板式换热器结构原理与检修方法

潘其文，贾赟强，杜兴云

（中国石油兰州石化公司检维修中心，甘肃兰州 730060）

0 引言

随着石油化工装置生产能力的不断扩大，设备单机处理能力也越来越大，近年来新建投产的液氨循环冷却器的大型化，对检修的科学化、标准化、专业化提出了更高的要求。手动定力矩紧固螺栓的方法，已经不能满足设备检修的技术要求，螺栓在对角紧固过程中不能同时受力，造成每个螺栓紧固力矩不均、存在垫片把偏的现象，容易导致板片间距不均匀出现泄漏。

1 板式换热器结构与特点

EA-210 板式换热器是由72 组长方形的冲压有波纹的金属传热薄板相叠加构成，每组板片由两块波纹同向的单板片焊接而成，两端分别有头板和尾板，并用夹紧板将板片重叠夹紧组装于框架中，板片四周属于敞开式，相邻两组板片四周边通过专用橡胶垫片密封，板片的4 个角开有圆孔，垫片的同侧两角为全角圆孔或半圆孔，板片与垫片叠加组装后构成了热流体的通道，在每组板片中间经冷流体通过，合理地将冷热流体分开，使其分别在每块单板片两侧的流道中流动，从而通过板片进行热交换。

板式换热器的结构具有如下特点：结构紧湊，拆装方便，板片薄，质量轻，传热效率高；密封点多，易外漏，承受高温高压的能力差；换热器板间间距小，流体通道小，对工艺流体的清洁度要求较高（图1）。由于流体为易气化扩散、易中毒伤亡、易燃烧爆炸、易污染环境的液态氨，一旦外漏与空气混合将形成爆炸性混合物，给人身及环境安全将带来重大影响，所以对板式换热器的检修安装要求特别高、特别严格。

图1 板式换热器结构

2 检修

2.1 试压检查

由于板式换热器使用橡胶密封垫密封，其设计要求检修周期一般为2 年。2019 年5 月在装置停车检修期间，对已经使用近20 个月的A、C 两台板式换热器（外形尺寸：高2100 mm×宽1500 mm×厚895 mm，操作压力为0.8 MPa，橡胶密封垫材料为NBR 即丁腈橡胶）进行换垫检修。检修之前对换热器整体进行试压检查：冷流体侧焊缝无渗漏点，但热流体液氨侧均出现不同程度的外渗漏现象，现场有氨味，用肥皂水检测呈细沫状。

2.2 检修方法

2.2.1 设备解体

试压查漏中，将外漏部位的板片做上标记，作为板片检查重点区域，然后按对角线的方向松开夹紧螺杆螺母，在拆卸中使活动夹紧板基本保持平行。当活动夹紧板与全部板片松开至自由状态时，取下全部20 套夹紧螺杆和螺栓推力轴承垫。此时，将活动夹紧板向后立柱侧移动，并紧靠后立柱，将板片从尾板开始由外向内逐一拆下。拆卸过程中应注意：①勿强拉硬拽，防止板片变形；②拆下的零部件应规范放置，下铺上盖，避免撞击、划伤板片、丢失螺栓推力轴承垫等；③板片平放整齐，尾板在下、头板在上，两侧不可放反，上下不可颠倒。

2.2.2 板片清理

先小心去除板片上的旧密封垫，使密封槽的表面保持光滑，然后对板片逐块进行清洗。为了防止高压水冲击使板片变形，应将板片平放于检修台面上，用高压水枪冲刷板片表面杂质和密封槽中残留粘接剂，只可用软布擦拭的方式清理，禁用金属丝刷、锯条或其他尖锐的东西铲刮，防止划伤板片、加速板片腐蚀。板片清理后整体叠放顺序，与清洗前正好相反。

2.2.3 板片的缺陷检查与垫片安装

清理后的板片用空气吹干并逐一进行认真检查，把无缺陷的板片按顺序地逐块安装密封垫片。从尾板开始进行垫片粘贴，将板片的密封槽擦拭干净，用不掉毛的小毛刷子均匀地涂上专用粘接剂，然后粘上垫片，同时将垫片上的防脱爪卡锁在板片对应孔上。粘好垫片后的板片应保持清洁，防止污物粘在垫片密封面，然后平放于干净、平实的平台上，将粘好密封垫片的板片逐块整齐地垫片朝下叠放在一起。注意，由于头板与固定夹紧板之间不流经介质，因此头板只在4 个圆孔处粘贴全角密封垫片，以保证冷热流体不通过固定夹紧板与头板间之间隙，而且最后一块换热板片即尾板为盲板、无通孔。当全部板片都粘贴好垫片叠放完成后，在上部铺上清洁胶皮，并在密封槽四周压上一定重量的物体，将板片静置到规定的时间。

2.2.4 板片组装

（1）在设备整体全部清洗干净后，安装板片的时候根据组装顺序和上下方向，把所有换热板垫片侧朝向固定夹紧板，依次整齐地叠靠在一起，再把活动夹紧板手动推靠至尾板上，并保持活动夹紧板的平衡。

（2）安装夹紧螺杆，装好螺栓推力轴承垫和螺母，测量调整宽度及其平行度控制在650±5 mm，然后在无压状态下按照设备制造厂提供的518～533 mm 夹紧尺寸标准进行夹紧设备，尺寸应均匀一致，两夹紧板间的平行度应小于2 mm。

（3）用板式换热器拆装螺母的专用设备，对EA-210 板式换热器进行定力矩紧固，根据设备螺杆规格进行拧紧力矩的计算。拧紧螺栓时的拧紧力矩M：

式中 Q0——预紧力，N

Kt——拧紧力系数

d——螺栓的公称直径，mm

系数Kt与螺纹表面及法兰的光洁度、润滑状况、拧紧速度、所用拧紧工具以及反复拧紧时的温度变化等有关，通常在0.1～0.3。取Kt=0.2。

式中 AS——螺栓在螺纹处的有效横截面积，查表AS=976 mm2

σ0——σ0=σt，σt为螺栓材料的20 ℃许用应力

螺栓M39×4，8.8 级。M=Kt×σt×AS×d×10-3=0.20×219×976×39×10-3=1667 N·m。

通常取计算值的80%作为实际应用的拧紧力矩值，即1667×80%=1334 N·m。根据力矩值与板式换热器拆装螺母的专用设备油泵对应压力值，螺栓紧固力矩值为40 MPa。同时将夹紧螺杆编号，按顺序安装4 个头螺栓拉伸器（图2），分别以紧固力矩的50%即20 MPa 进行，然后用75%（即30 MPa）、100%（即40 MPa）分别紧固，每次紧固后都必须测量夹紧板之间尺寸变化，严格控制在518～533 mm，最后再用40 MPa 顺序循环紧固一圈。两台换热器的夹紧宽度最终分别为LA=528 mm，LC=526 mm，且两夹紧板平行度偏差均小于2 mm。

图2 定力矩液压扳手紧固

根据橡胶密封垫的压缩率15%～25%进行校核，垫片厚度7.5 mm、72 片；板片厚度0.75 mm、144 片，加上头尾两块共计146 块，总叠加宽度为650 mm，即A 台（650-528）/540×100%=22.8%、C 台（650-526）/540×100%=23%，均符合橡胶密封垫压缩率要求。

3 设备试压

检修过程中严格执行板式换热器检修规程及设备试压方案，用专用试压胎具进行气密性试验，在氨侧加装压力表，气密性试验过程中首先加压到1.0 MPa、保压5 min，检测确认无泄漏；再继续缓慢升压至1.8 MPa（最高工作压力的1.1 倍）。现场检查无异常现象，保压30 min 后，检查无渗漏，定压合格（表1、图3）。

表1 两台板式换热器的试压数据

图3 气密性试验定压

4 结束语

为保证板式换热器运行的正常、长周期，保证装置及企业生产的安全性、稳定性以及员工的身体健康和企业的经济效益，科学的检修方法和专业化的检修装备是提高检修质量和设备可靠性的关键。通过实际检修操作验证了该板换设备的检修方法的可靠性，为同类设备的检修提供技术支持。