大型蒸汽管式干燥機組裝分析

尤清華 莊文忠 孫煥鋒 任賀

摘 要：論文通過大唐國際多倫煤化工管式干燥機現場組裝實際經驗，論述了管式干燥機（φ5m×L8m，總重225t，安裝中心高度+10.254m）關鍵零部件現場組裝的重要方法。另外，論文所述的安裝方法對其它大型旋裝機械設備的安裝、檢修具有一定參考意義。

關鍵詞：管式干燥機;中心軸制造;激光四點找正;不填絲自動鎢極氬弧焊

引言

大唐國際多倫煤化工項目是我國“十二五”規劃重大化工項目之一，它橫跨氣化、變換、低溫甲醇洗、甲醇壓縮合成四大工段，涵蓋三項世界之最，項目從2008年開始建設。然而，進行前述工序的前提就是將褐煤干燥。通過國外調研，發現德國ZEMAG（澤瑪克）的管式干燥機運行安全可靠，干燥程度深，在褐煤氣化中廣泛應用，遂決定采用管式干燥機。由于管式干燥機進口費用大（是國產費用的3倍），我廠在大唐國際的應邀下從2006年開始研發設計管式干燥機。管式干燥機是一個傾斜的多管式回轉圓筒，筒體外徑5.3m，長度8.0m，傾角12°，干燥管數量1548根，干燥管通過前后端管板固定，整體重量達225t。筒體中心由長約10.3m的軸支撐在兩端的軸承座上，大齒圈安裝在干燥機前端，電機通過減速器帶動小齒輪，小齒輪和大齒輪嚙合傳動，干燥機額定轉速8rad/min，下圖為管式干燥機結構外形圖。根據輸煤車間設計布置，干燥機前端安裝在11m鋼梁平臺，后端安裝在9m平臺[1]。

圖1 管式干燥機結構外形圖

1-進料口??????????? 2-進汽管路????? 3-進料端軸承箱? 4-大齒圈?? 5-傳動裝置? 6-筒體

7-帶螺旋片的換熱管? 8-載濕氣體出口? 9-出汽管路? 10-出料端軸承箱? 11-出料口? 12-軸

1.干燥機組裝方案的確定

由于干燥機單機重量大，整體直徑達5.3m，若在制造廠內組裝后再運輸到現場能節省不少現場安裝費用，并且組裝工器具較為齊全，但是整體直徑加運輸車體高度達6m，超過我國公路運輸限高的要求。經過開會討論決定干燥機分中心軸、干燥管、管板、筒體（分三段）、進出料裝置、進出汽管路、傳動裝置七部分廠內加工好，運輸到現場再組裝。[2]

1.1中心軸組裝方案選擇[3]

根據受力分析，干燥機載荷全部傳遞到干燥機中心軸前后端，中心軸組裝好壞直接關系到干燥機的平穩運行。關于中心軸的組裝主要有兩種工法，第一種：將中心軸制造成一根整軸進行熱處理和機加工，這樣能保證干燥機軸頸有較好的同軸度。根據國外干燥機制造調研，就是將中心軸做成一根整軸，它要求制造廠具備大型軸類設備機加工能力。但是，此方案造成孔板同軸的環焊縫為立焊，增加了操作難度，消除焊接應力難度較大。第二種，通過干燥機受力分析，得知干燥機荷載主要集中在中心軸前后端軸頸，這樣將中心軸分為三段制造，再現場組焊。前端軸頸、后端軸頸采用ZG35GrMo高合金鋼制造。此種方案中心軸同軸度的調整、空心軸內外焊接消除應力是關鍵控制工序。根據我廠目前加工能力不夠、現場組裝情況決定采用第二種方法將中心軸進行組裝。

圖2 中心軸組裝劃分

1.2管板組裝方案選擇[3]

管板的制造和組裝也是干燥機安裝重大工序。在一個5.3m直徑，厚90mm的16MnR鋼板上如何加工出1548個孔成為關鍵問題。最初方案擬采用三塊120°料進行拼接。后根據受力分析，干燥機在轉動時，轉矩通過管板傳遞到干燥管上，干燥管數量多，所以轉動力矩也大，采用此方法，會引起管板強度下降。通過討論最終決定采用一塊長方形板，寬大于1.4m（在中間開出φ1400的圓），另外用兩塊鋼板補缺，拼成整圓。然后通過車床采用模具定位加工出1548個小孔，然后再闊孔到設計尺寸。這樣加工復雜，但保證了管板的整體性。

圖3 管板組裝方案對比

1.3干燥機組裝流程[4]

干燥機前端橫梁安裝→中心軸組裝→管板焊接、組裝→對中、校準同軸度→焊接筒體→穿管焊接→出汽管路組裝→水壓試驗→安裝前后端軸承箱、軸承座→干燥機運輸、吊裝→干燥機后端橫梁安裝→調標高及傾斜度→安裝驅動裝置→對中、校準傳動部件→安裝干燥機進、出料裝置→安裝進汽管路→安裝保溫層

2.干燥機吊裝方案

干燥機吊裝屬于超過一定重量的分部分項工程，所以施工前進行了吊裝專項方案的論證。根據在國外考察管式干燥機時，看到在每臺干燥機下面有一小車，后經分析得知此小車是用來托起干燥機，檢修干燥機軸承的。對此技術人員提出采用“拖排”就位干燥機的方案[5]。根據廠房設計，干燥機安裝在廠房B列到D列之間，進料端標高11.0m，出料端標高9.0m。吊裝步驟如下：

（1）支撐架基礎設計時應根據總的吊裝荷載設計，不小于360t;運輸滑道總荷載按310t考慮。

（2）根據設備尺寸及廠房結構制作專用于干燥機吊裝的支撐架、行走架、吊裝扁擔、運輸滑道等工具，準備4臺100t液壓提升裝置及鋼絞線、貓爪等附屬工具，準備1臺10t卷揚機和1對30t滑輪組。

（3）安裝液壓提升裝置及其支撐架、行走架、運輸滑道，穿鋼絞線，采用鋼絲繩進行連接吊裝扁擔與干燥機、運輸滑道與支撐架。

（4）15臺干燥機組裝后運輸至現場，采用1臺500t履帶吊將干燥機起吊至9.5m，然后用一臺30t汽車吊斜拉其進入廠房內，平穩安放在支撐架上。

（5）采用卷揚機拖動行走架至廠房內干燥機就位位置，采用4臺100t液壓提升裝置調整干燥機位置，安裝支撐梁后落下干燥機就位。

3.干燥機組裝

3.1中心軸、管板組裝

將分為三段的中心軸對準后進行焊接，然后整體加工到設計尺寸，這樣保證了軸的同軸度。然后將孔板裝在兩個胎具上和中心軸組裝在一起，用胎具保證孔板和中心軸的垂直度和同軸度，用螺栓和鋼管將胎具和中心軸鎖固，使中心軸和兩塊管板牢牢連接在一起。焊接環焊縫，再焊接筒體。

3.2 筒體臥式組對及找正工裝

（1）直線度測量[6]

筒體環縫采用臥式組對，為方便筒體組對，可制作外夾胎具，如圖4。將外胎具放在自制的平臺上，利用外胎具控制筒體的整體組對后直線度Δδ≤4mm。筒節0°、90°、180°、270°四個方向焊上定位塊，定位塊要經過加工。用0.5 mm鋼絲繩進行測量鋼絲繩放在90度直角槽中，靠M10的螺絲孔來拉緊鋼絲。

圖4 筒體直線度測量示意圖

（2）激光四點找正[6]

筒體組對質量是整個設備能否正常運轉的關鍵，它包括所有附件為同步加工，它們的同軸度應具有一致性。采用四點激光透光找準的方法來保證機身的同軸度，可在筒體4個脹圈中焊接固定環，固定環的內圓與筒體外圓同心。固定環的內圓在加工筒節坡口時同時進行，保證同心度不大于0.2 mm。在固定環的中間套上一個定位快，定位快的中心加工1 mm的穿透孔，利用激光直線傳播的特點，保證四個定位快的中心孔在同一直線上。如此來保證筒體的直線度、同心度，找正示意圖如圖5。

圖5 激光四點找正示意圖

（3）干燥機穿管焊接[7、8]

根據在國外考察，管式干燥機干燥管同管板是采用脹接連接的，但我國目前脹接技術落后，難以保證連接強度（干燥管是在管板帶動下轉動的），只能采用焊接。由于干燥管數量較多，人工焊接耗時大，焊接質量難以保證。經過討論提出采用不填絲自動鎢極氬弧焊工藝，電源采用直流正接，較高且持續時間較短的脈沖（峰值電流）和較小的基值電流（維弧電流），這樣穩定了電弧也減少了焊縫夾鎢缺陷。

圖6 干燥管、管板焊接

4.干燥機水壓試驗

管式干燥機屬于低壓容器，根據壓力容器設計規范，在使用前應對其進行水壓試驗。由于工期緊張，現場組裝量大，干燥機安裝決定著下一工序。針對此局面有人建議：將干燥機組裝、吊裝就位后，再進行水壓試驗。由于此方法試驗時，干燥機以12°安裝在鋼架上，進行水壓試驗需向筒體內注水約60t。這樣增加了干燥機軸承受力，干燥機彎曲撓度增加，影響干燥機同軸度[9]，軸同軸承箱密封間隙增大，使其運行時軸承箱漏油增大。最終決定將干燥機組裝后，在地面對其進行水壓試驗，筒體兩端安放在與筒體相同弧度的凹槽內。試壓過程如下：

（1）干燥機筒體中充滿水、筒體內的氣體排凈，筒體外表面保持干燥，當筒體壁溫與水溫接近時，緩慢升壓至設計壓力0.5MPaG，確認無漏后繼續升壓至試驗壓力0.625MPaG，穩壓30分鐘，然后降到0.5MPa，保壓足夠時間進行檢查。檢查期間壓力應保持不變，不得采用連續加壓來維持試驗壓力不變。

（2）設定安全溢流閥壓力值為0.625MPa。

（3）檢查中若無破裂、變形及漏水現象，則視水壓試驗合格。

（4）試壓過程中如出現漏點，先做好標記，視情況決定是否需要立即停止加壓，但不得帶壓處理和帶水處理，消缺后重新進行試壓。

（5）在試壓過程中，記錄表1、表2的壓力值，讀數以壓力表2為準。

圖7 水壓試驗示意圖

1-帶閥門的排氣管?? 2-盲法蘭???? 3-絲堵???? 4-托架?? 5-水箱

6-打壓水泵? 7-帶孔法蘭???? 8-裝有壓力表的絲堵??? 9-帶出氣閥的法蘭

5.結論

通過對大唐國際多倫煤化工管式干燥機組裝分析，得出了管式干燥機主要安裝注意事項：

（1）干燥機荷載主要集中在中心軸前后端軸頸，將中心軸分為三段（前端軸頸、后端軸頸采用ZG35GrMo高合金鋼，中心采用16Mn）制造，再現場組焊;解決了不具備大長軸加工能力的問題。

（2）筒體采用臥式組對，通過制作外夾胎具控制筒體的直線度Δδ≤4mm，采用四點激光透光找準的方法來保證機身的同軸度

（3）干燥管同管板焊接采用不填絲自動鎢極氬弧焊工藝，通過試焊對焊接參數進行調整，保證了干燥機整體性強度。

（4）干燥機吊裝采用主吊和輔吊（斜拉作用），先吊至預定的拖排支撐架上，采用卷揚機拖動行走架至廠房內干燥機就位位置。

（5）干燥機水壓試驗時，要采用與筒體具有相同弧度的支撐穩定干燥機，不可將干燥機吊裝后在空中進行試壓。

參考文獻：

[1]大唐多倫年產46萬噸煤基烯烴項目設計文件[R].五環科技股份有限公司，2008

[2]管式干燥機現場組裝會議紀要[R]. 北京電力設備總廠，2007

[3]管式干燥機設計制造標準[R].北京電力設備總廠企業標準QB/T 011-2012

[4]胡仕波.大型蒸汽干燥機安裝[J].江西有色金屬，2009，03

[5]管式干燥機吊裝方案[R].北京電力建設集團有限公司，2007

[6]譚華，徐愛蓮.回轉圓筒型干燥機制造中工裝器具的應用[J].廣西輕工業，2006，06

[7]張步繼.27萬噸PTA裝置氧化干燥機改造方案[D].大連理工大學碩士學位論文，2009

[8]萬鈞，趙榮升.KUMERA蒸汽干燥機的使用及改造[J].有色金屬，2013，02

[9]高文英.管束干燥機管束裝置的強度分析[D].東北大學碩士學位論文，2009

基金項目：北京市科學技術委員會重大專項研究“褐煤蒸汽管式干燥機及工藝試驗線研制”（項目編號Z131100002413015）;中國能源建設集團重點立項科研項目“干燥島集成技術研究”（項目編號：CEEC12-KJ05）