大型國產化大化肥裝置氨合成塔封頭大蓋安裝

楊 林，趙永斌，丁 鋒

(中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026)

中國石油寧夏石化公司(簡稱寧夏石化)三化肥裝置作為國內第一套自主知識產權大化肥項目，合成裝置的心臟設備氨合成塔R1801采用了寰球工程公司專利技術“多床層軸徑向復合床間接換熱式節能型氨合成塔”。其包括合成塔高壓外殼、合成塔內件兩部分，高壓外殼設計壓力為17 MPa，設計溫度為300℃，高壓殼體內徑為φ3 200 mm，高度約為26 000 mm，質量445 t；內件包括三個催化劑床層，兩臺換熱器，設計溫度為520℃。一床層為軸向流動，二、三床層采用徑向流動，因此全塔壓降較小，塔內兩臺換熱器用于控制二、三床層進氣溫度，三床反應后高溫氣體不經冷卻出塔，出塔氣體溫度426℃，可副產高壓飽和蒸汽，合成塔高效、節能優勢明顯。

1 氨合成塔大蓋

在完成氨合成塔內部觸媒填裝和內筒體平蓋封頭安裝后，對氨合成塔大蓋進行安裝[1，2]。氨合成塔大蓋為半球形封頭，封頭采用鋼板整體沖壓制造，最小厚度為110 mm，封頭法蘭為鍛件加工，與上封頭組焊并熱處理。在上封頭上焊接有3個吊耳，用于大蓋吊裝；在封頭法蘭上焊接有翻轉吊耳，用于大蓋翻轉。氨合成塔大蓋總質量為：47.6 t。吊裝之前，氨合成塔封頭大蓋翻轉倒放于專用支架上(見圖1)。

圖1 氨合成塔封頭大蓋倒放于專用支架

2 雙錐墊安裝

氨合成塔頂部封頭采用雙錐密封，質量為543 kg，上下密封面粘有柔性石墨帶，封頭大蓋安裝到位后靠主螺栓壓緊，使柔性石墨帶塑性變形，用于氨合成塔升壓前的初始密封。雙錐墊一個端面加工有圓周方向均勻分板的6個螺絲孔，用于安裝吊環吊裝雙錐墊。

2.1 雙錐墊密封面石墨帶粘貼

雙錐墊密封面所采用柔性石墨帶為寬50 mm、厚0.5 mm、長度不小于11 m的自粘帶褶柔性石墨帶。粘貼到密封面時，柔性石墨帶中間不允許有拼接接頭，只允許首尾一個接頭，接頭為斜接頭，且上下密封面的柔性石墨帶接頭錯開180°。

2.2 雙錐墊吊裝到位[1]

雙錐墊吊裝時使用3條相同長度吊帶，吊帶兩端分別與6個吊環連接，并調整好3條吊帶兩邊長度一樣，以保證雙錐墊水平，同時必須保證6個吊環均勻吃力，以防雙錐墊由于自重產生變形。雙錐墊保持水平緩慢放置于翻轉后的封頭法蘭密封槽內，用測隙規檢查雙錐墊和支持面間隙，以確保四周間隙均勻。移除用于吊裝的吊環，用8塊雙錐墊定位板固定雙錐墊，定位板用螺釘固定在封頭蓋底部(見圖2)。

圖2 雙錐墊及定位板

3 合成塔封頭大蓋吊裝

3.1 封頭大蓋翻轉

雙錐墊安裝到位并用定位板固定后，準備吊裝封頭大蓋。首先利用兩臺吊車翻轉封頭大蓋，即600 t吊車用鋼絲繩起吊兩個軸式吊耳，為保證吊索角度不超過15°，在接近封頭大蓋處用長為4.2 m的專用鋼結構(兩端必須用鋼絲固定掛在吊鉤上)將鋼絲繩撐開。通過另一臺50 t吊車起吊封頭大蓋上的一個吊耳(此吊耳位于兩個軸式吊耳中間位置)將封頭大蓋翻轉。

翻轉后封頭放于枕木上，將8條頂絲旋入上封頭法蘭頂絲孔，并保證頂絲伸出長度為50 mm。封頭大蓋吊裝前，將筒體端面法蘭密封面、主螺栓清理干凈，主螺栓螺紋表面抹涂二硫化鉬潤滑劑，將主螺栓旋入筒體端面法蘭螺栓孔。

3.2 封頭大蓋吊裝

按封頭外接管口方位起吊封頭大蓋并用20 t導鏈調整封頭法蘭水平。到達筒體端部法蘭上方后，將上封頭法蘭螺栓孔對準主螺栓，緩慢下移，直到頂絲底端接觸筒體端面法蘭。同時松開頂絲，使封頭大蓋下移，直到封頭質量全作用在雙錐墊上。用直角規測量封頭法蘭與筒體端部法蘭中心線偏差，即選擇筒體端面法蘭圓周方向4個點進行測量，每個點相距90°，要求兩法蘭外徑圓周錯邊允許偏差均小于0.3 mm，如不能滿足要求，起吊重新調整安裝。

4 封頭大蓋主螺栓緊固

4.1 封頭大蓋調平

在封頭法蘭外徑圓周上每相距45°選取一個測量點，共8個點做好標記，用于測量封頭法蘭與筒體端部法蘭間距。用測隙規和塞尺對8個測量點進行測量，所測最大間隙與最小間隙之差小于0.3 mm即為合格，如果大于0.3 mm，采用上緊間隙較大一側主螺栓螺母進行調整，直到合格為止。合成塔大蓋吊裝到位后，測得最大間隙與最小間隙之差為7.28 mm，遠大于安裝技術要求數據，因此，對其進行調整處理，調整后最大間隙與最小間隙之差為0.29 mm，在安裝技術要求范圍內(見圖3)。

圖3 封頭法蘭與筒體端部法蘭間距調整前后數據

4.2 主螺栓緊固

氨合成塔R1801采用的螺栓拉伸器型號為：AR140，有4個螺栓拉伸頭。根據安裝要求，封頭主螺栓需要螺栓拉伸器在不同的壓力等級下分別拉伸緊固5次，對應的拉伸器油壓壓力等級分別是9.9 MPa、16.9 MPa、22.6 MPa、28.2 MPa、28.2 MPa。

氨合成塔封頭大蓋共有主螺栓48條，將相距90°的4條螺栓分成一組同時緊固，共分為12組。緊固前在每條主螺栓端部做好編號標記(見圖4)，按照編號從1到12依次緊固主螺栓[2]，在每個壓力等級下緊固完成后，都要測量8個標記點處封頭法蘭與筒體端部法蘭間距，如最大間隙與最小間隙之差小于0.3 mm即可進行下一個液壓等級的主螺栓緊固，如大于0.3 mm，即在間隙較大側的螺栓拉伸器增加油壓2 MPa～3 MPa。將間隙調整在0.3 mm以內。調整液壓拉伸器壓力重復上述步驟，直到最后一遍緊固完成。

圖4 封頭大蓋主螺栓緊固順序編號

圖5 9.9 MPa、16.9 MPa壓力等級下主螺栓緊固后法蘭間距

螺栓拉伸器油壓在9.9 MPa、16.9 MPa壓力等級下拉伸螺栓緊固后數據(見圖5)，在這兩個壓力等級下主螺栓緊固后，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差分別為0.21 mm、0.27 mm，均小于安裝技術要求0.3 mm。因此，無需進行調整，直接進行下一個壓力等級的主螺栓緊固作業。

螺栓拉伸器在22.6 MPa壓力等級下拉伸螺栓緊固后數據(見圖6)，在此壓力等級下主螺栓緊固后，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差為0.44 mm，超過安裝技術要求0.3 mm。因此，采取在間隙較大側的螺栓拉伸器設定油壓25 MPa進行調整，調整后數據(見圖6)，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差為0.27 mm，小于安裝技術要求0.3 mm，可以進行下一步作業。

螺栓拉伸器在28.2 MPa壓力等級下拉伸螺栓緊固后數據(見圖7)，在此壓力等級下主螺栓緊固后，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差為0.34 mm，超過安裝技術要求0.3 mm。螺栓拉伸器設定油壓31 MPa進行調整后，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差為0.28 mm，小于安裝技術要求0.3 mm，進入下一步作業。

圖6 22.6 MPa壓力等級下主螺栓緊固后法蘭間距和調整后間距

圖7 28.2 MPa壓力等級下主螺栓緊固后法蘭間距和調整后間距

圖8 封頭主螺栓最后一次緊固數據

螺栓拉伸器在油壓28.2 MPa壓力等級下拉伸螺栓緊固完成并進行封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙調整后，按照安裝技術要求，螺栓拉伸器第二次在油壓28.2 MPa壓力等級下，對封頭主螺栓進行最終緊固，其緊固后數據(見圖8)。至此，氨合成塔封頭大蓋完成安裝。

5 注意事項

(1)氨合成塔R1801作為高溫、高壓設備，上封頭大蓋安裝要求較高，因此一定要保證測量數據的準確性，盡可能減小測量誤差。

(2)測量上封頭法蘭與筒體端部法蘭間隙的8個測量點，此8處上下法蘭面必須用150#金鋼砂紙進行打磨平整光滑。

(3)如果對測量數據有懷疑，可重新多測幾次，取平均值作為記錄參考數據。

(4)螺栓拉伸器緊固主螺栓的5個油壓壓力等級僅適用于合成塔R1801專用螺栓拉伸器，如采用其他拉伸器，油壓等級需重新計算。

參考文獻：

［1］陳志新.談氨合成塔大蓋唇形墊密封原理及施工［J］.石油化工建設，1992，(1)：15-17.

［2］謝林君，任欣.高溫高壓容器封頭安裝中螺柱應力試驗［J］.核動力工程，2011，32(3)：122-126.