大型鈦-鋼復(fù)合板換熱器管箱密封問題分析與優(yōu)化

張京 劉釗 王一安

摘 ?要：隨著PTA行業(yè)的高速發(fā)展，鈦-鋼復(fù)合板已廣泛應(yīng)用于制作生產(chǎn)PTA的換熱器，由于鈦-鋼復(fù)合板材料的特殊性，尤其針對(duì)大型鈦-鋼復(fù)合板換熱器的管箱，在其密封處易出現(xiàn)泄露問題。本文結(jié)合我公司生產(chǎn)的大型鈦-鋼復(fù)合板的換熱器，針對(duì)管箱密封處的泄漏問題，分別從制造、安裝及檢測(cè)上進(jìn)行了分析，并提出了優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：鈦-鋼復(fù)合板 ?換熱器管箱 ?密封問題 ?優(yōu)化方案

引言

PTA（精對(duì)苯二甲酸）是重要的大宗有機(jī)原料之一，廣泛用于與化學(xué)纖維、輕工、電子、建筑等國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)的各個(gè)方面。生產(chǎn)PTA的換熱單元主要為以鈦材為耐蝕層的換熱器，故其管箱及管板的材料多為鈦-鋼復(fù)合板。由于鈦-鋼復(fù)合板材料的特殊性，所以對(duì)換熱器的加工制造就提高了難度，在管箱密封方面也易出現(xiàn)泄漏的問題。本文結(jié)合公司生產(chǎn)的某鈦-鋼復(fù)合板換熱器（換熱器規(guī)格：Φ2500mm，L=15000mm;設(shè)計(jì)壓力：3.4MPa;詳見圖4），從制造、安裝及檢測(cè)三個(gè)方面分析了管箱密封處的泄露問題，并對(duì)此提出了相應(yīng)的優(yōu)化方案。

1 鈦-鋼復(fù)合板換熱器管箱泄漏原因分析

1.1 換熱器管箱密封面泄露問題

換熱器直徑Φ2500mm，其中管板和管箱均采用鈦-鋼復(fù)合板材料制作，所以管箱與管板的連接處采用復(fù)合板焊環(huán)（管箱）與管板鈦層接觸密封，密封墊為石墨纏繞墊，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1中，左側(cè)為管板，右側(cè)為管箱法蘭，采用螺栓連接，其中泄漏問題為介質(zhì)從間隙h處流出，故考慮為密封面泄漏，如圖2所示：

1.2 泄露原因分析

根據(jù)泄漏情況初步分析為管箱密封面泄漏，故對(duì)管箱進(jìn)行拆卸，并重新測(cè)量管箱及管板密封結(jié)構(gòu)尺寸，得到管箱拆卸前間隙h沿圓周方向不均勻，其中泄漏位置的間隙基本等于0，即管箱法蘭與管板在螺栓孔基準(zhǔn)面處已經(jīng)頂死，而未泄露部分的間隙最大處為5.5mm。待管箱拆除后，經(jīng)過測(cè)量發(fā)現(xiàn)管板密封面凸臺(tái)的高度尺寸沿圓周方向不均勻（如圖2所示），通過比對(duì)發(fā)現(xiàn)由于管板密封面凸臺(tái)的高度尺寸的不一致造成間隙h沿圓周方向不均勻。

通過對(duì)管板及復(fù)合板焊環(huán)及間隙h的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到表1數(shù)據(jù)表：

由此可推斷泄露原因：

（1）由于管板密封面凸臺(tái)加工偏差（管板不平度原因）問題，造成B側(cè)密封面壓縮量較小，降低密封性能;

（2）從h的計(jì)算與實(shí)測(cè)值可得到，管箱與管板在緊固時(shí)，螺栓的預(yù)緊力不相同，造成了墊片的壓縮量不相同;

2 ?鈦-鋼復(fù)合板換熱器管箱密封性優(yōu)化措施

2.1 ?鈦-鋼復(fù)合板管板加工過程優(yōu)化

由于鈦-鋼復(fù)合板是鋼板與鈦板經(jīng)過爆炸力的作用貼合在一起形成的，所以其復(fù)合板的平面度偏差較大，根據(jù)NB/T47002.3-2009《壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板 鈦-鋼復(fù)合板》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的，直徑為2600mm鋼板，其平面度偏差應(yīng)不超過10mm;根據(jù)管板結(jié)構(gòu)（如圖4所示），管板有三個(gè)加工面，其中密封面的平面度要求較高。

圖5中，平面1為管板密封面;平面2為鈦層螺栓孔基面;平面3為鋼層螺栓孔基面;

為了保證密封面的平面度及密封面外徑處凸臺(tái)的高度尺寸的一致性，對(duì)管板的加工過程進(jìn)行優(yōu)化，方案如下：

（1）管板上車床后進(jìn)行找正，鈦面向上;

（2）確定管板密封面的尺寸范圍，對(duì)此尺寸范圍進(jìn)行找平，并車見光處理;

（3）以平面1為基準(zhǔn)車加工平面2，此時(shí)可保證平面1與2 之間的凸臺(tái)高度的一致性;

（4）以平面2為基準(zhǔn)車加工平面3，這樣保證了平面1/2/3的平行度;

針對(duì)大尺寸管箱的螺栓緊固，盡可能采用液壓扳手，調(diào)整好扭矩，在固定扭矩的情況下進(jìn)行緊固，保證墊片受力均勻;

2.2 ?鈦-鋼復(fù)合板管箱安裝過程優(yōu)化

大型鈦-鋼復(fù)合板管箱在與殼程進(jìn)行安裝時(shí)，由于設(shè)備尺寸較大及場(chǎng)地受限的原因，一般采用臥式安裝方法，此時(shí)沿管箱法蘭圓周方向的緊固螺栓受力是不均勻的，上部螺栓受拉應(yīng)力較大，自上而下螺栓受拉應(yīng)力逐漸減小，這樣就造成螺栓預(yù)緊過程受力不均勻，最終會(huì)導(dǎo)致管箱墊片受力不均從而使壓縮量不均勻，壓縮量較小的位置就易發(fā)生泄露。

為了解決安裝問題，對(duì)管箱安裝及檢測(cè)過程進(jìn)行優(yōu)化，保證管箱墊片受力的均勻性。優(yōu)化方案如下：

（1）針對(duì)大型換熱器的管箱與殼程臥式進(jìn)行組裝時(shí)，為了避免管箱重力的影響而導(dǎo)致螺栓受力不均勻的情況，應(yīng)在管箱的重心點(diǎn)處設(shè)置支撐，以減少對(duì)管箱上部螺栓的受力;

（2）根據(jù)圖1 所示，在管箱組裝完成后應(yīng)對(duì)間隙h進(jìn)行測(cè)量，確定沿圓周方向的間隙h是否均勻。

3 ?結(jié)論

通過以及上述分析，得到了以下結(jié)論：

（1）PTA行業(yè)大型復(fù)合板換熱器管箱密封面的泄露，主要問題之一為管板加工的偏差造成密封墊受力不均勻;

（2）針對(duì)復(fù)合板管板的加工，應(yīng)根據(jù)密封面處間隙h的結(jié)構(gòu)要求，合理安排加工工序，由于復(fù)合板管板原材料不平度的不可避免，所以應(yīng)保證密封面與螺栓孔基面的平行誤差，確保不會(huì)造成安裝時(shí)出現(xiàn)“頂死”的問題;

（3）針對(duì)大型換熱器的管箱在需要臥式組裝時(shí)，應(yīng)在管箱重心處設(shè)置支撐裝置，防止管箱重力影響螺栓緊固時(shí)受力不均;檢測(cè)管箱墊片是否壓縮均勻，可對(duì)間隙h所示進(jìn)行測(cè)量。

參考文獻(xiàn)

[1]陳煥芝，柳少軍，張軍超，王亞峰，張兵兵，換熱器管箱法蘭與管板密封問題研究[J]，漯河興茂鈦業(yè)股份有限公司，廣州化工，2014，42（6），135-136;