螺纹锁紧环式换热器检修中常见问题与处理

王 勇

（合肥通用机械研究院通安公司，安徽合肥 230031）

0 引言

螺纹锁紧环式换热器的工作环境是300～450 ℃高温、10～20 MPa 高压，内部介质是易燃、易爆的含氢、硫化氢和烃类等腐蚀性原油。螺纹锁紧环式换热器是加氢装置高压换热器的一种，它的优点是密封性能可靠且管壳程密封、管箱端部密封泄漏可在线调节对应内、外圈压紧螺栓，特别适用于高温、高压大直径介质腐蚀性强的换热器，但是其结构和加工制造复杂，特别是管箱内部主螺纹，装拆不方便，需用专用工具，综合成本高：①螺纹锁紧环式换热器的管板采用压差设计，换热器升降压过程中必须保持在压差范围内，如果出现误操作就容易造成管板和管壳程的密封元件损伤，导致管内漏、外漏或密封螺纹损伤；②换热器出现误操作使得管壳程在长期或局部时段内的温度、压力和介质浓度超出设计要求也会发生内漏、外漏或密封螺纹损伤；③换热器管板密封面加工质量、换热管与管板角焊缝质量等都容易引发内漏和局部应力集中、腐蚀加剧。由于该类型换热器在国内经常使用[1]，制造单位和炼油厂积累了许多问题的处理方法，选择螺纹锁紧环式换热器在运行和检修中具有代表性的5 个问题分别进行原因分析并给出处理方法。

1 管壳程密封处泄漏（内漏）

在螺纹锁紧环式换热器运行过程中，管壳程密封处泄漏（内漏）属于经常发生的问题之一[1]。管壳程在升降压时没有保持在压差范围内、误操作造成长期或局部时段内的介质温度和压力超出设计要求、换热器管板密封面加工质量、换热管与管板角焊缝质量、管壳程密封处的内法兰螺栓松动或密封垫片老化都容易引起内漏[2]。管壳程密封处泄漏可以通过检查管程的反应流出介质的硫含量是否连续几天超标，原理是壳程的介质是原料油，硫含量很高；管程的介质是经过加氢裂化反应的反应流出物，经过去硫工艺后硫含量很低，若管壳程密封处泄漏，就会造成壳程的介质原料油流入管程，使得管程流出介质的硫含量连续超标。在生产实践中，某项目3 台螺纹锁紧环式U 形管换热器运行10 年期间，管壳程密封处泄漏9 次[1]，其中有3 次严重泄漏，而管程外泄漏仅出现1 次，且通过紧固外圈压紧螺栓很快得到消除。

1.1 原因分析

①换热器运行过程中，如果误操作造成管壳程在升降压时没有保持在压差范围，造成管板变形、管壳程密封处的内法兰螺栓松动；②换热器的管壳程长期或局部时段内的介质温度和浓度超出设计要求，造成管、壳程部件的热膨胀不能及时恢复或密封垫片老化；③管壳程密封的柔性石墨波齿复合垫片质量不合格，回弹率低、厚度和宽度不够，导致垫片局部未被充分压缩；④内法兰螺栓和垫片安装质量差，垫片在固定时发生折叠或褶皱造成密封不紧；⑤管板密封面有划痕和凹坑，换热管与管板角焊缝质量差。

1.2 处理方法

①管壳程密封处使用优质的柔性石墨波齿复合垫片，保证垫片的回弹率、厚度和安装宽度；②内法兰螺栓和垫片安装前，先用胶带将垫片固定牢固，防止垫片在安装和拧紧内法兰螺栓过程中移动，内法兰螺栓紧固过程中必须对称用力、逐渐拧紧；③在换热器运行过程中，管壳程在升降压时必须保持在压差范围内操作；④在换热器运行过程中，经常通过仪表和取样检查管壳程介质温度和浓度，保证在设计要求范围内；⑤管板密封面加工后应进行无损检测，换热管与管板角焊缝应两道成型保证焊接质量，并进行无损检测。

在螺纹锁紧环式换热器运行过程中，应加强管程的流出介质的硫含量监测，出现管壳程密封处泄漏（内漏）应首先紧固对应内圈压紧螺栓，前期基本可以得到解决，但是内漏发生多次后，后期通过紧固对应内圈压紧螺栓基本已经失效[3]，后期内漏发生对生产影响就非常严重，就需要对换热器进行抽芯检查，才能发现和解决内漏问题。

2 管程端部密封处泄漏（外漏）

在螺纹锁紧环式换热器运行过程中，管程端部密封处泄漏（外漏）属于很少发生的问题，根据问题统计资料一般管壳程密封处泄漏（内漏）9 次[1]，管程外泄漏才出现1 次，且通过紧固外圈压紧螺栓很快得到消除。管程端部密封处泄漏的主要由于也是误操作造成管壳程在升降压时没有保持在压差范围和管程长期或局部时段内的介质温度和浓度超出设计要求，从而造成管程密封件变形，或垫片逐渐老化。由于管程端部密封处泄漏很少发生，它的处理措施也很简单，通过紧固外圈压紧螺栓很快得到消除。

虽然管程端部密封处泄漏很少发生，但由于螺纹锁紧环式换热器属于加氢装置高压换热器，其运行过程中的压力和温度都很高，发生外漏也是很危险的，因此应加强巡检，发现问题及时处理。

3 内、外圈压紧螺栓拧不出或拧断

拆卸螺纹锁紧环式换热器的第一步就是拆卸内、外圈压紧螺栓，拆卸时未对称均匀拧出造成局部少量螺栓受力超载后螺纹变形使螺栓拆卸困难，就算注入大量的松锈剂，由于螺纹变形仍有数个螺栓拆不下来。

3.1 原因分析

①内、外圈压紧螺栓拆卸时未对称均匀拧出造成局部少量螺栓受力超载后螺纹变形使螺栓拆卸困难；②内、外圈压紧螺栓的螺纹涂抹的抗高温咬死剂经过超温失效，导致螺纹之间无润滑油膜；③换热器工作温度超出设计要求，造成内件在轴向的变形量不一致，较小的温差容易使螺栓外螺纹与结合面内螺纹之间磨损、划伤，大的温差可直接导致螺栓变形；④内、外圈压紧螺栓的螺纹较长，且是细牙螺纹，温差或局部受力超载都会造成局部变形、错位，若此时再加大扭矩，就会造成螺栓拧不出。

3.2 处理方法

①若少量压紧螺栓拧断时不影响螺纹锁紧环和管箱盖板的拆卸，可在盖板拆下后机加工处理；②若少量压紧螺栓拧断时影响螺纹锁紧环和管箱盖板的拆卸，可直接用枪钻或磁力钻把断螺栓打掉后取出。管箱盖板损伤后采取局部堆焊后机加工，螺栓直接更换价格也不高。

4 内法兰螺栓拧不出或拧断

4.1 原因分析

①内法兰螺栓的头部没有设计顶柱，管壳程的各种轴向力施加下螺栓的头部容易墩粗甚至弯曲；②误操作造成管壳程在升降压时没有保持在压差范围，造成管板变形、管壳程密封处的内法兰螺栓变形；③内法兰螺栓与其连接件材质不匹配，在管壳程压差范围外超载受力和高温作用下容易变形咬死。

4.2 处理方法

内法兰螺栓的装配顺序是先穿进分合环上的螺栓孔，再拧在内法兰上，如果内法兰螺栓断口在分合环的孔内，必须先将断螺栓进行处理。现场处理时常采用2 种不同的方法：①用枪钻或磁力钻将断在分合环内的内法兰螺栓打掉后取出，但由于管箱内操作空间有限，需采取措施保护操作人员；②用气割从内缘将分合环割穿，将内法兰螺栓割平，就可以在破坏分合环的情况下降内法兰取出，再次装配前需要重新加工分合环。以上2 种方法都要根据内法兰螺栓的螺纹损伤情况，可采取局部堆焊后重新攻丝或更换，更换价格也不高。

5 螺纹锁紧环装配旋入和拆卸旋出时咬死

5.1 原因分析

①螺纹锁紧环的螺纹较长，在螺纹旋入过程中局部有杂物，虽然锁紧环已完全旋入管箱，但是已经卡死导致拆卸时旋出困难；②由于螺纹锁紧环自重大、直径大，在拆卸过程中不能一直保持同心度和垂直度就容易造成锁紧环局部受力过大变形、错位，若此时再加大扭矩，就会造成锁紧环旋出困难；③主螺纹涂抹的抗高温咬死剂经过超温失效，导致螺纹之间无润滑油膜，摩擦阻力加大造成锁紧环旋出困难。

5.2 处理方法

螺纹锁紧环的旋进和旋出都是螺纹锁紧环换热器的最大难点之一[4]，旋进过程中杂物清扫不干净，未使用优质的抗高温咬死剂都会造成后期拆装旋出困难；螺纹锁紧环的旋合和旋出过程中应时刻保持同心度精度，稍有卡滞的苗头就应及时检查同心度精度并加润滑油。若卡滞现象加剧，就应该采取以下措施：①螺纹锁紧环旋出和旋进过程中发现卡滞现象加剧，要及时查找原因，清除杂物、调整同心度、加润滑油，再进行几次正反旋动，以消除毛刺；②若仍有卡滞加剧现象，将管箱筒体外包上电加热带在允许温度范围内加热使筒体膨胀，再进行几次正反旋动后缓慢旋出；③若仍不能旋出，可考虑破坏主螺纹，将锁紧环外圈上的力逐步增大直至旋出。但是主螺纹破坏后修复成本高，更换成本很高。

6 结论

对螺纹锁紧环式换热器在运行和检修过程中常见的5 个问题进行了原因分析，并给出了对应的处理措施。特别强调了管壳程密封处泄漏（内漏）这个问题不易观察且发生后对生产影响大，螺纹锁紧环装配旋入和拆卸旋出时咬死这个问题不好解决且更换成本高，需要在设备运行维护阶段特别引起重视。