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1、U形管式换热器替代浮头式换热器的可行性研究换热设备是炼油和石油化工生产中广泛应用的设备之一，其中浮头式换热器占有很大的比例。根据目前的运行使用情况来看浮头式换热器存在一些问题，主要是浮头式换热器的密封内漏，造成停车检修，致使生产常常无法正常进行。下面就其原因进行分析。1管壳式换热器基本类型1.1固定管板式换热器 固定管板式换热器结构简单紧凑,往往是管板兼法兰。适用于管、壳程温差不大或管、壳程温差虽大,但压力不高,壳程介质干净或虽结垢,但通过化学清洗能清除的场合。1.2浮头式换热器 浮头式换热器管束一端的管板可以自由浮动,不受温差应力的困扰
2、,其结构复杂,内浮头密封困难,锻件多,造价高。维修时可只更换管束,适用于管、壳程温差大但工作压力不超过10MPa的工况。1.3U形管式换热器 U形管式换热器管束可自由伸缩,只有1块管板,密封面少,可抽芯维修更换。适用场合为管、壳程温差大,高温高压。壳程需抽芯清洗,管内介质干净或虽会结垢,但通过化学清洗能清除。1.4釜式重沸器釜式重沸器壳体上部作为蒸汽空间,热源由浮头换热器或U形管束提供,适用场合为管壳程温差大,压力不受限制,塔底空间较小,汽化率30%～80%,重沸器工艺介质的液相作为产品或分离要求高,但安装空间受限制。用作蒸汽发生器时,对
3、蒸汽品质要求不高。目前常用的换热器种类有浮头式、固定管板式和U形管式，其中以浮头式换热器最多。固定管板式换热器由于自身结构的限制，应用的场合有限。当在换热器的壳体上增加一段膨胀节后大大拓宽了固定管板式换热器的应用范围；浮头式换热器零部件多，易拆卸和清理，但检修的工作量大，容易内漏；U形管换热器适用的场合广、检修简单、操作弹性好。2U形管换热器的使用性能目前U形管换热器大量应用于高温高压的场合。与浮头式换热器相比，由于去掉了浮头密封，U形管换热器的管束不易发生内漏，即使发生内漏，也非常容易处理，尤其是在查找漏点的时候不需要过多的工装；而浮头
4、式换热器在查找内漏时需要有大量专用的工装，操作起来比较繁琐。U形管换热器的管束发生内漏时一般有两种可能：一种是换热管损坏；另一种是管板接头焊缝腐蚀。第一种情况一般很少发生，发生时可用堵头堵住；第二种情况比较多见，处理时可以对焊缝进行清理补焊。使用状态下的受力状况较好，尤其在管程温差较大时，每个管程的温度不一样，单个管程的换热管所受到的温差应力能够自由平衡，不受浮动管板的限制，有利于保护换热管。使用过程中的操作弹性更大，与同等规格浮头式换热器相比，U形管换热器能够承受更大的温度和压力波动，有利于装置的安稳运行。3浮头换热器在使用过程中常见故
5、障分析3.1换热器法兰密封面垫子泄漏的原因分析3.1.1 温度的影响①温度对材质性能的影响。换热器浮头盖与浮头管板密封的钩圈、螺栓等材料在使用过程中,因长期处在高温的环境下,其机械性能降低,会发生蠕变和应力松弛现象，使螺栓的拉紧力减小。导致法兰对垫子的压紧量减小而刺漏。②温度对垫片的影响。对于换热器法兰使用的耐油石棉橡胶板做的垫子,垫片长期在高温作用下会使其老化而失去弹性造成垫子泄漏。③温度差的影响。换热器法兰、筒体、螺栓、管箱、垫片之间存在温度差,使各部分热胀冷缩不均,导致站换热器法兰垫子泄漏。④热疲劳的影响。换热器在工作过程中,受反复
6、加热和冷却,使之产生较大的热应力,特别是螺栓反复受此力作用,导致螺母松动，拧紧力减小,使换热器法兰垫子泄漏。总之，浮头式换热器垫片常因高温而发生泄漏，升温、降温操作时情况更加严重，由于法兰内外温度梯度的存在，特别在设备的升、降温阶段，法兰与螺栓之间有温差存在，两者的膨胀程度不一致，垫片的塑性增加，回弹能力降低或压缩回弹不均匀，垫片金属部分弹性模量降低，材料发生蠕变。是密封失效的原因之一。3.1.2 压力波动的影响①产生过程中的压力波动是不可避免的；②因各种故障需频繁停、启时,产生的压力波动量在0～3.5MPa之间。换热器法兰、螺栓、垫子在
7、上述交变的压力作用下容易产生变形,造成垫子失效。3.1.3 加工精度的影响换热器固定管板法兰密封面的管板与管束不垂直,使两法兰对口平行度有偏差。密封面之间若发生0.15mm的偏差,上法兰螺栓时很难将垫片压紧,导致该点优先泄漏。3.1.4 人为方面的原因①经常发现换热器浮头盖法兰密封面上的凹坑、凸起缺陷,影响法兰的密封程度。根据施工情况分析,这些凹坑、凸起缺陷的产生,可能都是在拆卸、组装时损伤。拆下浮头盖后其下部的钩圈在往里碰撞后脱落,砸到浮头盖法兰密封面而损坏法兰密封面。②在实际使用中，人为因素造成的泄漏也不容忽视。如：开停机速度太快、太
8、猛，热膨胀不均匀，疏水不干净，水击现象，螺栓预紧力不够或过高，频繁的停开机使垫片产生疲劳变形等原因都可能造成泄漏，所以在操作运行时，还须严格执行操作规程，才能保证换热器的正常工作。3.1.5腐
