戰(zhàn)洪峰，付恒，丁新元

中國石油天然氣第七建設(shè)公司，山東青島266000

內(nèi)置膨脹節(jié)單管程浮頭式換熱器拆裝技術(shù)

戰(zhàn)洪峰，付恒，丁新元

中國石油天然氣第七建設(shè)公司，山東青島266000

石油化工生產(chǎn)裝置中常見的浮頭式換熱器大部分為多管程形式，文章介紹的單管程浮頭式換熱器是一種新型可耐高溫高壓且易清洗的換熱器，為避免較大的溫差應(yīng)力，在管程出口采用內(nèi)置膨脹節(jié)的形式。在陜西咸陽化工公司60萬t/a甲醇裝置的檢修中，根據(jù)這種單管程浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)特點制訂了相應(yīng)的拆裝施工方案，并在施工實踐中不斷加以改進(jìn)，圓滿地完成了該換熱器的拆裝任務(wù)。文章系統(tǒng)地闡述了這種設(shè)備拆裝的技術(shù)要點、應(yīng)注意的問題和采取的技術(shù)措施。

浮頭式換熱器；單管程；膨脹節(jié)；拆裝；抽芯；試壓

0 引言

浮頭式換熱器是石油化工生產(chǎn)裝置中常見的換熱設(shè)備之一，但大部分為多管程形式，一種新型可耐高溫高壓且易清洗的單管程浮頭式換熱器逐漸出現(xiàn)并得到廣泛的應(yīng)用。筆者在陜西咸陽化工公司60萬t/a甲醇裝置的檢修中，根據(jù)該單管程浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，制訂了相應(yīng)的施工方案，確保了拆裝質(zhì)量，圓滿地完成了該換熱器的拆裝任務(wù)。

1 內(nèi)置膨脹節(jié)單管程浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)簡介

陜西咸陽化工公司60萬t/a甲醇裝置中原料氣預(yù)熱器換熱面積大，管程、殼程壓力高，換熱介質(zhì)溫度高、易燃、易爆且呈中度危害，它與傳統(tǒng)浮頭式換熱器的區(qū)別主要在于浮頭側(cè)，其浮頭接管結(jié)構(gòu)如圖1所示，由球冠形封頭、波紋管膨脹節(jié)、短節(jié)、平蓋、法蘭A、法蘭B、法蘭C、緊固件AB、緊固件BC、錐體及管程出口法蘭所組成。在球冠形封頭上開孔并設(shè)一短節(jié)，通過該短節(jié)與波紋管膨脹節(jié)連接，波紋管膨脹節(jié)通過另一短節(jié)與法蘭A連為一體組成為浮頭蓋，其外頭蓋由外頭蓋法蘭、短節(jié)、平蓋組成；法蘭A與法蘭B通過緊固件AB聯(lián)接，法蘭C由緊固件BC壓緊法蘭B的前后密封面與平蓋連成整體結(jié)構(gòu)。

2 換熱器拆裝前準(zhǔn)備

（1）通過核查換熱器設(shè)備資料、圖紙等文件，計算出換熱器管箱、外頭蓋、浮頭蓋、管束等部件的重量、外形尺寸等參數(shù)，確定好吊車、倒鏈、抽芯機(jī)、鋼絲繩、吊裝帶、試壓工裝、扳手等施工機(jī)具，準(zhǔn)備好回裝時所用的墊片等材料。

（2）拆除影響換熱器的保溫層，搭設(shè)好施工用腳手架，確認(rèn)換熱器是否與系統(tǒng)隔離開以及內(nèi)部介質(zhì)是否置換吹掃干凈，管程、殼程出入口法蘭解口，拆除管箱出入口短節(jié)、平臺欄桿等阻礙放置抽芯機(jī)的構(gòu)件。

（3）依據(jù)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場環(huán)境實際情況，確定好吊車站位、掛倒鏈位置、拆裝順序、試壓程序以及施工中應(yīng)特別注意保護(hù)的地方，制訂好施工技術(shù)方案并對作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

（4）準(zhǔn)備好螺栓松動劑以應(yīng)對拆除一些銹蝕嚴(yán)重的螺栓，同時準(zhǔn)備好柴油、鋼絲刷、毛刷對拆除下來的螺栓進(jìn)行清洗養(yǎng)護(hù)以方便回裝，螺栓要保管好防止丟失。

（5）舊換熱器不建議采用設(shè)備出廠強(qiáng)度試驗壓力進(jìn)行試壓，宜根據(jù)設(shè)備操作壓力的大小進(jìn)行計算或與使用方相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行溝通，確定一個合適的試驗壓力，然后準(zhǔn)備好試壓泵、壓力表、盲板等施工手段用料。

（6）確認(rèn)換熱器管束、管板的規(guī)格及材質(zhì)，準(zhǔn)備好堵漏所用的堵頭及焊材，確定好焊接工藝。

（7）為了使換熱器密封良好，根據(jù)管箱法蘭、浮頭法蘭、外頭蓋法蘭、接管法蘭的螺栓大小，確定一個合適的緊固螺栓鎖緊力矩，采用液壓扭矩扳手緊固螺栓。

（8）根據(jù)設(shè)備的操作溫度，確定好涂抹密封面所用的密封脂、螺栓抗咬合劑以及換熱器螺栓熱態(tài)緊固、冷態(tài)緊固的作業(yè)溫度及次數(shù)。

（9）在換熱器拆除前，用記號筆標(biāo)記好各個部件的相對位置關(guān)系，以便能夠順利、快速的回裝；抽出管束之前要把包括滑動端在內(nèi)的所有鞍座上的螺栓擰緊以免抽出管束時對殼體造成移動。

3 換熱器拆裝施工方法

3.1 施工程序（見圖2）

3.2 管箱、平蓋、浮頭等部件拆除

拆裝管箱、外頭蓋、浮頭蓋等部件時要注意保護(hù)法蘭密封面免受磕碰，并采用塑料膜包裹管口和密封面妥善保管。拆卸螺栓使用液壓扭矩扳手，拆松力矩可以適當(dāng)增加，宜為鎖緊力矩的1.5～2倍。管箱的拆除與傳統(tǒng)換熱器的拆除要求相同，現(xiàn)就浮頭側(cè)部件拆除作主要敘述，具體拆除流程見圖3。

拆裝過程中需要注意的事項如下：

（1）拆裝錐體前先使用千斤頂將法蘭B支撐住以防止錐體拆除后因為法蘭B重力的作用而壓彎損壞波紋管膨脹節(jié)；拆裝錐體時要注意內(nèi)部緊固件AB的長度，防止其因為間距不夠而無法將錐體拆下，可將管程出口管道向外拽出一定距離，拆裝過程中要避免緊固件AB刮傷錐體的法蘭密封面；拆裝法蘭B的螺栓時力度要適當(dāng)，避免因為力度過大而損壞波紋管膨脹節(jié)。

圖2 換熱器拆裝施工程序

（2）拆除外頭蓋時由于現(xiàn)場管程出口法蘭連接有管道且無法拆除，平蓋與管道法蘭間僅有754 mm的間距，要將外頭蓋向管程出口法蘭方向后撤平移1 600 mm才能將浮頭蓋完全拆除并拿出；實測管道法蘭外徑要小于平蓋內(nèi)徑，管道可從平蓋內(nèi)穿入外頭蓋，于是決定將平蓋后撤平移1 600 mm后使用枕木墊支牢固避免其接觸管道；吊裝過程中注意不要磕碰到波紋管膨脹節(jié)、法蘭及管道。

（3）拆除浮頭蓋前要將波紋管膨脹節(jié)的限位螺栓鎖死以避免拆卸浮頭法蘭螺栓時損壞波紋管膨脹節(jié)，掄大錘時不要磕碰到波紋管膨脹節(jié)，吊裝浮頭蓋要將鋼絲繩掛在吊耳上，禁止直接捆綁波紋管膨脹節(jié)。

圖3 浮頭側(cè)拆裝流程

3.3 抽芯操作及檢查

3.3.1 抽芯操作

抽芯機(jī)選用時要考慮能抽裝的最大管束直徑和長度是否與被抽管束的規(guī)格相符，以及抽芯機(jī)的最大載重能否滿足要求，抽芯機(jī)要具備足夠的抽出力和推進(jìn)力，且能自動對中、重心穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、安全可靠。本次拆裝作業(yè)選用某廠制造的SD180/9B型上托式管束抽裝機(jī)，可抽裝最大管束直徑為1.8 m、長度為9 m、最大載重為450 kN，完全能滿足該換熱器管束的抽芯操作。

吊車將抽芯機(jī)吊裝就位與換熱器殼體軸向?qū)φ筮B接固定于管箱側(cè)殼體法蘭上，將抽芯機(jī)自帶的推動管束用橫杠放置于浮頭端浮動管板側(cè)，利用鋼絲繩連接至抽芯機(jī)行車機(jī)構(gòu)，橫杠與浮動管板間要加墊塊或膠皮隔離以保護(hù)管板。檢查確認(rèn)管束受力方向與殼體軸向一致后，啟動抽芯機(jī)行車機(jī)構(gòu)，緩慢點動將管束推出約100 mm，然后松開鋼絲繩并拆掉橫杠；行車機(jī)構(gòu)運(yùn)行至管箱側(cè)固定管板下方，利用其托板鉤住固定管板內(nèi)側(cè)，緩慢地將管束抽出。

管束抽裝應(yīng)注意以下三點：

（1）管束抽裝時，管束不得受到其他額外阻礙，注意有無異常的聲響，如有異響要停止抽裝并處理完畢后方可繼續(xù)，不得強(qiáng)力抽卸和裝配。

（2）應(yīng)注意保護(hù)所有密封面、折流板、換熱管等，移動和起吊管束時應(yīng)將管束放置在專用的支承結(jié)構(gòu)上，不得使用鋼絲繩或其他銳利的吊具捆綁管束，應(yīng)使用專用吊裝帶，以避免損傷換熱管；管束水平放置時，必須采用枕木支撐在管板或支持板上。

（3）管束應(yīng)水平抽出和裝入，這樣可以保證換熱器的滑道位于受力位置承受換熱器的重力，避免管束直接受力，同時避免折流板劃傷殼體內(nèi)部。

3.3.2 檢查清洗

抽芯操作完成后，對管束及殼體等部件進(jìn)行檢查清洗，具體要求如下：

（1）設(shè)備殼體內(nèi)部不得有妨礙管束順利裝入和抽出的焊縫變形和突出，不得有焊疤、焊接飛濺物、浮銹及其他雜物等。

（2）管束不得有變形、損壞缺陷，管束拉桿上的螺母應(yīng)擰緊，換熱管表面不應(yīng)出現(xiàn)凹癟或劃傷，換熱管需逐根清洗吹掃不得留有任何雜物，管束、殼體內(nèi)外表面結(jié)垢應(yīng)清洗干凈。

（3）所有密封面應(yīng)光潔，不得有機(jī)械損傷、徑向劃痕、磕碰劃傷、電弧損傷、焊瘤、飛濺物、銹蝕等影響密封性能的缺陷。

（4）宏觀檢查殼體、管束及構(gòu)件腐蝕、裂紋、變形等，必要時可采用無損檢測進(jìn)行抽檢。

（5）檢查緊固件的損傷情況，對高壓螺栓、螺母應(yīng)逐個清洗檢查，必要時應(yīng)進(jìn)行無損檢測。

3.4 回裝

管束、殼體檢查清洗合格后回裝管束時，要先將管箱側(cè)墊安裝就位，安裝時墊片使用高溫密封脂（本次作業(yè)選用某公司生產(chǎn)的汽輪機(jī)汽缸密封脂）粘貼固定于凹側(cè)的密封面上（管箱上），并且要居中放正、平整布置，對于纏繞式墊片可用聚四氟乙烯纏繞一圈以防止其散開；管束與殼體要軸向?qū)χ胁⑶曳轿灰獙φ?，然后使用抽芯機(jī)螺桿頂住固定管板將管束緩慢頂入殼體內(nèi)，嚴(yán)禁管束裝入殼體后通過轉(zhuǎn)動管束的方式校正方位（可適當(dāng)微調(diào)），螺桿與固定管板間要加墊塊或膠皮以避免損壞管板，管束回裝的具體要求見本文3.3節(jié)。

管箱、外頭蓋、浮頭蓋等部件的回裝復(fù)位與試壓過程是交替進(jìn)行的，其浮頭側(cè)的回裝流程與拆除流程相反，即先將浮頭蓋安裝就位，管程試壓完后回裝外頭蓋，然后回裝法蘭B，最后回裝錐體，如圖3所示；墊片的安裝方法同上，在裝完浮頭蓋回裝外頭蓋前需將波紋管膨脹節(jié)進(jìn)行解鎖，在回裝錐體前要確認(rèn)法蘭B與法蘭A的密封面是否密封嚴(yán)實以及法蘭B是否與平蓋的密封面吻合良好，其他回裝需要注意的事項見本文3.2節(jié)。

3.5 試壓

該換熱器是按壓差設(shè)計的，管程工作壓力為6.26 MPa，殼程工作壓力為6.08 MPa，最大設(shè)計壓差為1 MPa，如使用方無特殊要求則按照設(shè)計提出的壓力試驗升、降壓的具體要求執(zhí)行。本次試壓只需找出換熱管漏點并進(jìn)行封堵，按使用方要求將殼程、管程的試驗壓力均定為1.85 MPa，并按圖2所示的施工程序進(jìn)行液壓試驗。

3.5.1 試壓具體操作程序

（1）安裝管箱假法蘭、試壓假浮頭及試驗壓環(huán)（浮頭專用試壓工具見圖4），殼程出、入口法蘭加盲板。

（2）向殼程注水，裝配試壓管道進(jìn)行管束試壓。

（3）檢查換熱管及其與管板連接接頭。

（4）泄壓放水，拆卸管箱假法蘭、試壓假浮頭及試驗壓環(huán)，安裝管箱和浮頭蓋，管程出、入口法蘭加盲板。

（5）向管程注水，裝配試壓管道進(jìn)行管程試壓。

（6）檢查管箱、管箱法蘭密封、波紋管膨脹節(jié)、浮頭法蘭密封。

（7）泄壓放水，安裝外頭蓋、法蘭B及錐體。

（8）向殼程注水，裝配試壓管道進(jìn)行殼程試壓。

（9）檢查外頭蓋及外頭蓋法蘭密封、法蘭B密封。

（10）泄壓放水、吹盡積水，拆除所有盲板，并將法蘭口加臨時保護(hù)蓋。

3.5.2 試壓具體要求

圖4所示浮頭專用試壓工具采用外頭蓋墊片與外頭蓋側(cè)法蘭密封，并采用25 mm×25 mm的盤根（規(guī)格根據(jù)假浮頭的尺寸而定）與浮動管板進(jìn)行密封，從而使整個殼程處于密封狀態(tài)以進(jìn)行管束試壓。

圖4 浮頭專用試壓工具

試壓具體要求如下：

（1）安裝兩個在檢定有效期內(nèi)的壓力表，壓力表的量程宜為試驗壓力的2倍，但不得低于1.5倍或高于4倍，精度不得低于1.5級；壓力表應(yīng)安裝在換熱器的最高處和最低處，試驗壓力值應(yīng)以最高處的壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)并用最低處的壓力表讀數(shù)進(jìn)行校核。

（2）試壓前，應(yīng)對換熱器進(jìn)行外觀檢查，其表面應(yīng)保持干燥；水壓試驗后，應(yīng)將水排凈，并用壓縮空氣吹掃干凈；試驗介質(zhì)采用潔凈水，奧氏體不銹鋼換熱器用水進(jìn)行水壓試驗時，水中的氯離子含量不應(yīng)大于25 mg/L。

（3）鋼制換熱器進(jìn)行水壓試驗時，對于碳素鋼、16 MnR鋼、15 MnNbR鋼或正火15 MnVR鋼制作的換熱器，水溫不得低于5℃。

（4）水壓試驗時，壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到試驗壓力后，保壓時間不宜少于10 min，然后將壓力降至設(shè)計壓力，保持時間不少于30 min。對所有焊縫和連接部位進(jìn)行檢查，無滲漏、無可見的異常變形為合格；試壓中如發(fā)生不正常情況，應(yīng)在泄壓后進(jìn)行處理，再按上述規(guī)定重新進(jìn)行試驗。

（5）試壓合格后要及時做好相關(guān)試壓記錄。試壓過程中若發(fā)現(xiàn)換熱管及其與管板連接接頭有泄漏需要進(jìn)行處理時，要將壓力泄盡并將內(nèi)部試壓介質(zhì)排盡后方可進(jìn)行補(bǔ)焊，泄漏換熱管采用鋼制堵頭封堵兩端，并采用小直徑焊條、小電流進(jìn)行焊接補(bǔ)焊（必要時采用氬弧焊），堵頭材質(zhì)應(yīng)與換熱管材質(zhì)相同。本次選用和換熱管同材質(zhì)（304鋼）堵頭，焊條選用φ 2.5 mm的A102焊條。漏點處理完畢后需重新進(jìn)行試壓，堵管數(shù)量一般不超過其總數(shù)量的10%，在工藝指標(biāo)允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增加堵管數(shù)量。

換熱器水壓試驗合格后方可進(jìn)行氣密性試驗，其試驗壓力應(yīng)為設(shè)計壓力，試驗時壓力應(yīng)緩慢上升，達(dá)到試驗壓力后保持足夠長的時間對所有焊縫和連接部位進(jìn)行泄漏檢查，無泄漏為合格，若發(fā)生泄漏應(yīng)泄壓后處理，處理后應(yīng)重新進(jìn)行氣密性試驗。

3.6 緊固螺栓技術(shù)要求

螺栓從初擰到終擰至少應(yīng)分三次進(jìn)行，每次都按圖5所示的順序操作，但是每次的起點應(yīng)相互錯開120°，鎖緊螺栓過程中隨時用塞尺檢查法蘭間隙及平行度，回裝時螺栓應(yīng)涂抹抗咬合劑（本次選用某公司生產(chǎn)的1400高溫防卡抗咬合劑）。

圖5 螺栓擰緊順序

該換熱器操作溫度較高，為381℃，需進(jìn)行螺栓熱態(tài)緊固并且是二次熱緊，熱緊應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）螺栓熱緊作業(yè)溫度應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 螺栓熱態(tài)緊固作業(yè)溫度

（2）應(yīng)按照表1要求的溫度保持24 h后進(jìn)行熱緊作業(yè)。

（3）熱緊螺栓時該設(shè)備最大內(nèi)壓為0.5 MPa。

（4）熱緊螺栓時合金鋼螺栓的相應(yīng)伸長量為其自由長度的1.5/1 000，最后所測伸長量其允許偏差為規(guī)定值的±10%。

4 結(jié)束語

通過施工實踐和不斷探索改進(jìn)，較好地掌握了新型內(nèi)置膨脹節(jié)單管程浮頭式換熱器拆裝技術(shù)，在進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本控制等方面積累了較豐富的經(jīng)驗，為今后承擔(dān)和順利完成該類別的換熱器拆裝任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

[1]GB 151-1999，管殼式換熱器[S].

[2]SHS 01009-2004，管殼式換熱器維護(hù)檢修規(guī)程[S].

[3]段晉海.新型單管程浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].石油化工設(shè)備，2008，37（5）：45-46.

Disassembly and Assembly Techniques of Floating Head Heat Exchanger with Single-tube Pass and InternalExpansion Joint

Zhan Hongfeng，F(xiàn)u Heng，Ding Xinyuan
China Petroleum Seventh Construction Company，Qingdao 266000，China

Most floating head heat exchangers used in petrochemical facilities are multi-tube pass type.The single-tube pass type floating head heat exchanger introduced in this paper is a new kind of exchanger which has the advantages of withstanding high temperature and high pressure and easy cleaning.In order to avoid big temperature difference stress，an internal expansion joint is set up at tube-pass outlet of the floating head heat exchanger.In the repair work of 60 000 t/a methanol facility in Shaanxi Xianyang Chemical Company，the disassembly and assembly construction plan of this floating head heat exchanger is formulated based on the heat exchanger structural characteristics，and is improved continually in construction practice.So the disassembly and assembly of the heat exchanger are successfully completed.The technical key points，matters for attention and technical measures adopted in the construction are illustrated systematically in this paper.

floating head heat exchanger；single-tube pass；expansion joint；disassembly and assembly；core pulling；pressure test

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.02.016

戰(zhàn)洪峰（1968-），男，山東棲霞人，工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）工商管理專業(yè)，現(xiàn)從事石油工程項目管理方面的工作。

2014-11-05