CN112629311B - 一种换热管封堵装置、封堵工装、封堵系统及封堵方法 - Google Patents

一种换热管封堵装置、封堵工装、封堵系统及封堵方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于管道施工技术领域，涉及管道端头的封堵装置、系统及封堵方法。一种换热管封堵装置，包括拉紧杆、密封环、管端套筒；拉紧杆设置在管端套筒内，密封环套装在拉紧杆的外部，其内环与拉紧杆外壁贴合，其外环与管道的内壁贴合；拉紧杆通过旋转自紧作用于密封环实现管端密封。本发明的换热管封堵装置、封堵工装、封堵系统及封堵方法，施工简便，封堵可靠，不需要焊接、用电等高危作业，密封应力作用在管板内的管子上，不会造成管板管子焊口开裂，管板防腐涂层不受力，不会造成防腐涂层的破损，并且封堵、拆卸用时短，大大提高了工作效率。

Description

一种换热管封堵装置、封堵工装、封堵系统及封堵方法
技术领域
本发明属于管道施工技术领域，涉及一种管道端头的封堵装置、系统及封堵方法。
背景技术
流程工业使用了大量换热器，这些换热器中有大量换热管，通常换热管内和换热管外分别走温度不同的物料，从而实现换热的目的，换热管使用中难免发生泄漏，在不影响生产的情况下，通常采用堵管的方式维持生产。目前，换热管的封堵常采用软性金属制成的圆锥形堵头，堵头圆锥的小头半径小于换热管内径，堵头圆锥的大头半径大于换热管内径，使用时将堵头小头放置在换热管内，用铜锤敲击堵头大头端面进行密封，对于高压换热管，还需在管口与堵头进行焊接。采用传统的圆锥形堵头不宜拆卸，其密封性无法预知，试压过程中易从管口喷出。此外，流程工业的物料多易燃易爆，封堵前要对换热管进行彻底的清洗吹扫，费时费力，易发生安全事件；焊接中，焊接应力还会造成其他换热管管口的开裂泄漏；对于涂有防腐涂层的管板，采用这种方式还会造成防腐涂层的破损，增加管板防腐成本。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种换热管封堵装置、封堵工装、封堵系统及封堵方法。
本发明解决其技术问题采用的第一个技术方案是提供一种换热管封堵装置：一种换热管封堵装置，包括拉紧杆、密封环、管端套筒；所述拉紧杆设置在所述管端套筒内，所述密封环套装在所述拉紧杆的外部，其内环与拉紧杆外壁贴合，其外环与管道的内壁贴合；所述拉紧杆通过旋转自紧作用于密封环实现管端密封。
作为本发明的进一步改进，所述拉紧杆的一端设有外螺纹；通过螺纹连接实现旋转自紧。
作为本发明的进一步改进，所述拉紧杆的另一端为锥形体，所述密封环套装在所述的锥形体上。
作为本发明的进一步改进，所述拉紧杆的锥形体底面半径略小于换热管的内径，使得拉紧杆的锥形体底面受到的轴向力远大于密封后拉紧杆其他面受管道内压产生的轴向力。
作为本发明的进一步改进，所述密封环不少于两组，所有密封环的外环直径相同，内环直径随拉紧杆锥形体直径的变换而变换，用于提高密封的可靠性，保障密封环的变形协调性。
作为本发明进一步的改进，所述密封环是与换热管同材质的实体金属环垫，用于保障密封环的密封变形一致性和防止电偶腐蚀。
作为本发明进一步的改进，所述密封环表面设有耐高温/耐磨层，防止封堵中造成密封环损伤，提高密封可靠性。
作为本发明的进一步改进，所述管端套筒的筒壁与在换热管口与换热管内表面的接触面为锥形。
作为本发明的进一步改进，所述的管端套筒还设有侧臂，所述侧臂与换热器管板之间设有柔性垫片，通过侧臂和柔性垫片在换热器管板和管端套筒之间形成端面密封。
本发明解决其技术问题采用的第二个技术方案是提供一种换热管封堵工装，包括用于安装换热管封堵装置的套筒、用于设定换热管封堵装置的密封环与换热管之间的预紧力的预紧力设定杆，以及用于所述套筒和预紧力设定杆定位的定位装置；所述套筒设置在所述定位装置的内部；所述预紧力设定杆安装在所述定位装置的外部。
作为本发明的进一步改进，所述的定位装置由套筒框架及定位臂组成；定位臂固定在套筒框架的外部。
作为本发明的进一步改进，所述的套筒框架两侧设有相对的两个开口，所述套筒放置在所述的框架内，其两端突出于两个开口，所述套筒能够在所述框架内沿其长轴转动。
作为本发明的进一步改进，在套筒框架内部设有一对轴承，所述轴承的外周面与所述套筒的外壁接触。
作为本发明的进一步改进，所述的定位臂的下端设有通孔，所述预紧力设定杆穿过所述的通孔，并可在所述通孔内沿其长轴移动。
作为本发明的进一步改进，所述套筒的底部设有外套筒，所述外套筒用于安装换热管封堵装置。
作为本发明的进一步改进，所述预紧力设定杆一侧设有挡板，所述挡板与所述预紧力设定杆固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述预紧力设定杆上设有调整螺母；所述调整螺母固定在所述定位臂的侧面。
本发明的第三个目的是提供一种换热管快速封堵系统，采用的技术方案为：一种换热管快速封堵系统，包括封堵工装、封堵装置，所述的封堵工装用于所述封堵装置的安装；所述封堵装置用于换热管的管端封堵。
作为本发明的进一步改进，所述的封堵工装用于换热管清理。
本发明的第四个目的是提供一种换热管快速封堵方法，采用的技术方案为：一种换热管快速封堵方法，采用换热管封堵工装安装换热管封堵装置，包括：计算拉紧杆的轴向位移范围；将套筒放置在定位装置内部，换热管封堵装置放置在待封堵的换热管的管端，将螺母放置在套筒的外套筒内；
将螺母安装在拉紧杆的外螺纹上，旋转螺母直至挡板与换热管管板接触；
对封堵的换热管进行试压，根据计算的拉紧杆的轴向位移范围，用预紧力设定杆调整拉紧杆的轴向位移量，直至试压合格，完成换热管的封堵；拆除换热管封堵工装。
作为本发明的进一步改进，拉紧杆的轴向位移范围计算步骤为：根据换热管内外压力差计算换热管封堵需要在密封环上的密封比压P；
密封环的密封比压P与拉紧杆轴向位移L之间的的关系式可表示为： L=α*P，其中α为比例系数，得到拉紧杆的最小轴向位移L1；考虑密封环强度，得到拉紧杆的允许的最大轴向位移L2。
进一步的改进为，调整预紧力设定杆上的调整螺母，限定拉紧杆的轴向位移量S，L1<S<L2，其中L1为最小轴向位移，L2为最大轴向位移。
作为本发明的进一步改进，还包括在换热管封堵之前，对换热管进行清理的步骤：在套筒的内螺纹上安装换热管清理刷，将清理刷伸入需要封堵的换热管中，与内螺纹相反方向旋转套筒，清理换热管内表面的污垢。
本发明的换热管封堵装置、封堵工装、封堵系统及封堵方法，施工简便，封堵可靠，不需要焊接、用电等高危作业，仅需对待封堵的换热管进行清理，不需要对所有换热管进行彻底清洗吹扫，密封应力作用在管板内的管子上，不会造成管板管子焊口开裂，管板防腐涂层不受力，不会造成防腐涂层的破损。并且封堵、拆卸用时短，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例的换热管封堵装置的轴向剖面图。
图2为本发明实施例的换热管封堵工装的轴向剖面图；
图3是图2中定位装置的轴向剖面图；
图4为本发明的换热管快速封堵系统总体结构轴向剖面图（安装状态）。
具体实施方式
下面结合附图和实施例分别对本发明的换热管封堵装置、封堵工装、封堵系统及封堵方法进行详细的阐述，以使本领域技术人员更好的理解本发明的技术思想，但本发明的的技术思想并不限于实施例所描述的具体内容。
实施例1 本实施例提供一种换热管封堵装置，其结构如图1所示，主要包括：拉紧杆21、密封环22、管端套筒23和螺帽26。其中，拉紧杆21的一端设有外螺纹，另一端为锥形体。密封环22套装在锥形体的外部。
拉紧杆21的锥形体的半径依次递增，其底面半径略小于换热管4的内径，使得拉紧杆21的锥形体底面受到的轴向力远大于密封后拉紧杆其他面受管道内压产生的轴向力。套在拉紧杆21锥形体外部的密封环22为两组以上，所有密封环的外环直径相等，内环直径随着锥形体的直径依次递增，用于提高密封的可靠性，保障密封环的变形协调性。
密封环22的最大内环直径小于锥形体的底面直径，保证密封环套在锥形体上而不能从锥形体上自由脱落。密封环22的内环与拉紧杆21锥形体的外表面贴合，密封环22的外环与换热管4的内壁贴合。
拉紧杆21放置在管端套筒23内。管端套筒23设有侧臂27。其中，管端套筒23的末端与套在锥形体上的密封环22接触，其作用是辅助密封环的定位，防止密封环22沿管道轴线向换热管外过度位移。侧臂27与换热管器管板3之间设有第一柔性垫片24，从而使换热器管板3和管端套筒23之间形成端面密封。
拉紧杆21的外螺纹上安装有螺母26，螺母26与管端套筒23的端部之间设有第二柔性垫片25。通过拉紧杆21的旋转与螺母26形成螺纹连接，实现拉紧杆的自紧。同时，拉紧杆21对密封环22施加向换热管4外的轴向力，密封环22在换热管4管壁和拉紧杆21上产生密封。
为了保障密封环22的密封变形一致性和防止电偶腐蚀，密封环22截面为与换热管4同材质的椭圆形实体金属环垫。金属密封环22表面有耐高温、耐磨层，防止封堵中造成密封环损伤，提高密封可靠性。
管端套筒23的筒壁与换热管4的管口与换热管4内表面的接触面为锥形，从而在管口形成类似常规堵头的封堵结构。
实施例2 本实施例提供一种用于换热管清洁和安装换热管封堵装置的换热管封堵工装，如图2所示，该封堵工装包括套筒11，定位装置12和预紧力设定杆13。
如图3所示，定位装置12包括一个套筒框架121，该套筒框架为正方形或长方形。在套筒框架的两侧设有相对的两个开口，其一个开口比另一个开口略大。当套筒11放置在该套筒框架121内时，套筒11的两端分别处于两个开口位置，并略突出于开口的端部。套筒11在套筒框架121内可以绕其自身的长轴做旋转运动。在框架内设有一对轴承123，轴承123的外周面与套筒11的外壁接触，为套筒旋转运动时提供支撑作用。
在套筒框架121的外部，设有与套筒长轴垂直的定位臂122，在该定位臂的下端设有通孔124。预紧力设定杆13安装在该通孔124中，并能够在该孔内沿其自身长轴方向移动。在预紧力设定杆13的一侧设有挡板133，该挡板133与预紧力设定杆13固定连接，并随着预紧力设定杆13的移动而移动，挡板133的作用是在换热管封堵中限定预紧力设定杆13的位移。
在预紧力设定杆13的另一侧设有调整螺母132，调整螺母132固定在定位臂122的侧面。通过旋转调整螺母132来调整预紧力设定杆13的位移，从而设定密封环的预紧力。为了方便读取预紧力，在预紧力设定杆13上设有预紧力刻度值131。
如图2所示，套筒11的内部设有内螺纹111，内螺纹111用于安装换热管清理刷，对换热管内部进行清理。在套筒11的底部还设有外套筒112，外套筒112用来固定螺母26，并将螺母26旋转安装在拉紧杆21的外螺纹上。
实施例3 本实施例提供一种换热管快速封堵系统，如图4所示，该系统包括上述的换热管封堵工装1、换热管封堵装置2。换热管封堵装置2用于换热器管板3及换热管管道的封堵。换热管封堵工装1用于换热管封堵装置2的安装及拆卸施工，同时，还可以用来对换热管内部进行清理。
实施例4 本实施例是采用上述的换热管快速封堵系统对换热管进行快速封堵的方法，具体过程如下：
（1）在套筒11的内螺纹111上安装换热管清理刷，将清理刷伸入需要封堵的换热管中，通过套筒11的外侧，与内螺纹111相反方向旋转套筒11，清理换热管表面的污垢，使其适合换热管封堵装置2的安装；
（2）换热管清理完后，拆下换热管清理刷；
（3）根据换热管内外压力差计算换热管封堵需要在密封环22上的密封比压P；
（4）密封环22的密封比压P与拉紧杆21轴向位移L之间的的关系式可表示为：L=α*P，其中α为比例系数，得到拉紧杆21的最小轴向位移L1；考虑密封环强度，得到拉紧杆21的允许的最大轴向位移L2；
（5）调整预紧力设定杆13上的调整螺母132，限定拉紧杆21的位移量S，L1<S<L2；
（6）在换热管内依次放入换热管封堵装置2的拉紧杆21、密封环22、第一柔性垫片24、管端套筒23、第二性垫片25；
（7）将换热管封堵工装1放置在换热器的管板3上，螺帽26放入拉紧杆套筒11的外套筒112内，通过旋转套筒11，拧紧螺帽26，直至挡板133与管板3端面接触；
（8）对封堵的换热管进行试压，试压合格，换热管完成封堵；拆除换热管封堵工装。

Claims (18)

1.一种换热管快速封堵方法，其特征在于：采用换热管封堵工装安装换热管封堵装置，换热管封堵工装包括套筒、预紧力设定杆和定位装置；所述套筒设置在所述定位装置的内部；所述预紧力设定杆安装在所述定位装置的外部；
换热管封堵装置包括拉紧杆、密封环、管端套筒；所述拉紧杆设置在所述管端套筒内，所述密封环套装在所述拉紧杆的外部，其内环与拉紧杆外壁贴合，其外环与管道的内壁贴合；所述拉紧杆通过旋转自紧作用于密封环实现管端密封；所述拉紧杆的一端设有外螺纹；通过螺纹连接实现旋转自紧；所述拉紧杆的另一端为锥形体，所述密封环套装在所述的锥形体上；管端套筒的末端与套在锥形体上的密封环接触，防止密封环沿管道轴线向换热管外过度位移；
所述封堵方法包括：
计算拉紧杆的轴向位移范围；拉紧杆的轴向位移范围计算步骤为：
根据换热管内外压力差计算换热管封堵需要在密封环上的密封比压P；
密封环的密封比压P与拉紧杆轴向位移L之间的关系式表示为：
L=α*P，其中α为比例系数；
将换热管封堵工装的套筒放置在定位装置内部，换热管封堵装置放置在待封堵的换热管的管端及管内，在换热管封堵工装的套筒的外套筒内放置螺母；
将螺母与拉紧杆的一端螺纹连接；
对封堵的换热管进行试压，根据计算的拉紧杆的轴向位移范围，用预紧力设定杆调整拉紧杆的轴向位移量，直至试压合格，完成换热管的封堵；拆除换热管封堵工装。
2.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述拉紧杆的锥形体底面半径略小于换热管的内径。
3.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述密封环不少于两组，所有密封环的外环直径相同，内环直径随拉紧杆锥形体直径的变化而变化。
4.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述密封环是与换热管同材质的实体金属环垫。
5.根据权利要求3所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述密封环表面设有耐高温/耐磨层。
6.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述管端套筒的筒壁与在换热管口及换热管内表面的接触面为锥形。
7.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述的管端套筒还设有侧臂，所述侧臂与换热器管板之间设有柔性垫片，通过侧臂和柔性垫片在换热器管板和管端套筒之间形成端面密封。
8.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述的定位装置由套筒框架及定位臂组成；定位臂固定在套筒框架的外部。
9.根据权利要求8所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述换热管封堵工装的套筒框架两侧设有相对的两个开口，换热管封堵工装的套筒放置在所述的框架内，其两端突出于两个开口，换热管封堵工装的套筒能够在所述框架内沿其长轴转动。
10.根据权利要求9所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：在换热管封堵工装的套筒框架内部设有一对轴承，所述轴承的外周面与换热管封堵工装的套筒的外壁接触。
11.根据权利要求8所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述的定位臂的下端设有通孔，所述预紧力设定杆穿过所述的通孔，并可在所述通孔内沿其长轴移动。
12.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述换热管封堵工装的套筒的底部设有外套筒，所述外套筒用于安装换热管封堵装置。
13.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述预紧力设定杆一侧设有挡板，所述挡板与所述预紧力设定杆固定连接。
14.根据权利要求11所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述预紧力设定杆上设有调整螺母；所述调整螺母固定在所述定位臂的侧面。
15.根据权利要求14所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述预紧力设定杆上设有刻度，用于预紧力数值读取。
16.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：所述换热管封堵工装的套筒内部设有内螺纹，所述内螺纹用于安装换热管清理刷。
17.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：调整预紧力设定杆上的调整螺母，限定拉紧杆的轴向位移量S，L1<S<L2，其中L1为最小轴向位移，L2为最大轴向位移。
18.根据权利要求1所述的换热管快速封堵方法，其特征在于：还包括在换热管封堵之前，对换热管进行清理的步骤，在套筒的内螺纹上安装换热管清理刷，将清理刷伸入需要封堵的换热管中，与内螺纹相反方向旋转套筒，清理换热管内表面的污垢。
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