姜国平，刘 海，刘天霞，靳 菲，张正国

(北方民族大学化学与化学工程学院，宁夏 银川 750021)

化工设备拆装实训是高校化工类专业实践教学首选的课程之一，学生通过对典型化工设备的拆装实训可以深入了解的典型化工设备内部结构、工作原理及各零部件的装配和连接关系；了解设备主要结构及各零部件的材质和性能；了解设备主体结构及零部件的密封结构和密封原理；从而对典型化工设备有了更直观、更透彻的认识。管壳式热交换器作为过程工业应用非常广泛的压力容器，在化工设备拆装实训课程中占有重要的地位。拆装实训使用的管壳式换热器主要包括固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器四种类型。经过5个教学周期的实施和运行，管壳式换热器拆装实训项目在工程实践教学中越来越受到学生的喜爱，激发了化工类专业学生学习工程技术的热情，从而更好地提升了学生将专业理论与工程实践相结合的能力。

1 管壳式换热器拆卸实训课程设置

1.1 管壳式换热器拆卸部分组成及特点

管壳式换热器拆装实训装置主要由四种类型的管壳式换热器组成。为了确保学生拆装实训过程的安全管理，我们四种换热器的外形尺寸及设备主体零部件钢板厚度都取值较小，尽量减轻设备重量和体积，但是四种管壳式换热器完全按照工业用设备的结构进行制造加工，而不是只为学生拆装用的设备模型，这样才能让学生真正体会工业设备的真实状况。在换热器拆装过程中需要配备的工器具有[1]：电动葫芦(根据实训现场条件酌情使用)、拆装工具、工具箱、检测仪器等组成，学生通过管壳式换热器拆装训练可掌握典型列管式换热器的结构、组装、工作原理、换热管与管板、壳体与管板等的连接结构形式等相关工程知识，了解压力容器安全检验、管箱法兰保证密封结构安全性能的基本要求。

1.2 管壳式换热器拆装注意事项

1.2.1 拆装实训课程课前预习

拆装前完成课程预习任务，掌握典型管壳式换热器的结构、组装、密封、水压实验压力确定，了解不同管壳式换热器的使用场合和结构特点，了解换热器拆装实训安全注意事项、压力容器使用过程中的检验常识。

1.2.2 管壳式换热器的拆卸要求

认识四类管壳式换热器的结构及其关键零部件的连接关系，做好拆装前的准备工作(包括拆装工具的准备、待拆装换热器基本状态检查、了解拆装操作规程及注意事项等)，制定管壳式换热器拆装计划与实施方案，对管壳式换热器进行分组拆卸，严格遵守拆卸顺序，并对已拆卸的零件进行标号；对换热器按顺序(对照零件标号)组装。

1.2.3 管壳式换热器拆卸安全措施

管壳式换热器拆装壳体部分基本不动，注意在管箱的拆卸过程中要防止因管箱掉落伤脚。固定管板换热器左右各有一个管箱，其管束无法抽芯，U型管换热器有一个管箱，浮头式换热器不仅两个管箱，一段管箱内还有浮头改和勾圈法兰，填料函式换热器也有端盖和短接等，在拆卸管箱和浮头盖时，注意连接法兰最高处的螺栓线不能拆掉，等其它螺栓拆卸后，有学生做好保护措施后再卸掉最后一条螺栓，然后轻轻将管箱或者浮头盖、勾圈法兰放在地面上[2]。

1.2.4 换热器的管程管束的抽芯

浮头式换热器、U型管式换热器都可以将换热管束从壳程抽出来。首先用平口螺丝刀插入连接法兰之间的缝隙，对角轻轻撬动，待分开一定距离后就可以徒手将管束顺着壳体水平方向抽出来。同学们可以观察折流板、管板、换热管、定距管之间的关系和连接方式，进一步掌握管壳式换热器的管壳程结构和冷热流体流经通道。

1.2.5 换热器的内部清洁过程

认识换热器的在工程上的各种清洗方法，做好清理前的准备工作(如清理工具的准备，包括榔头、锉刀、铲刀、砂纸、钢丝刷、吸尘器等)，了解工厂换热器清洁操作基本流程，对换热器的管、壳程清洁有基本认识，注意整个清洁过程的顺序及操作要领。指导教师特别强调固定管板换热器的壳程是无法清洁的，通过四类换热器的结构对比，让学生更明确管壳式换热器的特点和适用场合[3]。

2 固定管板换热器换热器装配基本要求

(1)换热器装配是一个系统工程，工业上管壳式换热器的装配有严格的检修、装配规程，学生工程实训还是以锻炼学生的动手能力为主，装配质量的考核不能按照企业换热器检修、装配规范考核。

(2)固定管板式换热器装配过程比较简单，与拆卸顺序相反、按照由内到外的顺序进行合理装配，装配过程中也会用到电动葫芦，启动吊钩时要注意周边同学的安全，经指导教师确认后才可使用电动葫芦。

(3)左、右管箱装配时首先注意管箱上接管的方位，不得错位和装反，注意隔板的方向，螺栓与螺栓孔对齐，不许有歪斜现象，管箱法兰密封垫要防置到位，确保与法兰密封面对正。在管箱法兰紧固过程中，注意螺栓对角拧紧。

(4)检查管箱法兰密封垫是否放置合适，然后对正接管方位，进行管箱法兰螺栓的装配。按照180°对角预紧的原则，确保管箱法兰密封面均匀受力，从而达到密封要求。对于多管程的注意隔板的方向，螺栓与孔对齐，不许有歪斜现象，注意螺栓对角拧紧。

(5)在换热器装配过程中，注意保证装配质量，老师可以通过检查螺栓松紧程度和两块法兰之间的缝隙是否等距等情况来评判装配质量，否则须拆卸后重新装配。

图1 管壳式换热器装置实物图

3 浮头式式换热器装配基本要求

浮头式换热器因其特殊的内部结构在石化装置传热过程具有自身适用的场合。因为浮头式换热器单从外观看与固定管板换热器没有多少区别，但是拆开管箱后才发现其内部结构的特殊性。浮头式换热器其中一段管箱内包含浮头端结构，由钩圈、浮头盖、浮头管板、浮头法兰、密封垫及配套螺栓组成，其密封结构特征是依靠浮头盖法兰内侧面设置凹凸面或榫槽面密封结构，与钩圈法兰形成相互配合、密封的一组法兰，其中钩圈法兰属于拆分式结构，通过止口互相结合在一起，两组法兰在靠近密封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，浮头处取消钩圈及相关零部件，浮头管板密封槽为原凹形槽并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心，半径稍大于管束外径的梯形凹槽，且管板分程凹槽只与梯形凹槽相连通，而不与凹形槽相连通[4]。

3.1 浮头式换热器拆卸方法

(1)用起吊工具将前封头吊住，将前封头与筒体螺栓松开，可用松动剂配合，注意对称松开，并留前封头顶部一对螺栓不拆，等最后起吊时拆下，放在垫木上，螺栓单独放好，如有必要需画好对齐线。

(2)移动起重工具到后封头，将后封头吊住，同样松开螺栓，最后拧下顶部两个螺栓，并将后封头吊起，轻轻放在垫木上(注意放稳，螺栓单独放在一起，不要与前封头螺栓混在一起)。

(3)拆浮头时先吊住浮头，拆下浮头与浮头钩圈螺柱，单独放在一起，注意不要让落下的浮头钩碰伤人(应拉住轻轻放在地上)，然后将浮头平稳地放到地上，并用木块垫好。

(4)移动吊车至前封头的位置，用钢丝绳吊住管板吊耳，通过起吊时向前产生的分力使管束向外拉，重新捆住管束，通过起吊的办法产生向前分力，继续使管束向外移动，直到管束中心到筒体边缘时，捆住管束中心，将吊车移到外侧将管束拉出来，然后放在垫木上。若无吊耳，则应用钢丝绳捆住浮头侧的管板与管子连接处[5]，并通过吊车拉手拉葫芦产生向前分力，使管束前进移动，或用垫木块在外力作用下使管束水平移动。

(5)按要求进行零部件测绘，检查数据是否完整。

3.2 浮头式换热器的装配

(1)浮头换热器装配过程比较繁琐，与拆卸顺序相反、按照由内到外的顺序进行合理装配，装配过程中也会用到电动葫芦，启动吊钩时要注意周边同学的安全，经指导教师确认后才可使用电动葫芦[6]。

(2)首先将浮头式换热器管束水平推进筒体内，注意管束的方向，待管束安装到位后，开始组对钩圈，钩圈法兰属于剖分式组合而成，止口配合合适后再进行与浮头盖法兰的装配。

(3)装配浮头盖的时候必须注意法兰密封垫是否装配到位，防止密封垫错位或者发生损伤，法兰螺栓孔对正，用扳手呈180°对角均匀拧紧螺栓，保证法兰之间的缝隙统一，发现问题及时解决。

(4)检查浮头盖法兰装配合格后，进行左右管箱的装配。左、右管箱装配时首先注意管箱上接管的方位，不得错位和装反，注意隔板的方向，螺栓与孔对齐，不许有歪斜现象，注意螺栓对角拧紧。

(5)检查管箱法兰密封垫是否放置合适，然后对正接管方位，进行管箱法兰螺栓的装配。按照180°对角预紧的原则，确保管箱法兰密封面均匀受力，从而达到密封要求。

(6)在换热器装配过程中，注意保证装配质量，否则须拆卸后重新装配[7]。

4 结 语

将管壳式换热器纳入化工设备拆装实训课程项目是高校工科专业学生在校内接触工程实践非常重要的举措，经过我们在实践教学环节的不断创新和改革，化工设备拆装实训课程激发了学生学习专业知识的热情，尤其是作为换热器这种在石化行业应用非常普及的典型化工设备，将其列入化工类专业学生的工程实训教学过程中是一种新的尝试，以后我们会将釜式反应器、塔设备等其它典型化工设备也引入到化工设备拆装实训课堂实践教学当中，做好工程实践与企业生产实际相结合，提升化工专业类大学生工程技能和过程素养。