徐福胜 李春涛

（中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125000）

1 常见的换热器多为大法兰型式，这种换热器结构简单，用于中低压操作，能够很好地保证密封性能，但在高温高压情况下，尤其是在设备大型化后，这种型式换热器的大法兰连接螺栓将受很大的载荷，难以保证管壳程的密封。而且螺栓很大，给紧固和拆卸带来很大的困难。近年来加氢裂化装置中经常用到螺纹锁紧环换热器。螺纹锁紧环换热器的优点是密封可靠，生产维护简便，能及时排除设备运行中的泄露。相对于大法兰结构还有以下优点：

1.1 管箱和壳体是一体的，消除了法兰型换热器在设备法兰处容易泄露的问题。

1.2 去掉了大法兰，壳程接管能尽量地靠近管板，避免了法兰型换热器有一段换热管不能有效利用（死区）的问题，增大了有效换热面积。

1.3 管束抽出时不必移动管箱和壳体部件，可以把换热器的接管与管线相焊，减少泄露点。

螺纹锁紧环的密封结构如图1所示，从图1可以看出，管箱上管程密封垫片的压紧力是通过下列零件的传递来实现的：螺纹锁紧环上3的外压圈紧固螺栓2--外压杆5--外压环9--密封盘10压紧外密封垫片11。换热器操作时随时可以紧固外压紧螺栓而消除管程泄露。管程和壳程之间密封垫片的压紧力传递途径是：内压紧固螺栓1--内压杆6--内压圈8--密封盘10--压环12--卡环13--内筒压盖15--内筒16--内密封垫片17。设备运行时若发现管程和壳程串漏可通过上紧内压环螺栓1，推动内压杆6，内压环8，有弹性的密封盘10，将力传到压环12而推到卡环13再通过内套筒压紧内密封垫片14。可见螺纹锁紧环换热器的维护简单灵活，在不停车时既可及时消除管壳程之间的泄漏。以减少不必要的停车所带来的损失。

2 大螺纹设计是螺纹锁紧环换热器设计的关键之处。大螺纹承受着管程和壳程的综合载荷。螺纹锁紧环换热器一般采用的是AISI B1.8标准的15/16in的短齿梯形螺纹。该螺纹具有啮合高度大（不小于6mm），抗剪、抗弯能力大的特点。特别适用于螺纹锁紧环换热器。大螺纹的标准公差范围较宽，因螺纹用在高温的环境下，如果配合公差不合理，就有内外螺纹旋合过松或过紧的可能，严重的情况螺纹可能咬死。因些设计螺纹公差时，充分考虑螺纹锁紧环和管箱螺纹之间的径向膨胀间隙和其它相关因素。根据制造厂的制造经验和现场设备的使用经验，确定一个合理的公差值。长期以来，一直认为螺纹的齿数越多越好，而根据计算结果，对于整个端部螺纹来说承压最大是靠近管箱内部的少数齿，其它的齿承受的力越来越小。因此，整个端部螺纹每个齿受力不一样，即力不能均匀地分布在每个齿上，这也是这种换热器的不足之处。螺纹锁紧环换热器的管板采用压差设计，按GB151中U形管换热器进行计算即可。这样能使管板的厚度大减薄，既减少了材料也控制了换热器的体积。值得注意的是在操作过程中管壳程的压差在任何情况下都不能超过设计压差。必要时可在设备的醒目位置设一警示牌，以提醒工作人员的注意。

螺纹锁紧环换热器管箱的受力不同于一般的受压筒体，管箱内部承受管程内压，而管箱端部承受着传递到螺纹上的全部载荷，管箱端部将产生很大的弯矩，如果不进行应力校核，而直接用内压计算筒体壁厚，会由于刚度的不足，造成端部变形，引起主螺纹失效。因此先给定管箱厚度，计算出管箱端部最小截面的弯矩来校核弯曲应力和轴向拉伸应力。为防止管箱端部变形。管箱筒体厚度应满足计算应力要求并适当取厚，同时主螺纹的个数也应比实际计算的多取几个。这样就能有效地控制管箱端部变形并保证主螺纹不失效。

卡环限位在管箱的凹槽内，其作用是装配时通过拧其上的内部螺栓以达到管壳程间的密封，壳程试压时它还可以起到试压环的作用。由于装配的需要，卡环设计成分瓣的。卡环的设置虽然给制造带来了复杂性，但增了实际操作的可靠性。

垫片的选择主要是考虑垫片的密封性和回弹性。管、壳程间的密封垫片有的采用波齿复合垫，也有的采用W形高强缠绕垫。波齿复合垫是采用特殊结构的金属骨架与柔性石墨复合而成。金属骨架的上下表面有相互错开的特殊形状的同心圆沟槽形成的波齿。金属骨架上下表面复合一层柔性膨胀石墨，构成整体复合垫片。在一定的预紧力下石墨层与密封面紧密接触而实现密封。同时环形波齿还具有多道密封的作用。早于特殊构造的波齿环就象一道弹性元件。具有压缩回弹性能。柔性石墨作为密封面具有良好的密封性能。工程实践中应用效果良好。

结语

现在慈溪博格曼密封材料公司已攻关研制出耐高温、高压、大直径W形膨胀石墨缠绕垫。它是采用W形不锈钢带和柔性石墨缠绕而成。W形高强缠绕垫片与普通V形缠绕垫片相比具有回弹性强，稳定性好，密封性能优越的特点。一般大直径缠绕垫片在制作过程中易散架和翘曲。而W形高强缠绕垫片由于采用W形钢带而增加了与填充料的结合面，从而增加了垫片的稳定性。垫片在使用过程中与不锈钢件紧贴，回此W形高强缠绕垫片中的膨胀石墨的S、CL等离子的含量极低，并在高纯石墨中掺入少量缓蚀材料，避免石墨材料与金属之间的电位差腐蚀。W形高强缠绕垫片与其它常用的高温高压金属垫相比，具有制作简单，密封面要求低、密封可靠等优点。在螺纹锁紧环换热器上有广泛的应用。

[1]GB151-1999《管壳式换热器》.

[2]GB150-1998《钢制压力容器》.

[3]《石油化工设备技术》.