单管程换热器管束超长解决方案

李 聪，赵永兴，刘宝民

（中国石油大港石化公司，天津 300280）

0 引言

大港石化公司17 000 Nm3/h 低分气+重整氢PSA 氢提纯装置于2017 年5 月开展检修，其中解析气压缩机级间冷却器DR-113 型号为BEW273-0.78/0.6-9.38-2.5/19-II，投用日期为2012 年8 月。管程设计压力0.78 MPa，壳程设计压力0.6 MPa。因其介质循环水腐蚀性较强，拆检后发现管束腐蚀严重，遂决定更换新管束。原管束长度为2488 mm（含管箱），新订做管束由于测量及加工误差，长度达到2500 mm（含管箱）。由于单管程换热器的特殊结构，长度误差导致管束与壳体无法实现密封，遂对解决方案进行探究与尝试。

1 单管程换热器原始设计

1.1 换热器结构设计

解析气压缩机级间冷却器属于单管程换热器（图1）。单管程换热器右侧管束末端密封主要由壳体侧聚四氟乙烯垫、壳体侧O 形橡胶圈、金属压环、封头侧O 形橡胶圈和封头侧聚四氟乙烯垫5 部分构成（图2）。

图1 单管程换热器

图2 右侧封头

1.2 尾端密封原理

各部件中O 形橡胶圈起密封作用，聚四氟乙烯垫用来定位并限制O形圈向外扩展，在螺栓预紧力作用下挤压O 形圈，由于O 形圈处于导角位置结构，使其能向径向和轴向2 个方向挤压移动。O 形圈角密封的作用主要有2个：①贴合在压环与两侧大法兰端面角部，即径向密封，密封两侧介质防止外漏；②贴合在压环与管束管板结合面角部，即轴向密封，防止管壳程介质从管束管板与压环之间缝隙内互串。同时压环上设计3 个检漏孔，以检测两侧O 形圈泄漏情况，任何一侧径向泄漏，会有介质出现外漏，而轴向泄漏属于内漏互串，会有介质从检漏孔流出。

2 超长管束使用问题

原设计管束长2488 mm，而新管束长度达到2500 mm，使得换热器右侧尾部管板伸出了壳体大法兰，压环左侧O 形圈无法套在压环上，直接落入管束空隙，左侧O 形圈无法密封，壳体介质直接从检漏孔流出（图3）。不过，由于聚四氟乙烯垫也能起密封作用，所以未出现外漏。但是，由于左侧O 形密封圈已失去作用，轴向2 道密封只有右侧O 形密封圈在起作用。

图3 O 形圈实效示意

3 管束超长解决方案

3.1 解决思路

经过测量与试压拆检，分析出检漏孔泄漏主要原因是左侧O 形橡胶圈失去作用，而根本原因为管束超出设计长度。鉴于生产压力，时间紧迫，重新订制新管束的方案不可行，所以采用在现有管束基础上进行改进的方案来解决问题。

因为管束超长，最佳改进方案为将壳体也延长，使壳体法兰与管束管板相对位置恢复为设计值。

3.2 改进具体措施

在原有压环左侧新增一隔距环，内径与壳体法兰一致，厚度为10 mm，与壳体法兰间使用聚四氟乙烯垫密封，密封垫厚度为2 mm，同时隔距环右端内侧也进行导角加工，其尺寸参数与原壳体法兰一致（图4）。经此处理，相当于将壳体法兰加厚12 mm，与管束尾部管板相对位置恢复至原设计值。

4 改进效果

改进完成后，进行水压试验，管程打压0.897 MPa，保压30 min 无外漏，检漏孔无液体渗出；壳程打压0.69 MPa，保压30 min 无外漏，检漏孔无液体渗出。

改进后投用，管程工作压力0.65 MPa，壳程工作压力0.45 MPa，观察2 个月的时间，未出现内漏及外漏，表明改进效果良好。

5 小结

因各种导致单管程换热器管束制作长度超过设计值较多，且短时间内无法重新制作，可采用延长壳体的措施进行调整。该方案从理论和实际角度均验证是可行的。