CAD軟件技術在重灰煅燒爐檢修中的應用

董紅明，孟慶華，耿素華

(1.江蘇德邦興華化工股份有限公司，江蘇連云港 222023；2.南化集團連云港堿廠，江蘇連云港 222042)

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專論與綜述

CAD軟件技術在重灰煅燒爐檢修中的應用

董紅明1，孟慶華2，耿素華2

(1.江蘇德邦興華化工股份有限公司，江蘇連云港 222023；2.南化集團連云港堿廠，江蘇連云港 222042)

作為純堿生產的核心設備煅燒爐在傳統的檢修中很少用到CAD技術進行輔助修理，本文主要結合在重灰煅燒爐托輪墊板和自身返堿式煅燒爐擋灰圈高度的確定中，利用CAD軟件進行輔助處理，從而精確的確定相關尺寸，在實際運用中值得推廣和借鑒。

CAD軟件；重灰煅燒爐；托輪；擋灰圈；檢修

計算機輔助設計(CAD-Computer Aided Design)目前在設備行業已經成熟使用，但大部分用于圖形設計，在純堿企業更是如此，多用于零部件圖紙的繪制。其實CAD還可以用于尺寸的計算、校核，從而確定一些關鍵數據，方法簡捷，而且它的計算精度高，在一些非標件的制作中有著非常突出的表現。我公司近幾年重灰爐檢修中利用CAD技術進行數據的處理和分析，在托輪墊板的厚度確定、自身返堿式重灰爐擋灰圈以及爐體安裝等施工中實際運用，較前期的手工公式計算技術，速度快，精度高，可視性強，應該值得推廣和借鑒。

1 確定重灰爐托輪墊板厚度

1.1 重灰煅燒爐托輪墊鐵

重灰煅燒爐在目前國內的純堿生產中是非常重要的核心設備，運行時，龐大的爐體由四個托輪支撐，為了保證蒸汽回水的暢通和物料的流動，爐體安裝時帶有一定的斜度，從1.7%～3%不等；爐體的自重、爐內物料的重量以及轉動時產生的沖量等，所有的載荷均附加在四個托輪上。所以在長時間的生產運行中，托輪和滾圈的表面會產生一定的磨損。在設計過程中，由于滾圈更換難度較大，一般滾圈的硬度高于托輪的硬度，運行時，以犧牲托輪的壽命來保障滾圈的壽命，這也是目前國內各堿廠經常更換托輪的原因。托輪外圓磨損后，需要及時增加墊板和調整托輪的位置，以保證煅燒爐的幾何軸線的位置不變，一旦煅燒爐的幾何位置發生變化，將會導致爐嘴與進料裝置磨損嚴重、爐體異常震動、主傳動裝置部分損壞頻繁、頭尾漏堿等一系列問題，這些問題對于大型設備來說是致命的，所以托輪墊板厚度的確定非常重要。

根據純堿行業比較權威的資料，1991年遼寧科學技術出版社出版的《純堿生產設備檢修與防腐》的資料中，對于墊板厚度的確定有專門的闡述，傳統的檢修方法也和資料中所描述的相似。為更好地比較傳統的檢修計算方法和CAD軟件確定厚度的方法不同，下文將分別對比描述。

1.2 傳統的煅燒爐托輪墊板厚度確定方法

煅燒爐在安裝初期，就在托輪的鋼基礎上做好標識，確定托輪的中心位置，以此為基準來確定煅燒爐的幾何軸線，一般認為煅燒爐的幾何軸線為過前后滾圈運行的直線，在資料中，描述了保持前后滾圈的圓心位置不變，就意味著煅燒爐的幾何軸線位置不變。施工中，首先確定了煅燒爐托輪的中心位置，以此為基準，原始安裝的托輪尺寸一定，滾圈尺寸一定，爐體中心距離兩個托輪中心尺寸也是一定的。在煅燒爐運行一段時間后，爐體中心位置隨著滾圈和托輪表面的磨損，會發生一定的變化，具體的爐體中心位置很難準確定位，所以要依靠托輪和滾圈的厚度以及托輪在原始中心線的位置來計算。

如圖1所示，O為安裝時的滾圈運行的圓心，O1和O2分別為托輪1和托輪2的安裝時的圓心，A點為過O點垂直于O1O2的直線和O1O2連線的交點，將滾圈與托輪的切點與滾圈圓心連線之間的夾角定義為α。當滾圈和托輪在運行后由于磨損導致了尺寸的變化，滾圈的半徑R減少至R′，托輪半徑分別為r1和r2減少至r1′和r2′。

圖1 托輪與滾圈位置分析圖

《純堿生產設備檢修與防腐》中介紹，當滾圈和托輪在運行一段時間磨損后，給出以下公式：

O1O1′=(R+r1)-(R′+r1′)

(1)

(2)

(3)

上式中，O1a1是磨損后的托輪圓心與標準托輪圓心的位移量，O1′a1是磨損后的托輪圓心比標準抬高的位移量，在檢修滾圈和托輪中，為了保證爐體的中心線不變，通過將托輪向里并抬高的方式來完成，公式(2)和公式(3)就是計算向里推進和抬高的量，抬高的量一般在托輪基礎上鋪設同等厚度的墊板即可。

1.3 實例確定墊板厚度和推進量來對比兩種方法

1.3.1 首先確定滾圈和托輪的尺寸變化

在2015年進行的重灰爐更新改造期間，為了最大程度的節約檢修費用，經過現場實際觀察分析，決定在重灰爐爐體更新的過程中使用舊的滾圈和舊的托輪，單臺煅燒爐可節約費用150萬元。利舊前將滾圈和托輪的表面進行車削加工，在保證滾圈表面硬度層不受影響的前提下盡可能車削出完整的圓面。安裝中需要對托輪的位置進行調整，以下數據是車削前后的各尺寸。

表1 滾圈與托輪各尺寸表

1.3.2 用傳統的方法來確定托輪墊板的厚度

根據上述公式和已知數據，

O1O1′=(R+r1)-(R′+r1′) = (4 500/2+1 400/2)-(4 438/2 +1 395/2) =33.5 mm

也就是說，車削后需要將托輪向內側推進16.75 mm，并增加29.01 mm的墊板。

1.3.3 用CAD技術來確定托輪墊板的厚度

第一步：在CAD中畫出托輪φ1400和滾圈φ4500的圖形。

第二步：用實際尺寸在CAD中畫出托輪和滾圈。如圖2。

圖2 托輪與滾圈

在上圖的基礎上，已標準滾圈的圓心O為圓心，畫出車削后滾圈φ4438的圓(虛線)，為了保持夾角30°不變，標準滾圈的圓心O和標準托輪圓心O1的連線上取出車削后托輪的半徑697.5 mm的點為圓心O1′，車削后托輪的圓(虛線)相切與車削后的滾圈圓，如圖3。

圖3 車削后滾圈與托輪

第三步：標出推進和抬高的尺寸，并用尺寸測量工具量出實際尺寸。如圖4、圖5。

圖4 托輪圓心位移

圖5 托輪圓心位移尺寸

這樣可以直觀的看出，為了保證煅燒爐的中心線位置不變，需要將車削后的托輪向內推進16.961 mm，并抬高29.105 mm，也就是說需要增加29.105 mm的墊板。

1.4 兩種計算確定墊板厚度的方法的對比

1.4.1 計算結果的對比

兩種方法得出的結果見表2。

表2 計算結果的對比

通過以上數據可以看出，結果偏差量均控制在0.5 mm以內，完全符合煅燒爐找正的3 mm以內的控制量，可以肯定說，CAD測量法得出的結果更符合于實際尺寸。

1.4.2 優缺點的對比

兩種方法計算托輪的推進量和抬高量都有各自的特點，但通過上面的實例可以看出，CAD測量法更為直觀、簡捷，在圖紙上不僅可以得出所需的數據，而且它們的移動軌跡也十分明了。

1.4.3 CAD技術在托輪和爐體調整中的延伸使用

托輪的找正一般都是通過沿著托輪和爐體的中心連線來決定托輪的移動軌跡，從而確定各個方向的位移量。但是在煅燒爐的實際運行中，爐體的上下異常竄動必須通過托輪兩側頂絲的松緊來調整爐體的穩定，這就是常說的“調爐”，通常運用“右手定則”或“仰手法”，這種方法在《純堿生產設備檢修與防腐》中有詳細介紹。通過調整托輪位置來控制爐體上下竄動時，煅燒爐與托輪中心線的夾角一定會發生變化，這種情況下想通過以上的公式計算法來確定爐體中心線的位置就非常困難，而爐體中心線的抬高或者降低都將對爐頭和爐尾部件產生影響，最多就是爐嘴磨損。這時使用CAD測量法就有了充分的優勢，可以利用在圖紙上實際尺寸來反推出爐體中心線的位移軌跡，不受夾角的制約，通過確定后的各個尺寸來確定施工方案，更有利于修理方案的完善和準確。

2 確定自身返堿重灰爐擋灰圈高度

2.1 擋灰圈對重灰爐運行的重要性

在自身返堿的重灰爐中，爐體后端均安裝一定高度的擋灰圈來保證爐內的存灰量，以保證重灰的穩定生產。擋灰圈高度的確定非常重要，太高容易導致爐內存灰增加，煅燒爐負荷不斷增加，產量受限，無法達到設計能力，生產無法正常運行；太低容易導致爐內存灰過少，混合堿在爐內停留時間過短，流淌過快，導致物料不能充分加熱，很容易產生次品堿，所以擋灰圈的高低直接決定了重灰爐的產量和產品質量。目前國內的資料很少有具體詳細的方法來確定重灰爐擋灰圈的高低，大部分通過實際操作要求或者經驗來多次調整重灰爐擋灰圈的高低。我們用CAD技術完全可以完成擋灰圈的高度的確定，下面就詳細介紹這種方法的運用。

2.2 CAD確定擋灰圈高度的方法

確定重灰爐擋灰圈的高度首先必須要了解重灰爐在生產過程中的物料高度的需求。重灰爐在運行過程中，滿負荷運行時爐內物料一般僅能將最內層加熱管的最下面一組(5根)埋在物料中，根據這個料層高度通過CAD軟件進行擋灰圈高度的設計：

1)按照實際尺寸畫出φ3000爐體；

2)按照實際尺寸畫出最內層加熱管φ2066的中心線；

3)畫出物料的高度(實際操作中用一條直線連接所露出物料的兩個加熱管的中心點即可)；

4)以爐體的中心點為圓心，以上述這條連線和爐體中心線的交點為半徑，畫出相應尺寸的圓，用直徑測量工具可得這個圓的直徑φ1879.3，這個基本就是擋灰圈的高度;

5)根據重灰爐直徑大小和生產需要以及實際操作條件，爐內存灰需要調整時，調整后的擋灰圈尺寸也可以用上述方法進行確定。見圖6。

3 CAD在煅燒爐新爐體安裝時的模擬運用

煅燒爐由于體積龐大，特別在廠房內部施工時，爐體的吊裝是非常關鍵的工作，這種情況下，可以按照實際尺寸，在CAD軟件上將廠房和爐體標識出來，通過CAD軟件自帶的反轉、平移等功能來實現安裝的模擬運用，同樣可以起到很好的效果。連云港堿廠重灰爐更新改造中，就是利用這種方法在施工方案中模擬操作，在后續施工中起到了非常重要的指導作用。

圖6 重灰爐擋灰圈

4 結 語

計算機技術在傳統的行業上已經得到廣泛的應用和推廣，CAD技術已經更新多個版本，其功能強大，可以在傳統的純堿設備檢修中進行推廣和應用，本文僅從重灰爐修理中的一些實例進行講解，在其它方面同樣也有強大的優勢。

[1] 孫錫吾，潘鴻恩.純堿生產設備檢修與防腐[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，1991

[2] 王楚.純堿生產工藝與設備計算[M].北京：化學工業出版社，1995

TQ114.15

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1005-8370(2016)01-03-04

2015-12-23

董紅明(1979—)，大學，江蘇德邦興華化工股份有限公司設備部部長。