浮头式换热器试压工装的创新及设计
日期：2009-04-15
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DN 500～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。