高—低压螺纹锁紧环换热设备检修技术
2024-01-03孙塔娜陈启明
孙塔娜，陈启明
（1.中国石油大庆炼化公司检维修中心，黑龙江大庆 163714；2.中国石油大庆石化公司，黑龙江大庆 163714）
0 引言
加氢裂化/加氢提纯设备对工作条件（高温、高压和临氢）有很高的要求，并且介质中存在H2S 和NH3，因此对其密封性有着严格的规定。近年来，化工工业设备在含H2、H2S 等的高温、高压介质中，采用带螺纹的闭锁式热交换器日益增多。由于工作环境的特殊性，螺旋闭合换热器必须定期进行维修。本文就此类换热器的维修工艺进行简要介绍。
1 待检换热设备概述
某精炼产品/常压型给水换热装置的构造如图1 所示，它是一种特殊的带螺纹的锁紧环，结构复杂。其密封性是由螺纹锁紧环上的加压螺栓来实现的，安装精度高，加工精度要求严格。因此，对其的拆装检修作业也有特别的规定。
图1 高—低压螺纹锁紧环热交换器构造示意
换热器的技术指标：
（1）材料（管程/壳程）12Cr2Mo1 锻/16Mn 锻＋Q345R。
（2）工艺介质（管程/壳程）精制反应产物/原料：蒽油。
（3）设计压力（管程/壳程）16.8/13.3 MPa。
（4）设计温度（管程/壳程）450/410 ℃。
2 维修依据和设备
维修依据包括：GB 150—2011《压力容器》、GB/T 151—2014《热交换器》、TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》、NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》、NB/T 47015—2011《压力容器焊接规程》、NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》。
换热器维修时需要更换：1 个主密封条、1 个管板衬圈、1 个分程盒密封垫、1 个密封板。
换热设备维修所需要的螺纹锁紧环拆卸工具由支撑杆、连接板、紧固螺栓、螺母、配重、拆卸把手和支架等构成（图2）。
3 拆除工艺
高—低压螺纹锁紧环式换热器外壳内的媒质是蒽油，经过长时间的高温、高压负荷运转后，管束会出现大量的烧焦现象，造成换热率下降。因其无法在现场进行维修，用户必须按照《在用压力容器检验规程》的规定，切断与系统相连的管道，对设备进行返厂维修。
3.1 前期准备
在拆除换热器之前，必须进行下列工作：
（1）准备螺纹锁紧环、密封盘、压环、分程箱盖的拆卸工具及管束的抽装工具。
（2）准备替换的固定部件、后备衬垫、耐高温咬合材料、螺栓、螺母清洁剂和润滑剂、安装螺栓的转矩扳手（按设备的设计要求来确定）。
（3）将润滑脂注入到螺纹锁定圈的喷油口，以便在维修时快速拆除螺纹锁定圈。
（4）在大修前12 h 对压力螺栓进行编号，并对压力螺栓喷洒螺栓释放剂。
3.2 拆除程序
3.2.1 管盒内部部件
螺纹锁定圈的拆除过程：
（1）利用起重机上的螺纹锁圈拆除模具，并进行相应的调节和校正，按照螺纹圈拆开模具的使用规程，将螺纹圈和压盖拧牢，并将螺栓紧固。
（2）根据螺纹锁紧环、压盖和压环等的重量，计算选择螺纹锁紧环拧入模具所需的平衡块，并对齐。本文中该装置需12 个平衡块。
（3）将螺纹锁紧环拧下，取下顶销钉。取下的螺纹锁紧环应置于橡胶垫子上，以避免对螺纹造成损伤。
（4）检验螺纹锁紧环是否有重大损伤。若无损伤，用千叶轮对螺纹锁紧环的螺纹面进行打磨，并按NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》的规定进行渗入试验，要求达到I 类合格。
（5）密封盘片使用密封盘拆开工具进行拆解，因密封盘长期受到高温和压力的影响，拆开后不能再用，必须进行替换。
（6）拆下压环及分段盒盖，因其材料为304 不锈钢+挠性石墨，拆下后不能再用，必须进行替换。
3.2.2 箱式圆管
因为仅在壳程接头处观察到了管束的烧焦状况，不能判断出整个管束的烧焦状况，所以采取了整体加温和整体拆卸的方式，具体的拆卸过程是：
（1）使整个装置安放平整，并将管箱端部紧固牢固。
（2）将3 个附加支架焊接后进行炉外灭氢，外壳焊料J507，5.0 mm，管箱焊料。
（3）拆除外壳装置凸缘螺栓，对需要拆除的外壳程法兰螺栓，提前12 h 喷螺栓释放剂。使用特殊的工具将所有螺栓拆下，然后用煤油清洁，清除表面锈迹，并妥善保存。对可以修理的螺栓按图纸技术规定修理，螺纹损伤严重的必须更换。
（4）将电热板覆盖到外壳圆柱上，将其均匀加热到380 ℃，并保温4 h。
（5）装配3 台100 t 的千斤顶，外壳凸缘上的副支架，管箱筒体上的副支架和管箱支撑之间，以避免钣金变形。采用50 t或以上的起重机，将外壳的管端部缓缓抬升，使其与辊子架分离时的支撑分离，减小箱形部件与辊子之间的摩擦。调节好千斤顶，然后慢慢加压，注意套管与管片之间的距离并作记号。当壳程法兰与管片之间的间隔超过50 mm 时，整个环状管片都会出现焦炭现象。
由于该装置外壳内部有大量的积碳，上述整体拆卸方式不能成功地将其从外壳中取出，故采取了外壳分段的拆卸方式。在拆卸之前，先画出圆筒节段之间的焊接位置，然后安装辅助支架和副支架（图3）。
图3 管件焊缝位置线、辅助耳、辅助支架
外壳的分块拆卸工序按以下程序进行：
（1）将整个装置平整地摆放好，在焊接缝合处采用碳纤维气体刨，在筒节3 和筒节2 之间的环形缝隙处进行切割，并确保不要损坏传热管道。
（2）在筒节3 上需要加热的部位覆盖电加热片，均匀加热到380 ℃，并保温4 h。
（3）将筒节3 和筒节2 焊接在一起的副支架之间安装100 t的起重装置，筒节3 由吊杆吊钩由起重机牵引，并调节吊杆和吊杆的拉紧力，并均匀地、缓慢地施加压力，将筒节3 拉出来。
（4）将裸露的管束用高压水抢冲洗干净，将一些烧焦物质冲洗干净后，按顺序将管束、筒节2、筒节1 抽出。
在外壳圆筒拆卸后，发现内部管子有严重的烧焦现象（图4）。
图4 烧焦的管束
3.3 清洁和检验
将烧结物的管子侵入特殊的清洁液，然后用高压水炮冲洗，同时将其他部件也清理干净（图5）。
图5 管束除污
外壳式圆筒节内壁清洁后，按照NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》的规定对两个封口和斜槽面进行100%PT 检验，要求达到I 类合格。然后对管头、壳体内表面及管箱螺纹表面进行100%的渗入试验，要求达到I 类合格。
4 回装工艺
4.1 壳程筒体装配
外壳管的装配过程是：
（1）对组合焊外壳圆管节间环向焊缝进行无损检验，环形焊缝按照规定进行后的电加热处理。
（2）装配外壳凸缘和管面板，更换新的衬套，并将螺栓拧紧。
（3）外壳圆筒上的每一套管子都装有一块试验用的密封片和螺栓，并将其拧紧。
（4）将壳程通入0.6 MPa 的压缩气体，在管道和换热管道的连接处进行了探头试验。
（5）对外壳进行液压测试，按照原始设计的压力数值，寻找管道头部和密封表面泄漏的位置。
（6）气割法移除辅助支架（首先进行加热，然后进行气割，并保证不会损伤基体材料）和支架，抛光后的部分应与基体材料水平一致，根据NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》的规定，对其进行100%MT 检验，结果为I 类合格。
4.2 总成管盒内部零件
管子盒内部零件按以下方法装配：
（1）装配筒体内部的流线盒盖和密封件，并将联结螺栓拧紧。
（2）装配压环及密封盘。
（3）装配如图6 所示的螺纹锁紧环和螺纹锁定圈拧进模具，用螺纹调整螺纹锁紧环上的压力螺栓，以确保压力螺栓的出入顺畅。
图6 螺纹圈可拆式模具组装原理
（4）用起重机吊装带的螺纹锁圈拧进模具并定位，用导向链条将管盒与模具慢慢对齐，然后拧进模具，直到达到设计的规格，卸下模具。
（5）紧固的螺纹锁紧环上的螺栓。
（6）检验各个部件的装配大小是否符合设计的要求。
（7）清洁装置的外表面，并进行涂层处理。
5 总结
螺纹锁紧环换热器是化工领域的关键装置，广泛应用于加氢裂化、加氢精炼等过程，其构造复杂、装配精度要求高。在使用过程中要注意维护和过程的控制，以防止在异常条件下操作。为使装置能够长时间安全、高效运转，必须对其进行定期维护和维修，并在维修过程中结合现场的具体条件，制订科学、有效的维修技术规范。
