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浮頭式換熱器試壓工裝的創新與設計

點擊:2132 日期:[ 2014-04-26 22:06:35 ]
                             浮頭式換熱器試壓工裝的創新與設計                                     劉麗宏   劉艷革                        (大慶石化建設公司, 黑龍江 大慶 163714)     摘要:文中介紹了1種使用效果理想的浮頭式換熱器試壓工裝, 并與常用的填料密封試壓工裝和C型環密封試壓工裝進行了對比, 指出了新型試壓工裝的結構特征及優點。     關鍵詞: 浮頭式換熱器; 試壓工裝; 密封; 填料     中圖分類號: TK17      文獻標識碼: B       文章編號:1671- 4962(2008)02- 0036- 03      由于浮頭式換熱器浮動端的換熱器芯子與殼體是敞開形式,沒有形成封閉盛液體的空腔,試壓時必須安裝一個專用試壓工具使其密閉。以往在浮頭式換熱器試壓工作中,采用的試壓工裝是鋼質構件,尺寸較大,安裝困難,且由于密封結構存在缺陷,密封效果不理想。在浮頭式換熱器檢修過程中,由于試壓過程幾乎占整個換熱器檢修過程的 2/3 的時間,所以換熱器試壓工裝的性能優劣將直接影響試壓效率[1]。     1 目前試壓工裝中存在的問題     1.1 填料密封試壓工裝      填料密封屬于強制密封,其結構見圖 1。                       換熱器的殼體法蘭與試壓工裝通過殼體螺栓連接,2者之間使用橡膠棉板作為密封元件。浮動管板環向與試壓工裝之間的密封元件為盤根, 壓蓋上的螺栓預緊力將盤根壓縮變形達到密封目的。試壓工裝存在 6 個問題。      ( 1) 工裝通用性差。對于公稱直徑相同但公稱壓力不同的換熱器,其殼體法蘭上螺栓孔的數量、直徑不同,因此同一直徑的試壓工裝不能適用所有公稱壓力的換熱器。雖然可以用氣割方法在工裝上割孔以便與殼體法蘭相配, 但這不僅降低了試壓工裝的強度,也容易使試壓工裝變形而導致密封性能下降。      ( 2) 密封性差。由于浮頭式換熱器制造廠家所采用的制造標準不同或由于更新換熱器管束等原因,管板伸出殼體法蘭的長度也會不同,為此,填料不能準確壓緊在管板位置上而導致密封失效。      ( 3) 填料密封所需螺栓預緊力很大,但橡膠石棉板墊片的彈性和可壓縮程度有限,因此,較大的螺栓預緊力與有限的壓縮空間出現矛盾,在一定程度上會影響密封效果。      ( 4) 填料的接頭和壓實需要較高的安裝技巧,如果填料安裝不正確, 也容易在此發生泄漏。      ( 5) 盤根和橡膠石棉板墊片一般只能一次性使用,成本較高。      ( 6) 換熱器大規模檢修時, 多規格的試壓工裝不利于檢修現場的施工和管理。      1.2 C 型環密封試壓工裝      C型環密封屬于自緊密封,其結構型式見圖 2。                       換熱器殼體法蘭與試壓工裝之間靠 C 型環外側面實現接觸密封。試壓工裝與浮動管板環向接觸面則依靠 C 型環左右 2 個凸出的圓弧面與試壓工裝凹槽左右平面接觸實現密封。預緊時, C 型環受到軸向的彈性壓縮, 在接觸處產生預緊比壓。當內壓上升時, 介質進入 C 型環的內腔, 使 C 型環軸向張開, 使密封比壓增大達到自緊。      該試壓工裝有 4 個缺點。      ( 1) C 型環直徑較大, 在 C 型環唇口處容易產生波形, 可能會產生密封失效。      ( 2) 與浮動管板接觸的 C 型環需預先從注水孔加壓形成初始密封, 既增加試壓程序, 又要求操作者有較豐富的經驗。      ( 3) 與填料密封試壓工裝類似, 由于換熱器法蘭不同和管板伸出的長度不同使其通用性較差。      ( 4) C 型環屬非標零件, 其凸面加工困難, 有時要在密封面上加軟金屬墊片以提高密封效果,因此制造成本較高[2]。     2 新型試壓工裝的創新設計     2.1 現場情況調查      為了使新型試壓工裝更符合現場實際,進行了大量的現場測繪和調查,確定了壓蓋的深度調節范圍應在160~230 mm范圍內,試壓工裝的常用壓力為1.6MPa、2.5 MPa和4.0 MPa。     2.2 設計方案的提出     2.2.1 試壓工裝基本結構設計試壓工裝采用3件組焊和活動壓蓋方式,與浮頭式換熱器連接部位采用密封凸臺帶榫槽的法蘭結構,目的是保證密封和一定的強度, 防止受壓變形; 與浮頭管板連接部位采用4 mm間隙的動配合,密封環套寬度50 ̄70 mm,高度 100 ̄120 mm,目的是減少變形和實現管板深度調節。連接法蘭與密封環套之間用卷制圓筒連接,以減輕重量,減少加工難度,試壓工裝主體與壓蓋采用螺栓連接。     2.2.2 試壓工裝密封結構 針對浮頭式換熱器的結構特點,特設計了帶有O型密封圈的試壓工裝。O型橡膠密封屬自緊密封, 所需預緊力小, 因此密封性能較好;O型橡膠密封與盤根和C型密封相比,O型環可重復多次使用且成本低廉。O型密封適用的工作壓力為≤100 MPa、工作溫度介于-60 ̄250 ℃之間, 適用的公稱直徑<3 000 mm。     2.2.3 連接螺栓數量和位置的確定在試壓時,浮頭式換熱器的外頭蓋法蘭及封頭拆下后,應安裝試壓工裝,此時殼程的承壓面積由原來的整個封頭受力變為由試壓工裝來承受, 其受力模型見圖 3。                       試壓工裝的面積約為原封頭面積的 1/5~1/3。由公式 P=F/S 可以看出,在壓強P一定時,面積 S越小,則壓力F也越小,由此可以確定連接法蘭的螺栓數量也為原來連接數量的1/5~1/3,即可滿足試壓要求,為安全起見,將連接法蘭的螺栓數量確定為原來的 1/3~1/2, 即在 1 個連接法蘭上可以只鉆原來螺栓孔數量的 1/3~1/2 即可。      按照連接法蘭的標準 JB4703- 2000, 將公稱壓力分別為 1.6 MPa、  2.5 MPa 和 4.0 MPa 具有相同公稱直徑的法蘭進行統計、對比, 得出相同公稱直徑、不同公稱壓力的法蘭可以在同一法蘭上鉆孔的結論, 這樣, 一個連接法蘭就可以用于同一公稱直徑的不同壓力環境下。      2.3 新型試壓工裝的制造和使用      根據實際調查結果, 浮頭式換熱器在直徑為DN500~DN1 400 之間應用較多, 故制造了 DN500~DN1 400 規格的試壓工裝,制造出的試壓設備在2007 年大慶石化公司化工一廠、化工二廠、煉油廠和化肥廠裝置檢修中進行了實際使用,應用效果十分理想。試壓工裝的結構見圖 4。                         3 結束語       新型結構的浮頭式換熱器試壓工裝,采用接觸力自動補償的接觸密封技術和可調式結構技術,這種換熱器試壓工具能夠克服傳統浮頭式換熱器試壓工具型號單一和 1 臺換熱器配 1 個試壓工具的問題, 同時解決了試壓工具密封效果差, 試壓時間長, 安裝不便利等缺陷, 達到等公稱直徑不同壓力等級換熱器通用一個試壓工具的效果。     參考文獻:     [1] 國家技術監督局.GB151-1998管殼式換熱器[ S].北京:中國標準出版社,1999: 26.     [2] 王磊.壓力容器應力分類及補強設計方法的比較[J].化工機械,2004,31(5):307- 311.     作者簡介:劉麗宏,女,工程師,1993 年畢業于北京石油化工學院化工機械專業,現從事質量檢查和設備管理工作,已發表3篇論文。
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