调节内套筒换热器热膨胀差的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油、化工和煤化工等领域的内套筒换热器，通常指加氢装置螺纹锁紧环换热器，具体地说涉及一种调节内套筒换热器热膨胀差的装置。
【背景技术】
[0002]石油、化工和煤化工领域的加氢装置高压换热器通常采用螺纹锁紧环结构或其它内套筒结构，该结构的管程和壳程之间通过一个内部垫片实现密封，内部垫片的密封压力由内套筒施加。在开、停工阶段或操作中温度出现波动时，由于内套筒和外部壳体的热膨胀和冷收缩量不同，造成内部垫片上的密封压力不稳定，因而造成内垫片表面密封压力不足或垫片失效，产生内部泄漏，影响生产效率和产品质量；严重时导致反应器温度剧烈变化，影响安全。内漏通常为壳程侧的介质泄漏至管程侧，通常采用回弹性好的垫片，增大内套筒的弹性并采用合理的水压试验，可以降低发生内漏的倾向，但这并不能从根本上解决内漏问题。
[0003]近年来由于加氢装置大型化，高压换热器规格大型化，换热器内部结构和壳体的热膨胀差最高可达1.5mm?2.5mm,而目前任何垫片的回弹性能都无法补偿这一膨胀差，因而导致严重的内部泄漏。
【实用新型内容】
[0004]为了解决现有技术存在的内漏问题，本实用新型提供了一种调节内套筒换热器热膨胀差的装置。
[0005]本实用新型提供的调节内套筒换热器热膨胀差的装置主要由管箱、内套筒、内套筒端环、压环、支撑内套、管板、内垫片、内部螺栓和补偿环组构成；管箱内壁上加工有密封台阶面，密封台阶面将管箱内部分为内直径大小不同的两段；管板呈圆饼状，横贯于管箱内部密封台阶面附近，将管箱内部分为管程侧和壳程侧；管板在轴向上位于密封台阶面附近内直径较大一侧；管板面向壳程侧的表面外缘加工成环形密封面与管箱上的密封台阶面相对，其间设置内垫片形成密封；内套筒一端顶紧在管板上，另一端与内套筒端环的一个端面固定连接；内套筒端环另一个端面与压环的一个端面相对，两个端面之间形成环形间隙，环形间隙内安装环形的补偿环组；补偿环组在轴向上可随内套筒端环在管箱内的轴向位移进行弹性伸缩；压环的另一端面由内部螺栓顶紧，支撑内套位于补偿环组和压环内环面以内，且一端与内套筒端环固定连接。
[0006]也可将支撑内套与内套筒端环合二为一作为一个整体制造，称之为支撑端环，支撑端环的形状为颈部厚度相同的整体法兰状，其端部的径向环状凸出部分形成支撑端环的凸缘，此处的凸缘相当于内套筒端环，凸缘与内套筒端环所起的作用相同，都是为了与压环之间形成环形间隙。
[0007]当采用支撑端环时，本实用新型提供的调节内套筒换热器热膨胀差的装置主要由管箱、内套筒、支撑端环、压环、管板、内垫片、内部螺栓和补偿环组构成；管箱内壁上加工有密封台阶面，密封台阶面将管箱内部分为内直径大小不同的两段；管板呈圆饼状，横贯于管箱内部密封台阶面附近，将管箱内部分为管程侧和壳程侧；管板在轴向上位于密封台阶面附近内直径较大一侧，管板面向壳程侧的表面外缘加工成环形密封面与管箱上的密封台阶面相对，其间设置内垫片形成密封；内套筒、压环、支撑端环、管板、内部螺栓和补偿环组均位于管程侧；内套筒一端顶紧在管板上，另一端与支撑端环的凸缘所在端面固定连接；支撑端环凸缘内侧与压环的一个端面相对，二者之间形成环形间隙，环形间隙内安装环形的补偿环组；补偿环组在轴向上可随支撑端环在管箱内的轴向位移进行弹性伸缩；压环的另一端面由内部螺栓顶紧。
[0008]从节省轴向长度出发，管板可制成周边部分薄、中间厚的带环形台阶的饼状；中间厚的部分向壳程侧突出，突出部分直径与壳程侧的内直径相配合，同时也可以起到管板与管箱间的径向定位作用。
[0009]管箱、内套筒、内套筒端环、压环、支撑内套、支撑端环、管板和内部螺栓更详细的结构和尺寸根据换热器的设计需要进行确定，其材质根据换热器的使用条件确定，通常管箱为低Cr-Mo合金钢，内部螺栓为高Cr-Ni合金，内垫片为波齿复合垫，其他为18_8型不锈钢是合理的选材。
[0010]补偿环组由补偿环构成，补偿环是截面为平行四边形的环状体，平行四边形的一对对边平行于环状体的轴心线，绕轴心线旋转形成补偿环的内环面和外环面；另一对对边与轴心线的垂线成一定角度为截面斜角，该对边绕轴心线旋转形成环状体的两个端面。补偿环组可由单个补偿环构成，也可由2?6个补偿环按照并列或摞列的方式相互叠加构成；所述的并列方式指的是直径不等的环沿环径向进行排列的方式，所述的摞列方式指的是直径相等的环沿环轴向进行排列的方式，摞列方式中补偿环截面斜角方向可以相同也可以相反，并列和摞列也可以联合使用。
[0011]所述的补偿环组靠其弹性回弹力将管板和内垫片压紧以实现密封，其弹性压缩和舒张量可以在温度波动时吸收或补偿热膨胀差。补偿环材料可采用耐换热器介质腐蚀，并能在换热器操作温度范围内使用的任何材料；优先选择弹性较好的金属材料，通常18-8不锈钢、Ni基合金等属于合理选材。
[0012]本实用新型将补偿环组安装于压环和内套筒端环之间或者安装于压环和支撑端环的凸缘之间，初始安装之后，通过旋紧内部螺栓，补偿环组发生一定量的弹性变形，截面斜角发生一定量的减小。当换热器温度升高时，内套筒等的内部结构的热膨胀量大于管箱热膨胀量，造成补偿环组两端部之间的距离减小；这时补偿环组发生进一步弹性变形，其截面斜角进一步减小。而当换热器温度降低时，补偿环组两端部之间的距离增大，这时补偿环组回弹，其截面斜角弹性回复。在整个过程中补偿环组总处于弹性范围内，且在补偿环组回弹力作用下，内垫片表面压力维持在所须的最小密封压力之上，制止发生内漏。通过改变补偿环的尺寸及采用补偿环组或进行补偿环组的联合使用，可以调节补偿环组的回弹力和回弹量，达到合理范围。
[0013]采用本实用新型具有如下有益效果:
[0014]I)本实用新型可适用于直径为:700mm?2000mm，管、壳程压力差为:-6.0MPa?6.0MPa，操作温度低于或等于500°C的内套筒换热器。
[0015]2)当换热器从水压试验的常温升高到最高操作温度时，通常内套筒与管箱的热膨胀差可达1.5mm?2.5mm ;如果通过采用合理的补偿环材料、补偿环尺寸，采用合理的补偿环组或补偿环组的联合，补偿环组能提供足够的弹性回弹力且其弹性回弹量能够满足上述要求，则可以完全阻止换热器的内漏，这是最佳的效果。
[0016]3)采用本实用新型，即使补偿环组不能提供上述如此大的补偿量，补偿环组也能够获得较大的弹性补偿量，较原来仅采用垫片结构的换热器弹性补偿作用大很多，必然可以使换热器在更大的温度波动条件下使用，保证在更苛刻的条件下换热器不发生内泄漏。
[0017]本实用新型利用补偿环的弹性调节作用补偿或吸收膨胀差，能够避免或至少可以极大地减小内泄漏。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型提供的装置的第一种实施方式的结构示意图；
[0019]图2为本实用新型提供的装置的第二种实施方式的结构示意图；
[0020]图3为单个补偿环的结构示意图；
[0021]图4为按截面斜角方向一致摞列而成的补偿环组结构示意图；
[0022]图5为按截面斜角方向相反摞列而成的补偿环组结构示意图；
[0023]图6为并列、摞列联合使用而成的补偿环组结构示意图。
[0024]图中:1_管板，2-内套筒，3-内套筒端环，4-支撑内套，5-补偿环组，6-压环，7-内部螺栓，8-管箱，9-内垫片，10-支撑端环，S1-环形间隙，G-管程侧，Q-壳程侧，D1-补偿环内径，Do-补偿环外径，h-补偿环高度，R-补偿环棱角倒圆半径，α-截面斜角，S-并列补偿环间隙。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图