压力容器工程师——隔膜密封换热器特点与制造工艺

一.引言

在炼油化工行业中高压换热器是不可缺少的设备，占有重要位置。不同形式的换热器，主要是密封形式存在差异，在高温高压的情况下，密封极为关键，不同的操作工况采用不同形式的密封结构，需要不同结构形式的换热器，一般有螺纹锁紧式、Ω环式、八角垫片、双锥密封等，每种形式都有它自身的特点和适用性。 隔膜密封换热器在炼油化工行业中使用较多，适用压力在 10 MPa左右的高压加氢装置，它在一定范围内有其优越性。

二.优缺点

隔膜密封换热器具有很多优点。隔膜密封换热器结构简单、拆卸检修容易、加工精度要求不高、密封简单安全，不易发生泄漏、设备使用年限长、同规格情况下，隔膜换热器金属总质量大约是螺纹环换热器的0.85 倍、制造难度低，这样设备制造周期相对缩短。但对于压力高、 直径大的设备，平盖厚度过大，设备主螺栓直径大，造成安装拆卸困难，锻制平盖锻件成本高，因此隔膜密封换热器的结构有一定的局限性。

三.结构形式

隔膜密封换热器的典型结构是由外壳部分和管束部分组成。管板按压差设计降低管板厚度，节省成本，但须保证设备在任何情况下，管壳程应同时升、降压，压力差不能超过设计压差。管箱壳体与壳程壳体采用整体锻件，减少了泄露点。采用安放式的管壳程进、出口接管，保证了焊接质量。管壳程之间通过分程箱、内部螺栓、四合环及压紧法兰来实现密封。在操作出现泄漏，可通过内圈螺栓来调整。管程密封是隔膜密封盘及压紧法兰共同作用完成的。

四.密封结构

隔膜密封盘的设计是隔膜密封换热器的特点。在换热器管箱端部由大螺栓紧固压盖来承受内压所产生的力，密封垫片是密封盘形式，它与管箱端部进行密封焊，属强制密封。

五.隔膜密封盘

隔膜密封盘是一个直径稍大于管箱内直径的金属薄圆盘。它的结构为边缘和中心部分稍厚，靠近密封面处有一个很薄的环形区域，使得密封盘具有很好的弹性，在管箱内压和热膨胀的作用下能够产生的微量变形,可更好地使压盖能够压紧密封盘，从而保证密封可靠。密封盘四周与壳体端部采用密封焊接，在设备操作过程中不能发生泄漏。密封盘外侧用螺栓与压盖压紧。在

检修时，去除外侧焊肉，即可拆下密封盘。

六. 制造工艺

1. 壳程筒体：筒体采用冷卷、冷校圆成型工艺

1）筒节按等离子切割下料，刨纵、环缝坡口后上辊卷板机冷巻成型；

2）组装、焊接筒节纵缝，控制对口错边量；

3）组装筒节环缝符合图样要求，控制筒体同心度及对口错边量。

2．封头的制造

1）封头下料，冲压成型；

2）加工封头坡口符合图样要求，端口尺寸按筒节尺寸配车。

3. 管板、盖板

管板、盖板为锻件；数控钻孔保证加工尺寸，盖板上衬环退火后加工。

4. 管箱筒体：

1）管箱筒体材料锻件，壁留加工余量，开接管孔，镗床加工开孔坡口，组焊接管；按工艺施焊并进行消除应力热处理。

2）镗床加工接管内壁进行焊缝清根，立车加工管箱内壁待堆焊面，堆焊完毕后进行立车加工。

3）堆焊层及结合面UT 检测。

5. U型管及管束

1）U型管整管制造，煨弯成型后进行单根水压试验；

2）折流板整圆下料，校平后点焊成摞，划线、钻孔；车加工外圆后按顺序编号， 并做好方位标记， 铣槽， 剪板， 刨边。

3）管板、折流板（按顺序组装）等组装管束骨架，组装分程隔板；穿管，点焊固定，平管头，管头清理；按工艺施焊管头，PT合格；管头胀接分区域进行。

6. 密封盘

用专用加工胎具，加工，防止加工变形，保证密封盘的密封可靠性。

7. 总装

1）组装壳程筒体与封头环焊缝，组装管箱筒体与壳程筒体环缝，控制直线度，按工艺施焊；组焊附件，壳体整体进炉进行最终消除应力退火热处理；

2）使用专用工装穿引管束，依次组装管箱内套筒、卡环等，拧紧顶压螺栓， 组装压紧法兰，检查组装尺寸符合图样要求；管头试风后进行壳程水压试验， 试验压力按图样要求。

3）拆除压紧法兰，组焊密封盘符合图样要求，按焊接工艺施焊，防止焊接变形；重叠组焊连接管口，按技术条件要求探伤合格；组装盖板，焊接密封盘焊缝，PT 检验合格；

4）同时进行管、壳程水压试验；试压时管、壳程同时升压，始终保持压差不得高于规定的试验压差。