浮头式换热器关键制造技术改进

2017-08-01王佐森路扬

中国设备工程 2017年14期

关键词：头端盘根浮头

王佐森，路扬

（哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司，河北秦皇岛 066206）

浮头式换热器关键制造技术改进

王佐森，路扬

（哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司，河北秦皇岛 066206）

重型立式浮头式换热器在制造过程中存在着管束重量大，浮头封头与壳体封头套装尺寸严格，浮头端密封盘根易泄漏等难题。本文合理地优化了其制造工艺，并提出了结构上的改进方案，科学地解决了制造过程中的诸多难题，为今后此类重型立式浮头式换热器的制造提供了经验。

浮头式换热器；浮头端制造；结构；改进；填料盘根

换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器制造技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。本文分析了重型立式浮头式换热器的结构，通过分析换热器壳体的套装以及浮头端制造的难点提出了结构的改进方案，从而有效的解决了浮头换热器壳体套装、管束在套装后的稳定性以及浮头封头与壳体封头的精准套装问题。

1 换热器的的工作原理、主要材质、设计技术参数和技术指标介绍

重型立式浮头式换热器的结构如图1所示。

图1 立式浮头换热器结构图

图1 说明该换热器的结构特点和工作原理：浮头式换热器主要由管束、浮头封头、壳体、壳体封头以及管箱等部件组成。其结构上一端管板与壳体固定，另一端管板与内封头焊接后，管程部分可在壳体内浮动，壳体和管束对膨胀是自由的。当管程、壳程中介质温差较大时，管束与壳体间不产生温差应力。浮头式换热器有着诸多优点，如介质温差不受限制，可应用于各种较为恶劣的工作场合，在各个领域得到了广泛的应用，同时也存在着结构复杂、制造难度大、浮头端易产生泄漏等问题。

浮头式换热器结构及技术参数详见表（1）。

表1 设计参数与技术指标

设计、制造、检验及验收规范遵循的国家标准。

2 制造难点及技术改进

2.1 浮头端制造工艺优化

浮头端制造的精度要求高，难度较大。浮头封头接管与壳程封头接管间通过填料盘根进行密封，为确保密封效果，浮头封头接管外壁上的盘根挡环与壳程封头接管内壁仅有 1mm的盘根膨胀间隙。而浮头管板外直径与壳程筒体内直径相差 30mm，管束自重对壳程筒体套入带来的阻力及浮头封头接管与壳程封头接管的对中影响，使得常规卧式套装变得极难实现，为此，特采用以下制造工艺：

管子卧式穿入管板并焊接、胀接成管束组件——管束组件由卧式翻转成立式状态——浮头封头和接管组件与管束组件装配、焊接——壳体立式套入并与下管板装配——壳程封头和接管组件立式套入浮头封头接管中并与壳体装配——整体组件翻转成卧式——焊接两环缝。

在管束组件制造完成后，使用管束竖立装置和天车将管束竖立并固定于水平平台上。

浮头封头与管板装配、焊接后，浮头封头接管与管板的垂直度和同轴度是套装制造的一个关键点和难点。为此，浮头封头接管可在立式状态装配到浮头封头上，装配过程中严格控制浮头封头接管与浮头封头端面的垂直度和同轴度，焊接过程中随时监控并采取对称焊等方式保证垂直度和同轴度。同样，浮头封头与接管组件也采用立式方式装配到浮头管板上，并严格控制浮头封头接管与浮头管板装配焊接的垂直度和同轴度。

套装壳程封头时，可以通过调整壳程封头与壳体环缝错边来保证壳程封头接管与浮头封头接管的对中及密封间隙。

对比以往浮头换热器的制造工艺，本次制造并没有将壳程封头与壳体对接后整体套装，而是将壳体套装后，再进行壳程封头与壳体的对中安装，并通过调节壳程封头与壳体对接环缝的错边量至满足要求。这样避免了壳程封头与壳体焊后整体套装给浮头端套装带来的盲区，大大降低了浮头端套装的难度。

2.2 壳体套装后管束的稳定性

壳体套装后翻转至水平状态，并在滚轮架上转动来完成壳体与下管板、壳程封头的焊接。管束浮头端在壳体内部仅依靠重力提供的静摩擦力与壳体以及壳程封头贴合，无径向固定，壳体转动时柔性的管束与壳体产生不同步的转动，造成了管束扭曲甚至损坏，浮头端管板周向最大偏移可达 200mm，并且扭曲后难以调整。立式浮头换热器在卧式制造时，必须考虑管束在壳体内部的稳定性，保持壳体与管束的同步转动。设计上可通过在浮头管板与壳体增加定位结构的方法来保持管束与壳体的径向固定，如图2所示；制造时也可通过焊接连接板的方法将管束与壳体连成一体，待完成全部滚轮架上的操作后拆除连接板。

图2 浮头管板处的改进方案

2.3 管束与壳体的对中套装

浮头换热器在设计上浮头管板与壳壁之间留有较大间隙，通过浮头封头与壳程封头的密封配合来保证管束与壳体的同轴。管束较长的换热器会优先选择管束与壳体的卧式套装，套装后的管束浮头端会受自重贴在壳体内壁上，调整难度较大，影响壳程封头与壳体的对接焊接。为确保壳程封头安装前管束与壳体对中，我们在壳体浮头端内壁均布焊接四到六块弧形垫板，弧板的厚度能够弥补浮头管板与壳体的间隙，使浮头管板与壳体保持同轴，如图2所示。垫板在筒体套入管束方向的棱角处加工出斜度，减缓套装时管板与垫板间的阻力。垫板与筒体焊接后，与壳体一同进行热处理。增加垫板后的浮头端套装壳程封头的难度大大减小，保证了壳程封头与壳体的安装质量。

2.4 管程与壳程间的密封

填料函式密封的换热器是浮头换热器的一种改型结构，壳程封头接管与浮头封头接管之间用填料盘根填充，通过压紧螺母预紧盘根来实现管程的动密封。

填料盘根对密封处的压紧力通过压紧螺母预紧产生，由于填料为弹塑性体，当受到轴向压紧后，产生摩擦力致使压紧力沿轴向逐渐减少，同时产生的径向压紧力使填料盘根紧贴在接管表面而阻止介质外漏。但在进行卧式泄漏试验时，产品为卧式状态，浮头封头接管与壳程封头接管的套装为间隙配合，浮头封头接管会受自重向下偏移，这时的填料盘根对密封区域环向的填充量是不均匀的，而此时可以通过压紧螺母的预紧力使填料盘根达到密封效果。但若转动壳体或立式起吊后，浮头封头接管与壳体封头接管的环向间隙会发生变化，填料盘根的径向填充无法满足密封要求，导致管程与壳程联通。所以在产品完成密封试验以后，拆除填料盘根，待产品现场安装完毕后，重新进行填料盘根的安装以及压紧螺母的预紧，并重新进行密封试验检测填料盘根的密封性。