螺纹锁紧环换热器培训教材.doc

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XXXXX炼油化工有限公司

设备培训资料

档案号

修改日期

2006．2．17

机动部

第9页共9页

螺纹锁紧环式换热器

普通大法兰联接型式的换热器结构简单、拆卸方便，但随着装置的大型化，所需换热器的尺寸也越来越大，尤其在加氢裂化、加氢脱硫等装置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，这种型式的换热器管壳程法兰将变得很厚，紧固螺栓也随之明显增大，这不仅给紧固、拆卸带来很大的困难，既不便于维修，又难以保证不漏，并且大大增加了金属的耗量，既不易加工，又使制造成本上涨。

螺纹锁紧环换热器就在这种背景下应运而生，它密封可靠、结构紧凑、维护简单，最早由美国的Chevron公司和日本千代田公司共同研究开发，目前已有意大利的IMB公司、中国兰石机械设备有限公司，抚顺石油化工机器厂等单位能制造这种螺纹锁紧环换热器，兰石已可做到DN1900mm。

此换热器的管束多采用U型管，它的独到结构在于管箱部分。

该换热器可分为H—H型和H—L型。

这里只重点讲述H—H型。

一、结构

从结构上讲，它有一个完整的外壳，即管程和壳程用同一个筒体，筒体的一端用封头，另一端由螺纹承压环及一个压盖组成并紧贴在密封盘上，密封盘周边由金属垫密封与外界隔离开，防止外漏。

管束放入筒体内，管束上的管板与筒体的内台阶有垫片，将管程及壳程分开。

管箱一侧的管板紧贴内套筒，内套筒的另一侧是内螺拴，内螺栓设置在内卡环上，内卡环放入管箱内壁的沟槽内，内卡环设计成几个分瓣，便于安装，拧紧内卡环上的螺栓，通过内套筒将力传给管板上的垫片，使其压紧。

在双壳程换热器内，管束内设置一个纵向隔板，该隔板穿过管束中心，将管束分为对称的两部分，隔板的两侧安放密封条，用压条及螺栓固定，将单壳程分为双壳程。

折流板成单弓半圆缺圆形或双弓半圆缺圆形。

纵向隔板两侧密封可靠的关键在于密封条的抗高温性能及拉变形性能。

螺纹锁紧环式换热器见图，可以看出所有内件全部放在壳体内，只有一个外密封垫片将换热器内部介质与外界隔开，如果该垫片密封牢靠，设备本身再也没有其他的泄漏点，减少了泄漏的可能性，所以能做到密封可靠。

外压紧螺栓只承担压紧外密封垫片一种功能，垫片传给外压紧螺栓的反力作用在螺纹承压环上，因此压紧外密封垫片是通过下列零件的力传递实现的：

外压紧螺栓→外压杆→外压圈→密封盘→外压紧垫片。

从结构形式就可以知道，换热器在操作运行中，带压的条件下，随时可以给外压紧螺栓施力，排除泄漏。

内密封垫片的作用是使管程与壳程分隔开，同时也可以在换热器操作运行中随时被压紧排除泄漏。

力的传递路径为：

内压紧螺栓→内压杆→内压圈→密封盘→管程内套筒→管板→内密封垫片。

同样，内密封垫片的反力最终传给螺纹承压环，内压紧螺栓也只承担压紧内密封垫片的一个功能，因此在操作中可以随时通过力传递被压紧。

同样实现了这种换热器的操作灵活性。

通过上述过程不难看出螺纹锁紧环式双壳程换热器的操作灵活性，在操作中带压情况下可排除泄漏。

当壳程压力比管程压力高时，还需要在管箱内壁设计沟槽，在槽内加卡环，卡环上设置顶螺栓，以便经过力传递给内密封垫片施加初次压力，以确保该密封在操作过程中的可靠性。

卡环的设计有两种：

整体形及分瓣形。

二、优缺点

优点：

1、密封性能可靠，压紧螺栓直径较小

在高温高压环境下，内压产生的轴向力最终由管箱体上的大螺纹来承受。

拧紧压紧螺栓仅仅为了保证垫片有足够的密封比压。

故用小直径的螺栓即可。

螺纹锁紧环式双壳程换热器在操作运行中可以随时拧紧压紧垫片的螺栓，及时排除泄漏。

因此给现场操作带来极大的灵活性。

2、泄漏面少

3、检修方便

4、金属用量少

5、结构紧凑

缺点：

结构复杂，内部的零件多，内件间的配合要求高。

制造难度大，技术要求高。

尤其是管程端部梯形大螺纹。

三、使用

对于用户来说，螺纹承压环上的内圈螺栓使用得当是很重要的，只有温度到达最高，且发现有内漏时才能启用它，如果在冷态时紧它，当温度升至操作温度，会给大螺纹产生附加轴向推力，对安全是不利的。

在开工时，用户需要将管程部位的观察孔丝堵打开，以观察是否有外漏。

检修后回装时，如果不打磨壳体内壁的密封位置，管束中纵向隔板两侧的壳体内壁密封面，往往发生内漏。

因此需要将内壁密封处打磨光滑，露出金属光泽，在回装以后，才能保证不泄漏。

同时两侧的密封条，如果拆装不当，密封板如有损坏，也应更换，以保证有效的传热。

图1螺纹锁紧环式换热器

1压盖；2内压紧螺栓；3外压紧螺栓；4螺纹锁紧环；5压环；6卡环；7管程内套筒；8盘根；9管板；10筒节2；11管束；12密封盘；13波齿复合垫片；14筒节1

换热器的启用

（1）启用换热器

①缓慢打开冷介质入口阀，从放空阀和排凝阀排水和气体，当有油排出，即关闭放空阀和排凝阀。

②逐渐打开冷介质出口阀，使冷介质流过换热器。

③缓慢打开热介质入口阀，从放空阀和排凝阀排水，当有油排出，即关闭放空阀和排凝阀。

④缓慢热介质出口阀，打开出口阀时要缓慢，以防换热器温升过快。

（2）启用空冷及注意事项

检查风机及电机是否安装合适；各部分润滑脂是否加好，转动风扇有无卡碰；一切正常即可按下启用按钮。

启用后要注意检查电机，风扇是否运行正常、有无异常声响，空冷器有无泄漏。

（3）日常检查

温度

压力

泄漏

振动

（4）试压SH3532

板式换热器

一、螺旋板式换热器

1、结构

螺旋板式换热器由外壳、螺旋体、密封及进出口等四部分组成，螺旋体用两张平行的钢板卷制而成，每块钢板被同时绕成螺旋形状，并形成两个同心通道，各通道为环状的单一通道，其截面为长方形，具有两个使介质通过的矩形通道。

进出口接管分别装于两通道的边缘端。

分为两大类，可拆式和不可拆式

不可拆式通道两端全部垫入密封条后焊接密封，称为Ⅰ型

图示：

图5—1螺旋板式换热器结构示意图

1一切向缩口；2一外圈板；3一支持板；

4一螺旋板；5一半圆端板；6一中心隔板；

7一支承圈；8一圆钢；9一定距柱

可拆式Ⅱ、Ⅲ型

特点是螺旋通道两端面交错焊死，两端面的密封采用端盖加垫片的密封结构，螺旋体内清洗可由两端分别进行清洗（称为Ⅱ型），使用压力为1．6MPa。

另一种结构特点是一个通道两端焊死，另一个通道两端全部敞开，两端面的密封采用端盖加垫片的密封结构（称为Ⅲ型），使用压力为1．6MPa。

在Ⅲ型结构中，一种介质在全部焊死的通道内流动，另一种介质在两端敞开的通道轴向流动。

一般冷却、冷凝工况下，冷却介质由周边转到中心，热介质由上向下流。

对于再沸器，则蒸汽由中心转到周边，冷介质由下向上。

图示：

2、型号表示法

XXXX/X—X—X/X—X/X—X

１２３４/5—6—7/8—9/10—11

1：

K可拆B不可拆

2：

L螺旋板换热器

3：

C碳钢S不锈钢

4/5：

公称压力PN（MPa）

6：

公称换热面积

7/8：

板宽（m）/公称直径（mm）

9/10：

通道间距

11：

D堵死型G贯通型

例：

BLC1.6-80-1.0/1600-14/18

3、性能特点

1．传热效率高

例如，冷冻机的辅助氨冷凝器，用一台换热面积为F=30m2的螺旋板式换热器代替换热面积F=75m2的管式换热器，效率提高了一倍。

2．能有效地利用流体的压头损失

3．不易污塞

在螺旋板式换热器中，由于介质走的是单一通道．而它的允许速度可以比其它类型的换热器高．污垢不易沉积。

如果通道内某处沉积了污垢，则此处的通道截面积就会减小，在一定流量下，如截面积减小．局部的流速就相应提高，对污垢区起到了冲刷的作用。

而在管壳式换热器中，如果一根换热管有污垢沉积．此换热管的局部阻力增大，则流量受到限制．流速降低．介质就向其它换热管分流，使换热器内每根换热管的阻力重新平衡，使得沉积了污垢的换热管的流速越来越低，越易沉垢，最后完全堵死。

在化工厂、炼油厂中使用的管壳式换热器管内径常有污垢沉积．容易产生堵管现象，而在螺旋板式换热器内．由于有自冲刷的作用．所以它的污垢形成速度约为管壳式换热器的1／10。

对于发生堵塞现象时．国外多用酸洗或热水清洗．在国内多数采用蒸汽吹净的方法，比用热水清洗既方便．效率又好。

4．能利用低温热源，并能精确控制出口温度

换热器设计中采用的经验数据进行分析．螺旋板式唤热器允许的最小温差为最低，在两流体温差为3℃情况下仍可以进行热交换。

由于允许的温差较低．都利用这种换热器来回收低温热能。

螺旋板式换热器具有两个较长的均匀螺旋通道，介质在通道中可以进行均匀的加热和冷却，所以能够精确地控制其出口温度。

5．结构紧凑

6．密封结构可靠

不可拆式在保证焊接质量的同时，就能保证介质之间不会产生内漏。

可拆式的两端用端盖压紧，端盖上有整体密封板．只要螺旋通道两端面加工平滑，可防止同侧流体从一圈旁流到另一圈。

7．温差应力小螺旋板式换热器的特点是允许膨胀，由于它有两个较长的螺旋形通道，当螺旋板受热或冷却后，可像钟表内的发条一样伸长和收缩。

而螺旋体各圈之间都是一侧为热流体，另一侧为冷流体，最外圈与大气接触。

在螺旋体之间的温差没有管壳式换热器中的换热管与壳体之间温差那样明显。

因此不会产生大的温差应力。

8．热损失少由于结构紧凑，即使换热器的传热面积很大．但它的外表面积还是较小的。

又因接近常温的流体是从最外边缘处的通道流出。

所以一般不需要保温。

9．制造简单螺旋板式换热器与其它类型的换热器相比，制造工时为最少，机械加工量小，材料主要是板材，容易卷制．制造成本低。

10．承压能力受限制螺旋板式换热器一般都按每一通道的额定设计压力．由于螺旋板的宽度较大．厚度较小．刚度差，每一圈均承受压力，当两通道阃的压力差达到一定程度，亦即达到或接近临界压力时·螺旋板就会被压瘪而丧失稳定性。

故目前较多的办法是从结构上考虑。

现在各国生产的螺旋板式换热器的最高工作压力达4MPa。

11．修理困难。

螺旋板式换热器虽不易泄漏．但由于结构上的限制．一旦产生泄漏时不易修理，往往只能整台报废．因此对具有腐蚀性介质时。

应选用耐腐蚀材料制造。

12．通道的清洗由于螺旋通道一般较窄．螺旋板上焊有维持通道宽度的定距柱，使机械清洗困难。

螺旋板的清洗方法．主要采用热水冲洗、酸洗和蒸汽吹洗三种．在国内较多采用蒸汽吹洗的方法。

4、使用注意事项

二、板片式换热器

1、结构

板式换热器是由很多波纹形或其它形式突出物的传热板，按一定间隔，通过垫片压紧而成的。

板片组装时，A片和B片交替排列．各板片之间形成狭窄的网形流道。

板片上四角有4个孔，形成了介质的分配管和汇集管。

密封垫片把冷、热两流体封在换热器内，同时又合理地将冷、热两介质分开不致混合，在许多通道里面，冷、热介质分别流人各流道，可以逆流，也可以并流，在流动过程中两种介质通过板片换热。

为了增加冷却或加热时间，以增大温降或温升幅，在设备中设置换向板片，即根据流程的需要，相￡的不冲出某些角孔（称为盲板），介质遇到盲孑L即日弯，进行换向，达到增长介质流程和增加冷却或加‰时间的目的。

图6一l中涂黑的孔即为盲孔。

板片分A片和B片，是根据开孔位置不同进行皇号。

A片和B片实际是可以互用的，A片和B片的

皮纹在板片平面相互转过180。

间隔排列的。

l板式换热器的结构如图6—2所示，主要是由板睁、密封垫片、压紧板、轴等零部件组成，图6—3为I舂构分解示意图。

板片用挂钩悬挂在定位螺杆上，两k片密封槽处用黏结剂粘贴密封垫片，垫片一方面起llf封作用，防止介质漏出；另一方面在两板片间造成定间隙，形成介质的流道。

整个设备用两端的活动Il盖和固定端盏压紧，以达到密封。

板片间隙由板片触点和垫片的厚度决定的。

间隙小，传热系数高，盖合于处理清洁液体；间隙大，可用来处理带颗粒和学纤维的液体。

双道密封结构

为了防止介质的泄漏，密封垫片设计成双道密封结构，并有信号孑L，见图6—4。

当介质从第一道密封泄漏时，可以从信号孔泄出，及早发现和检修。

设有信号孔还可以避免介质穿通，防止一种介质漏到另一种介质中去。

框架是用来支承和压紧板片的，为了便于检修和清溪，框架的结构应使板片能容易快速地拆装

2、型号表示法

ＸＸＸ—Ｘ—Ｘ—Ｘ—Ｘ

１２３—４—５—６—７

１：

板式换热器代号Ｂ、ＢＬ、ＢＺ

２：

板片波纹形式代号

３：

单板公称换热面积

４：

设计压力，MPa

５：

换热器换热面积

６：

垫片材料代号

７：

框架结构形式代号

序号

波纹形式

代号

1

人字形波纹（图6,14）

R

2

水平平直波纹（图6—15）

P

3

球形波纹（图6,16）

Q

4

斜波纹（图6-17、圈6‘18）

X

5

竖直渡纹（图6-19）

S

垫片材料及

代号j

丁腈

橡胶

三元乙丙

橡胶

氟橡

胶

氯丁橡

胶

硅橡

胶

石棉纤

维板0

Ｎ

E

F

C

Q

A

适用温度口，

℃

一20～

1】O

一50-

150

0—

180

—·40--

100

—65--

230

25～

250

扯断强度．MPa

≥10

扯断伸长率．％

≥120

硬度（邵氏A型）

75±3

80±5

8{）±5

75±5

60±2

压缩永久变形率，％

≤15

序号

框架形式

代号

1

双支撑框架式（图9）

I

2

带中间隔板双支撑框架式（图10）

I

3

带中间隔板三支撑框架式（图11）

I

4

悬臂式（图12）

Ⅳ

5

顶杆式（图13）

V

6

带中间隔板顶杆式（图14）

Ⅵ

7

活动压紧板落地式（图15）

Ⅶ