淺談高原地區(qū)輕質(zhì)純堿冷卻用涼堿爐技術(shù)改造

鐵 城，楊文忠，喬永奇，張世偉，張 鈺

(中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司，青海德令哈 817099)

中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)100萬t純堿，近年來，中鹽青海昆侖堿業(yè)通過提質(zhì)增效、填平補(bǔ)齊等方式，規(guī)模優(yōu)勢(shì)明顯，經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)提升，從建廠的年產(chǎn)100萬t純堿擴(kuò)產(chǎn)到現(xiàn)在的年產(chǎn)150萬t。產(chǎn)能規(guī)模的擴(kuò)大對(duì)各設(shè)備長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行提出了更高的要求，而輕灰涼堿爐的運(yùn)行在這幾年確實(shí)成為了生產(chǎn)的瓶頸問題，制約了生產(chǎn)。

我公司煅燒車間重灰工序使用的一臺(tái)輕灰涼堿爐規(guī)格型號(hào)為φ2500×27000，由三門峽化工機(jī)械有限公司生產(chǎn)制造并安裝。于2011年7月份安裝完成并投入使用，在后期的使用過程中，發(fā)現(xiàn)影響生產(chǎn)最多的問題就是爐尾冷卻水管焊縫頻繁開裂漏水，被迫停爐處理；托輪、滾圈磨損快且嚴(yán)重，平均一年一次安排大修，生產(chǎn)負(fù)荷被迫安排調(diào)整。為此我公司利用生產(chǎn)減負(fù)荷的機(jī)會(huì)，對(duì)輕灰涼堿爐進(jìn)行了一些改造，已消除影響生產(chǎn)的制約問題逐一解決。

1 涼堿爐的基本參數(shù)

1.1 工藝參數(shù)

輕灰涼堿爐能力：1 600～1 800 t/d·臺(tái) (66～75 t/h·臺(tái))冷卻水：壓力0.3 MPa(G)，進(jìn)水溫度40 ℃，出水溫度50 ℃。爐內(nèi)冷卻采用軟水，軟水的冷量來自與循環(huán)水的換熱。

1.2 設(shè)備參數(shù)

規(guī)格：φ2500×27000

爐體轉(zhuǎn)速：工作時(shí)7.2 r/min，調(diào)試時(shí)0.4 r/min

爐體殼程溫度：180 ℃

管程溫度：70 ℃

爐體內(nèi)操作壓力：常壓

換熱面積：855 m2

爐體安裝斜度：3%

大齒輪：Z=140，Mn=28，材質(zhì)ZG310-570

小齒輪：Z=21，Mn=28，材質(zhì)45鍛件

2 存在問題

2.1 冷卻水管直管焊縫根部處開裂頻繁

輕灰涼堿爐爐體材料采用Q235-A ，爐體分兩段制造，在φ4500×35000高精度臥式筒體車床上進(jìn)行整體加工。爐內(nèi)設(shè)有三排冷卻水管, 通過管架固定在爐體上, 內(nèi)層、中層冷卻水管通過彎頭與外層冷卻管相連, 內(nèi)層、中層為軟水進(jìn)水管, 外層為軟水出水管。冷卻水管型號(hào)依次為φ76×4, 40根;φ89×4, 40根;φ114×4, 40根, 材質(zhì)均為20#鋼。涼堿爐自安裝使用以來，冷卻水管漏水補(bǔ)焊、加固處理多次，造成生產(chǎn)波動(dòng)及負(fù)荷受限。涼堿爐原設(shè)計(jì)爐尾水軸進(jìn)水管線為L(zhǎng)=750 mm的直管段，如圖1所示，冷卻水經(jīng)直管段向爐內(nèi)環(huán)管分散，再由環(huán)管向每一根冷卻水管分布。軟水在三排冷卻管內(nèi)與爐內(nèi)輕質(zhì)純堿發(fā)生熱交換, 達(dá)到冷卻的目的。進(jìn)爐的輕質(zhì)純堿溫度一般為≤160 ℃, 出堿溫度為75～85 ℃。

圖1 爐尾水軸進(jìn)水管

當(dāng)高溫輕質(zhì)純堿進(jìn)入爐內(nèi)時(shí), 粗管處于爐壁最低層。高溫堿先堆積于底部, 且粗管中水是經(jīng)過細(xì)、中管加熱后的回水, 故t粗溫度大于t細(xì)和t中的溫度。隨著堿量的增加, 爐內(nèi)溫度的升高,t細(xì)、t中將逐漸升高, 因此, 首先粗管受熱伸長(zhǎng)量較大, 而細(xì)、中管伸長(zhǎng)量較小。在運(yùn)行過程中, 由于堿溫的變化, 堿量的多少,t粗、t細(xì)、t中管溫度變化的時(shí)差將使焊縫處承受或拉或壓的應(yīng)力, 最終使之開裂。在生產(chǎn)中, 隨生產(chǎn)量大小的變化以及開停爐因素的影響, 這種類似變化將反復(fù)發(fā)生, 而每次開裂的發(fā)生點(diǎn)大多在直管焊縫根部處。

2.2 滾圈和托輪的接觸面積偏小，導(dǎo)致滾圈和托輪損壞頻繁

輕灰涼堿爐自投產(chǎn)運(yùn)行至改造前，滾圈和托輪損壞頻繁，每年都要大修更換，維修頻繁且成本高，經(jīng)我公司組織相關(guān)技術(shù)人員和咨詢國(guó)內(nèi)純堿行業(yè)的專家認(rèn)真分析后，判斷造成此現(xiàn)象的主要原因是由于滾圈和托輪的接觸面積偏小。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，決定對(duì)輕灰涼堿爐滾圈和托輪尺寸進(jìn)行改動(dòng)，從而達(dá)到增大托輪滾圈接觸面積的目的，減少維修成本和維修次數(shù)，提高使用壽命，保證輕灰涼堿爐的平穩(wěn)運(yùn)行。

3 技改內(nèi)容

3.1 冷卻水管采用S形彎管

依據(jù)分析結(jié)果, 決定將冷卻回水管連結(jié)方式改為圖2所示形式。通過這種改變,可以達(dá)到消除交變應(yīng)力集中點(diǎn), 將應(yīng)力主要散布于S形彎管和一段圓弧上的目的, 從而減少了圖1中焊縫開裂的現(xiàn)象。

圖2 冷卻回水管連接

圖3 S管焊接示意圖

3.2 增大滾圈和托輪寬度

通過增大輕灰涼堿爐托輪、滾圈的寬度，從而達(dá)到增加托輪、滾圈接觸面積的目的。

2019年5月12日，輕灰涼堿爐正式開始改造，由原設(shè)計(jì)廠家三門峽化機(jī)有限公司改造。原設(shè)計(jì)輕灰涼堿爐托輪直徑為φ800，托輪寬度為380 mm，滾圈直徑為φ2950，滾圈寬度為360 mm，兩托輪中心距為1 875 mm。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和計(jì)算，可將托輪直徑由φ800增加到φ1000，滾圈由φ2950增加到φ2990(滾圈單邊增加20 mm)，前后托輪寬度增加到500 mm，前滾圈接觸寬度增加到460 mm，后滾圈接觸寬度增加到480 mm。考慮到?jīng)鰤A爐自身傾斜角度的存在，后托輪承受的載荷比前托輪要重，故將后滾圈的寬度比前滾圈加寬20 mm，目的是增大后滾圈與后托輪的接觸面積。

在保證爐體傾斜角度3%不變、且爐體中心與兩托輪中心連線夾角不變的前提條件下，爐體中心線抬高103.9 mm；傳動(dòng)裝置整體需要升高103.9 mm；擋輪裝置需升高103.9 mm, 并且擋輪角度變更為10.98°，擋輪座外移65 mm；托輪組需在原底座上向外移60 mm，兩托輪中心距為1 995 mm。滾圈材質(zhì)35CrMo鍛件，表面硬度HB=207-240，托輪材質(zhì)35CrMo鍛件，結(jié)構(gòu)為鑲套式：外面采用≥60 mm 35CrMo鍛件套，表面硬度HB=217-255。

為了考慮資源合理利用，充分發(fā)揮原設(shè)計(jì)主體設(shè)備更換下來材料的利用率，決定使用原托輪的軸承座，即托輪只改變寬度，托輪軸隨托輪配套加工，但軸徑不變，軸承、軸承座均使用原設(shè)計(jì)。前后滾圈重新制作，所有托輪底座、傳動(dòng)裝置底座、擋輪底座、小齒軸承座均在底部加103.9 mm厚的鋼板，相應(yīng)的連接螺栓加長(zhǎng)更換。

4 結(jié) 語

2019年5月25日涼堿爐改造完投入運(yùn)行到目前階段，托輪滾圈表面光亮如新，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)過非計(jì)劃停爐情況。說明我們對(duì)此項(xiàng)的技改是較為成功的，取得了一定的實(shí)際效果。

通過計(jì)算，未改造前每年涼堿爐大修包括材料費(fèi)用、人工檢修費(fèi)用共計(jì)114萬元，經(jīng)過改造后涼堿爐可保證運(yùn)行在兩年以上再次檢修，這樣最少節(jié)省114萬元。為公司節(jié)能降耗、降低經(jīng)濟(jì)損失、增加收入作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。