高压管壳式换热器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于石油加工过程的高压管壳式换热器，主要用于解决现有的管板两侧带Ω环焊接密封垫片的大法兰式换热器和螺纹锁紧环结构高压换热器所存在的问题。本实用新型专利技术在管箱（１７）的端部设有管箱法兰（６）和管箱法兰盖（９），两者的端面之间设有法兰侧焊接垫片（７）和整体圆板结构、带柔性段的法兰盖侧焊接垫片（８），在两垫片之间外圆周上的外侧环缝以及法兰侧焊接垫片的内环表面与管箱法兰端面之间的内侧环缝施以密封焊缝。管箱法兰盖（９）上设有压紧螺栓（１１），通过法兰盖侧焊接垫片的柔性段顶紧设于管箱内的内套筒（５），使其压紧管板上的管壳程密封垫片。本实用新型专利技术主要用于石油炼制加氢处理装置的高压换热过程。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种石油加工工业所用的高压管壳式换热器。加氢装置工艺介质易燃易爆，而且处在高温高压、临氢及硫化氢环境下运行，要求设备有很高的密封可靠性。目前国内、外的高压加氢换热器一般采用高压管壳式换热器，大多为管板两侧大法兰结构高压换热器或螺纹锁紧环结构高压换热器。大法兰结构高压换热器，其管板两侧为两个对焊钢法兰，管板与大法兰间为垫片。垫片有缠绕式垫片、波齿复合垫片、金属平垫片和八角垫片等几种。其密封机理为通过拧紧大法兰上的主螺栓压紧垫片、使之发生弹性或塑性变形而实现密封，从而阻止流体泄漏。法兰工作时的螺栓力包括流体由于自身压力产生的轴向力和垫片变形所需要的螺栓力这两部分。在压力较高(10MPa以上)和设备直径较大时，这种密封结构的可靠性并不好。在大法兰结构的基础上发展了Ω环焊接垫片的密封结构(如兰州石油机械研究所为中石化上海高桥分公司炼油厂80万吨/年汽柴油加氢精制装置设计、制造的反应流出物/混合进料换热器)，其密封机理与常规垫片不同。焊接Ω环之间、焊接Ω环与法兰之间均通过焊接连接，所以不存在泄漏界面。垫片不必变形就可以实现密封。与常规垫片相比，法兰上的螺栓力仅为流体由于自身压力而产生的轴向力，因此螺栓力较小，法兰的尺寸较小，重量也就较轻。大法兰结构高压换热器的优点是结构简单，换热器的零部件较少，设计、制造难度较小。采用Ω环焊接垫片的大法兰结构高压换热器密封可靠，不存在泄漏界面，可以用在压力较高、设备直径较大的场合。其缺点是(1)壳程换热死区较大，有效换热面积减少。大法兰结构高压换热器由于管板两侧法兰的长度较长，导致换热器壳程出入口距管板的距离较长，换热死区也就较大。而加设导流筒则会增加换热器的压降；(2)对于采用常规垫片的大法兰结构高压换热器，由于螺栓力较大，螺栓和法兰的尺寸大，重量较重。且这种结构在压力较高和设备直径较大时，由于螺栓大，不便于拧紧，其实际密封可靠性不高；(3)采用Ω环焊接垫片的大法兰结构换热器的拆卸、安装工作量较大。拆卸换热器时需切割Ω环焊接密封垫片，安装时需组焊Ω环焊接密封垫片，切割、焊接的工作量较大。螺纹锁紧环高压换热器(参见《石油化工设备技术》2001年第22卷第5期第9～10页“螺纹锁紧环式双壳程换热器的结构设计”一文，或《金陵石油化工》1997年第1期第44～49页“日产加氢裂化装置高压换热器部分结构改进”一文)，是目前在高压加氢装置上广泛使用的一种高压换热器。其优点是(1)密封可靠性好。由于本身的结构特点，由内压引起的轴向力通过管箱盖和螺纹锁紧环而由管箱本体承受。因此加给密封垫片的面压小，螺栓小，便于拧紧，很容易发挥密封效果。在工作状态下，如果发现管程泄漏或管壳程间串漏时，利用露在外面的外圈螺栓或内圈螺栓再拧紧就可以消除泄漏。另外，这种结构的换热器壳体和管箱是锻成或焊接成为一体的，没有大法兰连接，因而避免了流体向外部泄漏的可能。同时在换热器抽芯清洗或修理时，也不必移动壳体和管箱，这样，换热器上的开口接管就可以和配管直接焊接连接，从而减少了泄漏点；(2)拆装方便。由于螺栓较小，所以便于拆装。同时拆装管束时不需移动壳体，可节省许多劳力和时间；(3)金属耗量少。这种结构的换热器没有大法兰，紧固螺栓小，结构紧凑，开口接管可以直接与配管相焊，省去了许多法兰，从而降低了金属耗量；(4)换热死区小。由于换热器管箱壳体与壳程壳体成为一体，壳程开口接管就可设置在尽可能靠近管板的地方。而在大法兰式结构的换热器上，靠近管板端有相当长的换热管不能有效利用。螺纹锁紧环结构高压换热器的缺点是(1)机加工部件多，结构复杂，设计和制造的难度都较大；(2)管箱内部分合环和内部螺栓拆卸困难。另外，管箱筒体上需为分合环开槽，从而加大了管箱筒体的厚度；(3)螺纹锁紧环上面的大螺纹由于配合要求高，使大螺纹的制造加工难度较大。为解决上述问题，本技术所采用的技术方案是一种高压管壳式换热器，包括壳体、管箱，壳体和管箱之间设有管板，管箱内设有内套筒，其特征在于管箱的端部设有管箱法兰和与其相对布置的管箱法兰盖，两者之间用主螺栓连接，管箱法兰与管箱法兰盖之间设有焊接密封垫片，焊接密封垫片由圆环形的法兰侧焊接垫片和圆板形的法兰盖侧焊接垫片组成，法兰盖侧焊接垫片为一整体结构圆板，由圆周向圆心依次由密封段、柔性段和加强段组成，密封段与法兰侧焊接垫片相对布置，在法兰侧焊接垫片和法兰盖侧焊接垫片的密封段之间的外圆周上的外侧环缝施以密封焊形成外环焊缝，在法兰侧焊接垫片的内环表面与管箱法兰的端面之间的内侧环缝施以密封焊形成内环角焊缝，法兰盖侧焊接垫片与管箱法兰盖相对的一面为平面，紧贴于管箱法兰盖的端面，管箱法兰盖上设有压紧螺栓，压紧螺栓直接或通过压紧元件经法兰盖侧焊接垫片的柔性段压紧内套筒的一端并使内套筒的另一端压紧管板。采用本技术，具有如下的有益效果首先，与螺纹锁紧环结构的高压换热器相比，本技术的有益效果是(1)本技术采用换热器管箱中的内套筒的一端由管箱法兰盖上的压紧螺栓直接或通过压紧元件经法兰盖侧焊接垫片的柔性段顶紧、进而使内套筒的另一端压紧管板的结构，取消了螺纹锁紧环换热器中的分合环和内部螺栓，从而使管箱筒体上不必再为分合环开槽，减小了管箱筒体的厚度，也为设计、制造、拆卸减少了工作量；(2)本技术在换热器管箱端部采用法兰盖焊接垫片密封结构，取消了螺纹锁紧环，大大降低了换热器的制造难度。其次，与管板两侧带Ω环焊接密封垫片的大法兰式换热器相比，本技术的有益效果是(1)本技术仅管箱法兰密封面采用焊接垫片结构，减少了一个焊接垫片，焊接垫片的外环焊缝工作量仅为前者的1/2，减少了焊接、切割工作量。且由于靠近管箱法兰盖一侧的半个焊接垫片(法兰盖侧焊接垫片)采用整体圆板结构，可采用一张钢板整体制造，不需要内环角焊缝将其与管箱法兰盖焊接在一起，故垫片与法兰间的内环角焊缝工作量仅为前者的1/4；(2)本技术换热器的壳程侧壳程出入口可以最大限度地接近管板开设，有效地降低了换热死区，提高了换热效率；(3)本技术换热器能够使装置不必停工就可以通过直接拧紧设在管箱端部管箱法兰盖上的压紧螺栓来实现管壳程间的密封；(4)管箱端部采用焊接密封垫片的法兰式密封，使本技术保持了采用焊接密封垫片密封不存在泄漏点，法兰主螺栓具有较小的预紧和操作载荷因而使螺栓和法兰尺寸较小、设备重量较轻的优点。总之，本技术是采用了螺纹锁紧环式高压换热器和管板两侧带Ω环焊接密封垫片的大法兰式高压换热器各自的优点开发而成的一种新型结构高压管壳式换热器。除上述优点外，本技术可以采用螺纹锁紧环换热器将壳体和管箱设计成为一体的结构，没有大法兰连接。所采用的先进的密封结构和设计方法，使得本技术与传统的高压管壳式换热器相比，具有结构简单紧凑，密封可靠，拆卸、检修、维修方便，占地面积小等诸多优点。以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。图2是附图说明图1的I部放大图，焊接密封垫片为Ω环密封结构。图3是图1的I部放大图，焊接密封垫片为平焊垫片结构。图4是法兰盖侧焊接垫片的轴向剖视图，密封段为半Ω环密封结构。图5是法兰盖侧焊接垫片的轴向剖视图，密封段为平焊垫片结构。图6是压紧螺栓通过顶圈压紧法兰盖侧焊接垫片的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压管壳式换热器，包括壳体（１６）、管箱（１７），壳体（１６）和管箱（１７）之间设有管板（２），管箱（１７）内设有内套筒（５），其特征在于：管箱（１７）的端部设有管箱法兰（６）和与其相对布置的管箱法兰盖（９），两者之间用主螺栓（１０）连接，管箱法兰（６）与管箱法兰盖（９）之间设有焊接密封垫片，焊接密封垫片由圆环形的法兰侧焊接垫片（７）和圆板形的法兰盖侧焊接垫片（８）组成，法兰盖侧焊接垫片（８）为一整体结构圆板，由圆周向圆心依次由密封段（８０１）、柔性段（８０２）和加强段（８０３）组成，密封段（８０１）与法兰侧焊接垫片（７）相对布置，在法兰侧焊接垫片（７）和法兰盖侧焊接垫片（８）的密封段（８０１）之间的外圆周上的外侧环缝施以密封焊形成外环焊缝（２１），在法兰侧焊接垫片（７）的内环表面与管箱法兰（６）的端面之间的内侧环缝施以密封焊形成内环角焊缝（２２），法兰盖侧焊接垫片（８）与管箱法兰盖（９）相对的一面为平面，紧贴于管箱法兰盖（９）的端面，管箱法兰盖（９）上设有压紧螺栓（１１），压紧螺栓（１１）直接或通过压紧元件经法兰盖侧焊接垫片（８）的柔性段（８０２）压紧内套筒（５）的一端并使内套筒（５）的另一端压紧管板（２）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈崇刚，谢育辉，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，中国石化集团洛阳石油化工工程公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]