热交换器水压试验工装的研讨

热交换器水压试验工装的研讨

张宏伟

   抚顺市明尧石油机械有限公司

石油化工工业与整个国民经济有着及其密切的关系，而热交换器设备是石油化工行业中用途最广且最基本的换热设备。为了使热交换器设备运行的更加稳定，就应保证热交换器的安全可靠，所以在热交换器制造过程中各压力室密封的尤为重要。而要检查各压力室的密封状况，就需要利用压力试验工装，通过设备的压力试验来保证。

1热交换器的结构分类

热交换器种类繁多，若按其分类，可分为管型、板型和其他型式热交换器等。如管壳式热交换器、套管式热交换器、板式热交换器、螺旋折流板式热交换器，还有为满足一种特殊要求而出现的其他型式热交换器等。以下介绍一些常用的几种热交换器。

1.1 管壳式热交换器

它是由换热管组成管束而构成热交换器的传热面，换热管固定在管板上，管板又与外壳体联接在一起。为改善热交换器的传热效果，在壳程内设有多块折流板，壳体及两侧管箱上设有介质进出口等。根据其连接与固定方式的不同，管壳式热交换器可分为浮头式、固定管板式、U型管式及釜式重沸器等。

1.1.1 固定管板式热交换器

固定管板式热交换器由两端管板与换热管互相支撑，再采用焊接方法与壳体连接固定形成一整体。这种热交换器结构简单，换热管排管数量多，管板相对较薄，造价低，换热管内侧能清洗，但壳侧不能进行机械清洗，所以宜用于不易结垢的介质。此类热交换器应用相当广泛。

1.1.2 浮头式热交换器

浮头式热交换器不同于固定管板式热交换器，只有一端管板与壳体安装固定，另一端管板在壳体内浮动。这类热交换器壳体和管束相对热膨胀是自由的，之间不产生温差应力。

1.1.3 U型管式热交换器

U型管式热交换器仅有一块管板。是将换热管弯成U型后两端均固定在同一块管板上。管束的弯曲段在壳体内浮动。这类热交换器壳体和管束相对热膨胀是自由的，之间不产生温差应力。管程为双管程，传热性能好，承压能力强，一般使用于高温高压的情况下。U型管式热交换器结构简单，造价更低，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内必须是清洁且不易结垢的介质。

1.1.4折流杆式热交换器

折流杆式热交换器整体结构等同于浮头式热交换器。所不同之处是壳体内的折流板，是由一系列细小的折流杆组成的管壳式热交换器。这些细小的折流杆相互平行以一定的间距组焊在由金属制成的外圆环上以形成折流圈。按间隔距离和排列顺序用定距管固定并形成折流杆管束。
折流杆热交换器是为了改善常规的板式折流板热交换器的流体诱导振动而设计的。在这种结构中，支撑管子的折流杆与管子几乎不存在间隙，管束中每根传热管的上、下、左、右都得到了可靠的支撑，而且从根本上改变了流体的流动状况，改变折流板热交换器的横向流动为平行于管子的轴向流动，从而消除了产生介质诱导振动的根源。

2　热交换器所需试压工装

2. 1 固定管板式热交换器

2.1.1固定管板式热交换器是壳程圆筒与两端管板焊接结构。这样：①壳程就形成一个封闭的压力腔；②管程是两端管箱与管板间安装形成的另一个封闭压力腔。因此，此种热交换器压力试验工装仅为管程或壳程各接管法兰上，安装试压盲板，分别实现管程或壳程压力腔的压力试验。

2.1.2 试压盲板设计

按照HG/T20592-20615-2009选择相应压力等级和公称直径的法兰盖做试压盲板。

2. 2  U形管式热交换器

2.2.1  U形管式热交换器是壳体与管束的管板间，管箱与管束的管板间安装，把管、壳程分离。这样：①壳程由壳体、管板及换热管外表面形成一个封闭的壳程压力腔；②管程是管箱、管板及换热管内表面形成另一个封闭的管程压力腔。因此，此种热交换器压力试验工装为与管箱法兰相同的试压圈（即假法兰）、管程或壳程各接管法兰上，安装试压盲板，分别实现管程或壳程压力腔的压力试验。

2.2.2 试压圈(假法兰)厚度

1)　按照NB/T47023-2012（JB/T4730）选择对应压力等级和公称直径的法兰盖厚度，做为试压圈的厚度。

2.2.3试压盲板设计

按照HG/T20592-20615-2009选择相应压力等级和公称直径的法兰盖做试压盲板。

2. 3浮头式热交换器

2.3.1浮头式热交换器是壳体与管束的管板间，管箱与管束的管板间安装，浮头盖与另一端管板安装，外头盖与壳体另一端，把管程和壳程分离。这样：①壳程由壳体、外头、浮头、管板及换热管外表面形成一个封闭的壳程压力腔；②管程是管箱、管板，换热管内表面和浮头形成另一个封闭的管程压力腔。此时热交换器压力试验工装为与管箱法兰相同的试压圈（即假法兰）、外头侧的试压体、管程或壳程各接管法兰上，安装试压盲板，分别实现管束管头、管程或壳程压力腔的压力试验。

2.3.2 试压圈(假法兰)厚度

按照NB/T47023-2012（JB/T4730）选择对应压力等级和公称直径的法兰盖厚度，做为试压圈的厚度。

2.3.3试压盲板设计

按照HG/T20592-20615-2009选择相应

压力等级和公称直径的法兰盖做试压盲板。

2.3.4 外头侧试压体（两种结构型式）

1) U形圈式密封试压体。结构见下图。

2)0形圈式密封试压体。结构见下图。

2.3.5 试压体的各部尺寸确定的原则

1)　 法兰厚度δ1的选择

按照NB/T47023-2012（JB/T4730）选择对应外头盖侧法兰对应压力等级和公称直径的法兰盖厚度，做为试压体连接法兰的厚度。

2）U形圈式密封槽δ2、0形圈式短节厚度δ2确定

按照该设备外头盖的筒体厚度进行确定。

3) 0形圈式试压体后端的厚度δ3、δ4见下表

2.3.6 U形圈式和0形圈式试压体的分析

笔者通过大量的试验并调研了两种试压体。

2.3.6.1 U形圈式试压体

U形圈式试压体的密封是加一个0.6~0.8MPa压缩风管接头，给试压体密封槽内的密封圈加压，使其与浮头管板外圆密封。而另一个密封圈是靠压力试验时压力腔的压力来密封的。

1）此种工装结构简单，试压时所需的螺栓预紧力小。但工装要求加工精度较高。

2）此种工装需另外加一个压缩风管接头完成密封，这样应有风泵或空压机。

3）此种工装需要U形截面丁腈橡胶的密封圈，制造成本较大，制造精度较高。

4）此种工装密封可靠性不好，常常试压时采产生渗漏现象。尤其在试验压力较高时更容易渗漏。

2.3.6.2  O形圈式试压体

0形圈式试压体的密封是靠螺栓预紧压缩0形橡胶圈进行密封的。

1) 此种工装结构较复杂，试压时所需的螺栓预紧力大。

2）密封用O形橡胶棒，制造成本低，更换密封圈方便。

3）不需外加压力系统，操作方便，密封可靠，很少产生渗漏现象。

总结：

通过对热交换器水压试验工装的研究。对压力容器制造及制造质量有一定的提升。笔者对上述两种试压体分析比对，O形圈式试压体更优于U形圈式试压体，并对该工装的今后的发展奠定了理论和实际经验。

参考文献

[1]  GB150.1～150.4-2011《压力容器》

[2]  GB/T151-2014《热交换器》

[3] NB/T 47023-2012（JB/T 4703）《长颈对焊法兰》

[4]  GB/T 29465-2012《浮头式热交换器用外头盖侧法兰》

[5]  HG/T20592～20635-2009 《钢制管法兰、垫片、紧固件.》