導(dǎo)致管內(nèi)漏、外漏或密封螺紋損傷；②換熱器出現(xiàn)誤操作使得管殼程在長(zhǎng)期或局部時(shí)段內(nèi)的溫度、壓力和介質(zhì)濃度超出設(shè)計(jì)要求也會(huì)發(fā)生內(nèi)漏、外漏或密封螺紋損傷；③換熱器管板密封面加工質(zhì)量、換熱管與管板角焊縫質(zhì)量等都容易引發(fā)內(nèi)漏和局部應(yīng)力集中、腐蝕加劇。由于該類(lèi)型換熱器在國(guó)內(nèi)經(jīng)常使用[1]，制造單位和煉油廠積累了許多問(wèn)題的處理方法，選擇螺紋鎖緊環(huán)式換熱器在運(yùn)行和檢修中具有代表性的5 個(gè)問(wèn)題分別進(jìn)行原因分析并給出處理方法。

1 管殼程密封處泄漏（內(nèi)漏）

在螺紋鎖緊環(huán)式換熱器運(yùn)行過(guò)程中，管殼程密封處泄漏（內(nèi)漏）屬于經(jīng)常發(fā)生的問(wèn)題之一[1]。管殼程在升降壓時(shí)沒(méi)有保持在壓差范圍內(nèi)、誤操作造成長(zhǎng)期或局部時(shí)段內(nèi)的介質(zhì)溫度和壓力超出設(shè)計(jì)要求、換熱器管板密封面加工質(zhì)量、換熱管與管板角焊縫質(zhì)量、管殼程密封處的內(nèi)法蘭螺栓松動(dòng)或密封墊片老化都容易引起內(nèi)漏[2]。管殼程密封處泄漏可以通過(guò)檢查管程的反應(yīng)流出介質(zhì)的硫含量是否連續(xù)幾天超標(biāo)，原理是殼程的介質(zhì)是原料油，硫含量很高；管程的介質(zhì)是經(jīng)過(guò)加氫裂化反應(yīng)的反應(yīng)流出物，經(jīng)過(guò)去硫工藝后硫含量很低，若管殼程密封處泄漏，就會(huì)造成殼程的介質(zhì)原料油流入管程，使得管程流出介質(zhì)的硫含量連續(xù)超標(biāo)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，某項(xiàng)目3 臺(tái)螺紋鎖緊環(huán)式U 形管換熱器運(yùn)行10 年期間，管殼程密封處泄漏9 次[1]，其中有3 次嚴(yán)重泄漏，而管程外泄漏僅出現(xiàn)1 次，且通過(guò)緊固外圈壓緊螺栓很快得到消除。

1.1 原因分析

①換熱器運(yùn)行過(guò)程中，如果誤操作造成管殼程在升降壓時(shí)沒(méi)有保持在壓差范圍，造成管板變形、管殼程密封處的內(nèi)法蘭螺栓松動(dòng)；②換熱器的管殼程長(zhǎng)期或局部時(shí)段內(nèi)的介質(zhì)溫度和濃度超出設(shè)計(jì)要求，造成管、殼程部件的熱膨脹不能及時(shí)恢復(fù)或密封墊片老化；③管殼程密封的柔性石墨波齒復(fù)合墊片質(zhì)量不合格，回彈率低、厚度和寬度不夠，導(dǎo)致墊片局部未被充分壓縮；④內(nèi)法蘭螺栓和墊片安裝質(zhì)量差，墊片在固定時(shí)發(fā)生折疊或褶皺造成密封不緊；⑤管板密封面有劃痕和凹坑，換熱管與管板角焊縫質(zhì)量差。

1.2 處理方法

①管殼程密封處使用優(yōu)質(zhì)的柔性石墨波齒復(fù)合墊片，保證墊片的回彈率、厚度和安裝寬度；②內(nèi)法蘭螺栓和墊片安裝前，先用膠帶將墊片固定牢固，防止墊片在安裝和擰緊內(nèi)法蘭螺栓過(guò)程中移動(dòng)，內(nèi)法蘭螺栓緊固過(guò)程中必須對(duì)稱(chēng)用力、逐漸擰緊；③在換熱器運(yùn)行過(guò)程中，管殼程在升降壓時(shí)必須保持在壓差范圍內(nèi)操作；④在換熱器運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常通過(guò)儀表和取樣檢查管殼程介質(zhì)溫度和濃度，保證在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)；⑤管板密封面加工后應(yīng)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，換熱管與管板角焊縫應(yīng)兩道成型保證焊接質(zhì)量，并進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

在螺紋鎖緊環(huán)式換熱器運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)管程的流出介質(zhì)的硫含量監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)管殼程密封處泄漏（內(nèi)漏）應(yīng)首先緊固對(duì)應(yīng)內(nèi)圈壓緊螺栓，前期基本可以得到解決，但是內(nèi)漏發(fā)生多次后，后期通過(guò)緊固對(duì)應(yīng)內(nèi)圈壓緊螺栓基本已經(jīng)失效[3]，后期內(nèi)漏發(fā)生對(duì)生產(chǎn)影響就非常嚴(yán)重，就需要對(duì)換熱器進(jìn)行抽芯檢查，才能發(fā)現(xiàn)和解決內(nèi)漏問(wèn)題。

2 管程端部密封處泄漏（外漏）

在螺紋鎖緊環(huán)式換熱器運(yùn)行過(guò)程中，管程端部密封處泄漏（外漏）屬于很少發(fā)生的問(wèn)題，根據(jù)問(wèn)題統(tǒng)計(jì)資料一般管殼程密封處泄漏（內(nèi)漏）9 次[1]，管程外泄漏才出現(xiàn)1 次，且通過(guò)緊固外圈壓緊螺栓很快得到消除。管程端部密封處泄漏的主要由于也是誤操作造成管殼程在升降壓時(shí)沒(méi)有保持在壓差范圍和管程長(zhǎng)期或局部時(shí)段內(nèi)的介質(zhì)溫度和濃度超出設(shè)計(jì)要求，從而造成管程密封件變形，或墊片逐漸老化。由于管程端部密封處泄漏很少發(fā)生，它的處理措施也很簡(jiǎn)單，通過(guò)緊固外圈壓緊螺栓很快得到消除。

雖然管程端部密封處泄漏很少發(fā)生，但由于螺紋鎖緊環(huán)式換熱器屬于加氫裝置高壓換熱器，其運(yùn)行過(guò)程中的壓力和溫度都很高，發(fā)生外漏也是很危險(xiǎn)的，因此應(yīng)加強(qiáng)巡檢，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

3 內(nèi)、外圈壓緊螺栓擰不出或擰斷

拆卸螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的第一步就是拆卸內(nèi)、外圈壓緊螺栓，拆卸時(shí)未對(duì)稱(chēng)均勻擰出造成局部少量螺栓受力超載后螺紋變形使螺栓拆卸困難，就算注入大量的松銹劑，由于螺紋變形仍有數(shù)個(gè)螺栓拆不下來(lái)。

3.1 原因分析

①內(nèi)、外圈壓緊螺栓拆卸時(shí)未對(duì)稱(chēng)均勻擰出造成局部少量螺栓受力超載后螺紋變形使螺栓拆卸困難；②內(nèi)、外圈壓緊螺栓的螺紋涂抹的抗高溫咬死劑經(jīng)過(guò)超溫失效，導(dǎo)致螺紋之間無(wú)潤(rùn)滑油膜；③換熱器工作溫度超出設(shè)計(jì)要求，造成內(nèi)件在軸向的變形量不一致，較小的溫差容易使螺栓外螺紋與結(jié)合面內(nèi)螺紋之間磨損、劃傷，大的溫差可直接導(dǎo)致螺栓變形；④內(nèi)、外圈壓緊螺栓的螺紋較長(zhǎng)，且是細(xì)牙螺紋，溫差或局部受力超載都會(huì)造成局部變形、錯(cuò)位，若此時(shí)再加大扭矩，就會(huì)造成螺栓擰不出。

3.2 處理方法

①若少量壓緊螺栓擰斷時(shí)不影響螺紋鎖緊環(huán)和管箱蓋板的拆卸，可在蓋板拆下后機(jī)加工處理；②若少量壓緊螺栓擰斷時(shí)影響螺紋鎖緊環(huán)和管箱蓋板的拆卸，可直接用槍鉆或磁力鉆把斷螺栓打掉后取出。管箱蓋板損傷后采取局部堆焊后機(jī)加工，螺栓直接更換價(jià)格也不高。

4 內(nèi)法蘭螺栓擰不出或擰斷

4.1 原因分析

①內(nèi)法蘭螺栓的頭部沒(méi)有設(shè)計(jì)頂柱，管殼程的各種軸向力施加下螺栓的頭部容易墩粗甚至彎曲；②誤操作造成管殼程在升降壓時(shí)沒(méi)有保持在壓差范圍，造成管板變形、管殼程密封處的內(nèi)法蘭螺栓變形；③內(nèi)法蘭螺栓與其連接件材質(zhì)不匹配，在管殼程壓差范圍外超載受力和高溫作用下容易變形咬死。

4.2 處理方法

內(nèi)法蘭螺栓的裝配順序是先穿進(jìn)分合環(huán)上的螺栓孔，再擰在內(nèi)法蘭上，如果內(nèi)法蘭螺栓斷口在分合環(huán)的孔內(nèi)，必須先將斷螺栓進(jìn)行處理?，F(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)常采用2 種不同的方法：①用槍鉆或磁力鉆將斷在分合環(huán)內(nèi)的內(nèi)法蘭螺栓打掉后取出，但由于管箱內(nèi)操作空間有限，需采取措施保護(hù)操作人員；②用氣割從內(nèi)緣將分合環(huán)割穿，將內(nèi)法蘭螺栓割平，就可以在破壞分合環(huán)的情況下降內(nèi)法蘭取出，再次裝配前需要重新加工分合環(huán)。以上2 種方法都要根據(jù)內(nèi)法蘭螺栓的螺紋損傷情況，可采取局部堆焊后重新攻絲或更換，更換價(jià)格也不高。

5 螺紋鎖緊環(huán)裝配旋入和拆卸旋出時(shí)咬死

5.1 原因分析

①螺紋鎖緊環(huán)的螺紋較長(zhǎng)，在螺紋旋入過(guò)程中局部有雜物，雖然鎖緊環(huán)已完全旋入管箱，但是已經(jīng)卡死導(dǎo)致拆卸時(shí)旋出困難；②由于螺紋鎖緊環(huán)自重大、直徑大，在拆卸過(guò)程中不能一直保持同心度和垂直度就容易造成鎖緊環(huán)局部受力過(guò)大變形、錯(cuò)位，若此時(shí)再加大扭矩，就會(huì)造成鎖緊環(huán)旋出困難；③主螺紋涂抹的抗高溫咬死劑經(jīng)過(guò)超溫失效，導(dǎo)致螺紋之間無(wú)潤(rùn)滑油膜，摩擦阻力加大造成鎖緊環(huán)旋出困難。

5.2 處理方法

螺紋鎖緊環(huán)的旋進(jìn)和旋出都是螺紋鎖緊環(huán)換熱器的最大難點(diǎn)之一[4]，旋進(jìn)過(guò)程中雜物清掃不干凈，未使用優(yōu)質(zhì)的抗高溫咬死劑都會(huì)造成后期拆裝旋出困難；螺紋鎖緊環(huán)的旋合和旋出過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻保持同心度精度，稍有卡滯的苗頭就應(yīng)及時(shí)檢查同心度精度并加潤(rùn)滑油。若卡滯現(xiàn)象加劇，就應(yīng)該采取以下措施：①螺紋鎖緊環(huán)旋出和旋進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)卡滯現(xiàn)象加劇，要及時(shí)查找原因，清除雜物、調(diào)整同心度、加潤(rùn)滑油，再進(jìn)行幾次正反旋動(dòng)，以消除毛刺；②若仍有卡滯加劇現(xiàn)象，將管箱筒體外包上電加熱帶在允許溫度范圍內(nèi)加熱使筒體膨脹，再進(jìn)行幾次正反旋動(dòng)后緩慢旋出；③若仍不能旋出，可考慮破壞主螺紋，將鎖緊環(huán)外圈上的力逐步增大直至旋出。但是主螺紋破壞后修復(fù)成本高，更換成本很高。

6 結(jié)論

對(duì)螺紋鎖緊環(huán)式換熱器在運(yùn)行和檢修過(guò)程中常見(jiàn)的5 個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，并給出了對(duì)應(yīng)的處理措施。特別強(qiáng)調(diào)了管殼程密封處泄漏（內(nèi)漏）這個(gè)問(wèn)題不易觀察且發(fā)生后對(duì)生產(chǎn)影響大，螺紋鎖緊環(huán)裝配旋入和拆卸旋出時(shí)咬死這個(gè)問(wèn)題不好解決且更換成本高，需要在設(shè)備運(yùn)行維護(hù)階段特別引起重視。