高压高酸性天然气用不可拆无检查孔的镍基合金换热器

摘要

一种高压高酸性天然气用不可拆无检查孔的镍基合金换热器，属于换热器技术领域，包括接管法兰、椭圆封头、管箱短节、挡板、管板、接管、法兰、折流板、筒体、膨胀节、定距管、拉杆、垫圈、螺母、鞍座、换热管。优点在于，解决通过该换热器的加热升温或制冷降温来模拟高压高酸性天然气在井筒、地面集输等多种实际生产条件的实况，实现提供高酸性天然气在试验管内对镍基合金材料的腐蚀、硫沉积及水合物等关键技术的测试数据。此换热器结构合理、成本低、耐高酸性天然气晶间腐蚀、密封性好、安全性高。

说明书

技术领域

本发明属于换热器技术领域，特别是提供了一种高压高酸性天然气用不可拆无检 查孔的镍基合金换热器。

背景技术

自在川东北地区达州宣汉县境内发现国内规模最大的整装海相气田-----普光气 田后，国家将以达州为中心的川气东送工程列为国家“十一五”重点工程，四川省将 达州天然气能源化工基地建设列入了“十一五”重点产业发展规划，达州市政府提出 了未来5年建成中国西部天然气能源化工基地的目标，并推出了普光气田相关的天然 气产业项目和配套项目。为进行项目开发，中国石化筹建了高酸性气体现场试验室， 通过特殊设计的撬装设备，完成模拟井筒、地面集输等多种实际生产条件下，试验管 内的各种腐蚀、硫沉积及水合物的动态测试数据。我公司承接了该实验室内的主要设 备的设计和制造，该换热器就是其中的一种撬装设备，针对普光气田储量丰度高、气 藏压力高、硫化氢及二氧化碳含量高、气藏埋藏深的特点，我公司设计了该实用新型 高压高酸性天然气用不可拆无检查孔的镍基合金换热器，高压高酸性天然气经过该换 热器加热升温或制冷降温，再进行节流调压达到井筒管、集输管所需的压力和温度， 测试出高压高酸性天然气在模拟实际工况下的关键技术数据，实现关键设备及材料的 优选研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压高酸性天然气用不可拆无检查孔的镍基合金换 热器，解决高压高酸性天然气加热升温或制冷降温的模拟实况，实现提供高压高酸性 天然气在试验管内对镍基合金材料的腐蚀、硫沉积及水合物等关键技术数据。并且此 换热器结构合理、成本低、耐高压高酸性天然气产生的晶间腐蚀、安全性高。

本发明包括接管法兰、椭圆封头、管箱短节、挡板、管板、接管、法兰、折流板、 筒体、膨胀节、定距管、拉杆、垫圈、螺母、鞍座、换热管。第一筒体9、膨胀节10、 第二筒体13组焊成壳程)筒体，壳程筒体焊上第一接管6、第一法兰7、第二接管22、 第二法兰23，壳程筒体前端与第一管板5相焊，在第一管板5的壳程侧装上第一拉杆 15、第二拉杆18、第一定距管11、第二定距管14、第三定距管25、第四定距管26、 第一折流板8、第二折流板12、垫圈16、螺母17，壳程筒体后端再与第二管板20相 焊，组成壳程；穿上换热管24；第一接管法兰1、椭圆封头2、管箱短节3、挡板4、 第一管板5、第二接管法兰19、第二管板20组焊成前后管箱，前后管箱与换热管24 组成管程；构成换热器，换热器用鞍座21支撑固定。

第一接管法兰1、第二接管法兰19采用UNS N08825IV(IV级镍基合金锻件)，椭 圆封头2、管箱短节3、第一管板5、第二管板20采用16Mn IV在管程(术语)内表面 侧堆焊5mm625(镍基合金)，换热管24采用UNS N08825无缝管(镍基合金管)，挡板 4采用UNS N08825II(II级镍基合金锻件)。

椭圆封头2与管箱短节3采用双面焊接，管箱短节3与第一管板5、第二管板20 采用氩弧焊打底的单面封口焊接，形成封死的无检查孔的镍基合金内腔。

第一接管法兰1、第二接管法兰19与管箱采用全熔透的插焊连接，进出口第一接 管法兰1布置在轴向，排污口第二接管法兰19布置在底部，换热管24的气体入口前 设置防冲挡板4，挡板4与管箱采用焊接连接。

挡板4采用带双对称缺口的弓形板式结构，其上的孔采用圆形均布，孔与缺口的 面积总和近等于但不高于换热管的内流通面积总和。

第一接管法兰1、第二接管法兰19采用环连接密封面。

换热管24采用强度焊加贴账与第一管板5、第二管板20连接，强度焊加贴账的强 度焊坡口深度为3mm。

壳程设置膨胀节10，膨胀节(10)采用06Cr19Ni10；第一管板5、第二管板20 在壳程侧带凸肩，壳程筒体与第一管板5、第二管板20采用对焊连接，折流板采用拉 杆、定距管结构固定，第一拉杆15、第二拉杆18与第一管板5为螺纹连接，进出口第 一接管6、第一法兰7布置在两侧，排污口第二接管22、第二法兰23布置在近于中间。

管箱短节3与椭圆封头2、第一管板5、第二管板20的环焊缝进行消除应力的热 处理，

高压差管接头的试压通过两道焊接+两次表面检测+两次氨渗漏+氦质谱检漏来保 证。

管程的高压高酸性天然气从前端管箱流向后端管箱，壳程介质从后端流向前端， 两种介质逆向流动，充分接触，形成热交换。

本发明的优点在于：

1、管程内腔表面采用N08825和625(镍基合金堆焊层)，耐高压高酸性天然气腐 蚀。

2、管箱端盖采用椭圆封头，管箱与管板采用焊接，形成一个封死的腔，不可拆又 无检查孔、泄漏点少，安全性高。

3、管箱封头、短节、管板采用16Mn锻件堆焊5mm625(镍基合金)既能满足高 压下的强度要求，又能满足耐腐蚀要求，成本大大降低。

4、设置防冲挡板(4)，既防止天然气直接冲蚀换热管，又能防止硫化物在换热管 入口处堆积，提高了换热器的使用寿命。

5、第一接管法兰1、第二接管法兰19采用环连接密封面，适宜高压高酸性气体， 密封性好。

6.换热管与管板采用强度焊加贴账连接，既满足管、壳程的高压差产生的拉脱强 度，又能增加密封性，防止高压高酸性天然气对管板产生间隙腐蚀，结构适用，合理。

7、壳程设置膨胀节，能降低温差产生的管子应力和换热管与管板的拉脱应力，适 于温差大的场合。

8、壳程筒体与管板采用对焊结构，密封性好，满足易燃、易爆、有毒介质的要求。

9、折流板按近于标准要求的最大无支撑跨距布置，壳程介质折流次数多，且管程 介质与壳程介质逆向流动，热交换充分，换热效率高。

以上发明不仅结构合理、安全性高、成本低、耐高压高酸性天然气腐蚀，而且满 足了换热和预期寿命要求，实现了高压高酸性天然气的模拟实况。

附图说明

图1是本发明的装配示意图。其中，第一接管法兰1、椭圆封头2、管箱短节3、 挡板4、第一管板5、第一接管6、第一法兰7、第一折流板8、第一筒体9、膨胀节10、 第一定距管11、第二折流板12、第二筒体13、第二定距管14、第一拉杆15、垫圈16、 螺母17、第二拉杆18、第二接管法兰19、第二管板20、鞍座21、第二接管22、第二 法兰23、换热管24、第三定距管25、第四定距管26。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为换热管与管板的连接祥图。

图4为挡板4的示意图。

具体实施方式

本发明包括第一接管法兰1、椭圆封头2、管箱短节3、挡板4、第一管板5、第一 接管6、第一法兰7、第一折流板8、第一筒体9、膨胀节10、第一定距管11、第二折 流板12、第二筒体13、第二定距管14、第一拉杆15、垫圈16、螺母17、第二拉杆18、 第二接管法兰19、第二管板20、鞍座21、第二接管22、第二法兰23、换热管24、第 三定距管25、第四定距管26。第一筒体9、膨胀节10、第二筒体13组焊成壳程筒体， 壳程筒体焊上第一接管6、第一法兰7、第二接管22、第二法兰23，壳程筒体前端与 第一管板5相焊，在第一管板5的壳程侧装上第一拉杆15、第二拉杆18、第一定距管 11、第二定距管14、第三定距管25、第四定距管26、第一折流板8、第二折流板12、 垫圈16、螺母17，壳程筒体后端再与第二管板20相焊组成壳程，穿上换热管24；第 一接管法兰1、椭圆封头2、管箱短节3、挡板4、第一管板5、第二接管法兰19、第 二管板20组焊成前后管箱，前后管箱与换热管24组成管程；构成换热器，换热器用 鞍座21支撑固定。

椭圆封头2、管箱短节3、第一管板5、第二管板20采用16Mn IV锻件，在内表 面堆焊5mm625(镍基合金)，换热管24采用UNS N08825无缝管，防冲挡板4采用 UNS N08825，第一接管法兰1、第二接管法兰19采用UNS N08825IV，形成内腔为 N08825材质的管程。管箱短节3与第一管板5采用氩弧焊打底的封口焊，第一接管法 兰1在轴向、第二接管法兰19在底部与管箱采用插焊连接，挡板4与管箱短节3焊接 固定，换热管24与第一管板5、第二管板20采用强度焊加贴账连接，强度焊坡口深度 为3mm。

膨胀节10采用06Cr19Ni10，第一管板5、第二管板20在壳程侧带凸肩，壳程筒 体后端与第二管板20为氩弧焊打底的封口焊，进出口第一接管6、第一法兰7采用锻 件根据介质的状态设置在壳程的两端，第二接管22、第二法兰23采用锻件根据介质的 状态设置在壳程近于中间位置，第一折流板8、第二折流板12、第一拉杆15、第二拉 杆18、第一定距管11、第二定距管14、第三定距管25、第四定距管26、垫圈16、螺 母17形成拉杆、定距管结构。

管箱筒体、封头上开孔及坡口加工应采用机械加工的方法，若采用切割的方法， 切割边缘和坡口仍应采用机械方法加工并去除污染层，坡口表面应进行渗透检测，按 JB/T4730.5-2005中规定的I级合格，镍基合金材料上不应打硬印标记，焊缝外不应有 打弧点。管程的堆焊、对接及角接焊缝的焊接均应按评定合格的焊接工艺进行施焊，管 程的镍基堆焊层、UNS N08825锻件、UNS N08825换热管、焊接材料及角接、对接接头 的内表面应进行晶间腐蚀敏感性检验。管箱短节与椭圆封头、管板的环焊缝进行消除 应力的热处理。所有A、B类焊接接头应进行100％射线检测，按JB/T4730.2-2005《承 压设备无损检测》的规定，技术等级不低于AB级，合格级别不低于II级。管程的镍基 合金焊接接头表面、堆焊层表面、UNS N08825IV接管法兰及配对法兰表面、材料表面 的焊补焊缝、及卡具、拉筋等临时固定连接焊缝拆除后的焊痕表面应进行渗透检测， 按JB/T4730.5-2005中规定的I级合格。换热管穿管前应逐根进行耐压试验，换热管 与管板的焊接接头采用双道焊接，第一道焊道全部焊接完毕后进行渗透检测，按 JB/T4730.5-2005中规定的I级合格，合格后以0.7MPa含氨体积浓度为1％的压缩空气 进行氨渗漏检测，以酚酞试剂不变色为合格。氨渗漏检测合格后再焊接第二道焊缝， 焊接完成后按照上述同样要求进行渗透检测，合格后进行管头账接。胀管完毕壳程进 行水压试验，水压试验合格后风干，以设计压力同样的方法进行氨渗漏检测，氨渗漏 检测合格后进行氦质谱检漏，漏气速率≤1×10-5/Pa.m3//s为合格。设备制作完毕， 管程进行水压试验。水压试验合格后风干，对焊接接头表面进行渗透检测，按 JB/T4730.5-2005中规定的I级合格，合格后管程进行气密试验。

该发明全部检验合格后，管程的高压高酸性天然气从前端管箱流向后端管箱，壳 程介质从后端流向前端，两种介质逆向流动，充分接触，形成热交换。