大型蒸汽管式干燥機(jī)組裝分析

尤清華 莊文忠 孫煥鋒 任賀

摘 要：論文通過(guò)大唐國(guó)際多倫煤化工管式干燥機(jī)現(xiàn)場(chǎng)組裝實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，論述了管式干燥機(jī)（φ5m×L8m，總重225t，安裝中心高度+10.254m）關(guān)鍵零部件現(xiàn)場(chǎng)組裝的重要方法。另外，論文所述的安裝方法對(duì)其它大型旋裝機(jī)械設(shè)備的安裝、檢修具有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：管式干燥機(jī);中心軸制造;激光四點(diǎn)找正;不填絲自動(dòng)鎢極氬弧焊

引言

大唐國(guó)際多倫煤化工項(xiàng)目是我國(guó)“十二五”規(guī)劃重大化工項(xiàng)目之一，它橫跨氣化、變換、低溫甲醇洗、甲醇?jí)嚎s合成四大工段，涵蓋三項(xiàng)世界之最，項(xiàng)目從2008年開始建設(shè)。然而，進(jìn)行前述工序的前提就是將褐煤干燥。通過(guò)國(guó)外調(diào)研，發(fā)現(xiàn)德國(guó)ZEMAG（澤瑪克）的管式干燥機(jī)運(yùn)行安全可靠，干燥程度深，在褐煤氣化中廣泛應(yīng)用，遂決定采用管式干燥機(jī)。由于管式干燥機(jī)進(jìn)口費(fèi)用大（是國(guó)產(chǎn)費(fèi)用的3倍），我廠在大唐國(guó)際的應(yīng)邀下從2006年開始研發(fā)設(shè)計(jì)管式干燥機(jī)。管式干燥機(jī)是一個(gè)傾斜的多管式回轉(zhuǎn)圓筒，筒體外徑5.3m，長(zhǎng)度8.0m，傾角12°，干燥管數(shù)量1548根，干燥管通過(guò)前后端管板固定，整體重量達(dá)225t。筒體中心由長(zhǎng)約10.3m的軸支撐在兩端的軸承座上，大齒圈安裝在干燥機(jī)前端，電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)小齒輪，小齒輪和大齒輪嚙合傳動(dòng)，干燥機(jī)額定轉(zhuǎn)速8rad/min，下圖為管式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)外形圖。根據(jù)輸煤車間設(shè)計(jì)布置，干燥機(jī)前端安裝在11m鋼梁平臺(tái)，后端安裝在9m平臺(tái)[1]。

圖1 管式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)外形圖

1-進(jìn)料口??????????? 2-進(jìn)汽管路????? 3-進(jìn)料端軸承箱? 4-大齒圈?? 5-傳動(dòng)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(jī)組裝方案的確定

由于干燥機(jī)單機(jī)重量大，整體直徑達(dá)5.3m，若在制造廠內(nèi)組裝后再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)能節(jié)省不少現(xiàn)場(chǎng)安裝費(fèi)用，并且組裝工器具較為齊全，但是整體直徑加運(yùn)輸車體高度達(dá)6m，超過(guò)我國(guó)公路運(yùn)輸限高的要求。經(jīng)過(guò)開會(huì)討論決定干燥機(jī)分中心軸、干燥管、管板、筒體（分三段）、進(jìn)出料裝置、進(jìn)出汽管路、傳動(dòng)裝置七部分廠內(nèi)加工好，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)再組裝。[2]

1.1中心軸組裝方案選擇[3]

根據(jù)受力分析，干燥機(jī)載荷全部傳遞到干燥機(jī)中心軸前后端，中心軸組裝好壞直接關(guān)系到干燥機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。關(guān)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(jìn)行熱處理和機(jī)加工，這樣能保證干燥機(jī)軸頸有較好的同軸度。根據(jù)國(guó)外干燥機(jī)制造調(diào)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(shè)備機(jī)加工能力。但是，此方案造成孔板同軸的環(huán)焊縫為立焊，增加了操作難度，消除焊接應(yīng)力難度較大。第二種，通過(guò)干燥機(jī)受力分析，得知干燥機(jī)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(xiàn)場(chǎng)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(diào)整、空心軸內(nèi)外焊接消除應(yīng)力是關(guān)鍵控制工序。根據(jù)我廠目前加工能力不夠、現(xiàn)場(chǎng)組裝情況決定采用第二種方法將中心軸進(jìn)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(jī)安裝重大工序。在一個(gè)5.3m直徑，厚90mm的16MnR鋼板上如何加工出1548個(gè)孔成為關(guān)鍵問(wèn)題。最初方案擬采用三塊120°料進(jìn)行拼接。后根據(jù)受力分析，干燥機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩通過(guò)管板傳遞到干燥管上，干燥管數(shù)量多，所以轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也大，采用此方法，會(huì)引起管板強(qiáng)度下降。通過(guò)討論最終決定采用一塊長(zhǎng)方形板，寬大于1.4m（在中間開出φ1400的圓），另外用兩塊鋼板補(bǔ)缺，拼成整圓。然后通過(guò)車床采用模具定位加工出1548個(gè)小孔，然后再闊孔到設(shè)計(jì)尺寸。這樣加工復(fù)雜，但保證了管板的整體性。

圖3 管板組裝方案對(duì)比

1.3干燥機(jī)組裝流程[4]

干燥機(jī)前端橫梁安裝→中心軸組裝→管板焊接、組裝→對(duì)中、校準(zhǔn)同軸度→焊接筒體→穿管焊接→出汽管路組裝→水壓試驗(yàn)→安裝前后端軸承箱、軸承座→干燥機(jī)運(yùn)輸、吊裝→干燥機(jī)后端橫梁安裝→調(diào)標(biāo)高及傾斜度→安裝驅(qū)動(dòng)裝置→對(duì)中、校準(zhǔn)傳動(dòng)部件→安裝干燥機(jī)進(jìn)、出料裝置→安裝進(jìn)汽管路→安裝保溫層

2.干燥機(jī)吊裝方案

干燥機(jī)吊裝屬于超過(guò)一定重量的分部分項(xiàng)工程，所以施工前進(jìn)行了吊裝專項(xiàng)方案的論證。根據(jù)在國(guó)外考察管式干燥機(jī)時(shí)，看到在每臺(tái)干燥機(jī)下面有一小車，后經(jīng)分析得知此小車是用來(lái)托起干燥機(jī)，檢修干燥機(jī)軸承的。對(duì)此技術(shù)人員提出采用“拖排”就位干燥機(jī)的方案[5]。根據(jù)廠房設(shè)計(jì)，干燥機(jī)安裝在廠房B列到D列之間，進(jìn)料端標(biāo)高11.0m，出料端標(biāo)高9.0m。吊裝步驟如下：

（1）支撐架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)總的吊裝荷載設(shè)計(jì)，不小于360t;運(yùn)輸滑道總荷載按310t考慮。

（2）根據(jù)設(shè)備尺寸及廠房結(jié)構(gòu)制作專用于干燥機(jī)吊裝的支撐架、行走架、吊裝扁擔(dān)、運(yùn)輸滑道等工具，準(zhǔn)備4臺(tái)100t液壓提升裝置及鋼絞線、貓爪等附屬工具，準(zhǔn)備1臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)和1對(duì)30t滑輪組。

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

（4）15臺(tái)干燥機(jī)組裝后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，采用1臺(tái)500t履帶吊將干燥機(jī)起吊至9.5m，然后用一臺(tái)30t汽車吊斜拉其進(jìn)入廠房?jī)?nèi)，平穩(wěn)安放在支撐架上。

（5）采用卷?yè)P(yáng)機(jī)拖動(dòng)行走架至廠房?jī)?nèi)干燥機(jī)就位位置，采用4臺(tái)100t液壓提升裝置調(diào)整干燥機(jī)位置，安裝支撐梁后落下干燥機(jī)就位。

3.干燥機(jī)組裝

3.1中心軸、管板組裝

將分為三段的中心軸對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行焊接，然后整體加工到設(shè)計(jì)尺寸，這樣保證了軸的同軸度。然后將孔板裝在兩個(gè)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(huán)焊縫，再焊接筒體。

3.2 筒體臥式組對(duì)及找正工裝

（1）直線度測(cè)量[6]

筒體環(huán)縫采用臥式組對(duì)，為方便筒體組對(duì)，可制作外夾胎具，如圖4。將外胎具放在自制的平臺(tái)上，利用外胎具控制筒體的整體組對(duì)后直線度Δδ≤4mm。筒節(jié)0°、90°、180°、270°四個(gè)方向焊上定位塊，定位塊要經(jīng)過(guò)加工。用0.5 mm鋼絲繩進(jìn)行測(cè)量鋼絲繩放在90度直角槽中，靠M10的螺絲孔來(lái)拉緊鋼絲。

圖4 筒體直線度測(cè)量示意圖

（2）激光四點(diǎn)找正[6]

筒體組對(duì)質(zhì)量是整個(gè)設(shè)備能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，它包括所有附件為同步加工，它們的同軸度應(yīng)具有一致性。采用四點(diǎn)激光透光找準(zhǔn)的方法來(lái)保證機(jī)身的同軸度，可在筒體4個(gè)脹圈中焊接固定環(huán)，固定環(huán)的內(nèi)圓與筒體外圓同心。固定環(huán)的內(nèi)圓在加工筒節(jié)坡口時(shí)同時(shí)進(jìn)行，保證同心度不大于0.2 mm。在固定環(huán)的中間套上一個(gè)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(diǎn)，保證四個(gè)定位快的中心孔在同一直線上。如此來(lái)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(diǎn)找正示意圖

（3）干燥機(jī)穿管焊接[7、8]

根據(jù)在國(guó)外考察，管式干燥機(jī)干燥管同管板是采用脹接連接的，但我國(guó)目前脹接技術(shù)落后，難以保證連接強(qiáng)度（干燥管是在管板帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)的），只能采用焊接。由于干燥管數(shù)量較多，人工焊接耗時(shí)大，焊接質(zhì)量難以保證。經(jīng)過(guò)討論提出采用不填絲自動(dòng)鎢極氬弧焊工藝，電源采用直流正接，較高且持續(xù)時(shí)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(wěn)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(jī)水壓試驗(yàn)

管式干燥機(jī)屬于低壓容器，根據(jù)壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范，在使用前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行水壓試驗(yàn)。由于工期緊張，現(xiàn)場(chǎng)組裝量大，干燥機(jī)安裝決定著下一工序。針對(duì)此局面有人建議：將干燥機(jī)組裝、吊裝就位后，再進(jìn)行水壓試驗(yàn)。由于此方法試驗(yàn)時(shí)，干燥機(jī)以12°安裝在鋼架上，進(jìn)行水壓試驗(yàn)需向筒體內(nèi)注水約60t。這樣增加了干燥機(jī)軸承受力，干燥機(jī)彎曲撓度增加，影響干燥機(jī)同軸度[9]，軸同軸承箱密封間隙增大，使其運(yùn)行時(shí)軸承箱漏油增大。最終決定將干燥機(jī)組裝后，在地面對(duì)其進(jìn)行水壓試驗(yàn)，筒體兩端安放在與筒體相同弧度的凹槽內(nèi)。試壓過(guò)程如下：

（1）干燥機(jī)筒體中充滿水、筒體內(nèi)的氣體排凈，筒體外表面保持干燥，當(dāng)筒體壁溫與水溫接近時(shí)，緩慢升壓至設(shè)計(jì)壓力0.5MPaG，確認(rèn)無(wú)漏后繼續(xù)升壓至試驗(yàn)壓力0.625MPaG，穩(wěn)壓30分鐘，然后降到0.5MPa，保壓足夠時(shí)間進(jìn)行檢查。檢查期間壓力應(yīng)保持不變，不得采用連續(xù)加壓來(lái)維持試驗(yàn)壓力不變。

（2）設(shè)定安全溢流閥壓力值為0.625MPa。

（3）檢查中若無(wú)破裂、變形及漏水現(xiàn)象，則視水壓試驗(yàn)合格。

（4）試壓過(guò)程中如出現(xiàn)漏點(diǎn)，先做好標(biāo)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(jìn)行試壓。

（5）在試壓過(guò)程中，記錄表1、表2的壓力值，讀數(shù)以壓力表2為準(zhǔn)。

圖7 水壓試驗(yàn)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(jié)論

通過(guò)對(duì)大唐國(guó)際多倫煤化工管式干燥機(jī)組裝分析，得出了管式干燥機(jī)主要安裝注意事項(xiàng)：

（1）干燥機(jī)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(xiàn)場(chǎng)組焊;解決了不具備大長(zhǎng)軸加工能力的問(wèn)題。

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

（3）干燥管同管板焊接采用不填絲自動(dòng)鎢極氬弧焊工藝，通過(guò)試焊對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證了干燥機(jī)整體性強(qiáng)度。

（4）干燥機(jī)吊裝采用主吊和輔吊（斜拉作用），先吊至預(yù)定的拖排支撐架上，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)拖動(dòng)行走架至廠房?jī)?nèi)干燥機(jī)就位位置。

（5）干燥機(jī)水壓試驗(yàn)時(shí)，要采用與筒體具有相同弧度的支撐穩(wěn)定干燥機(jī)，不可將干燥機(jī)吊裝后在空中進(jìn)行試壓。

參考文獻(xiàn)：

[1]大唐多倫年產(chǎn)46萬(wàn)噸煤基烯烴項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件[R].五環(huán)科技股份有限公司，2008

[2]管式干燥機(jī)現(xiàn)場(chǎng)組裝會(huì)議紀(jì)要[R]. 北京電力設(shè)備總廠，2007

[3]管式干燥機(jī)設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)[R].北京電力設(shè)備總廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 011-2012

[4]胡仕波.大型蒸汽干燥機(jī)安裝[J].江西有色金屬，2009，03

[5]管式干燥機(jī)吊裝方案[R].北京電力建設(shè)集團(tuán)有限公司，2007

[6]譚華，徐愛蓮.回轉(zhuǎn)圓筒型干燥機(jī)制造中工裝器具的應(yīng)用[J].廣西輕工業(yè)，2006，06

[7]張步繼.27萬(wàn)噸PTA裝置氧化干燥機(jī)改造方案[D].大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009

[8]萬(wàn)鈞，趙榮升.KUMERA蒸汽干燥機(jī)的使用及改造[J].有色金屬，2013，02

[9]高文英.管束干燥機(jī)管束裝置的強(qiáng)度分析[D].東北大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009

基金項(xiàng)目：北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)重大專項(xiàng)研究“褐煤蒸汽管式干燥機(jī)及工藝試驗(yàn)線研制”（項(xiàng)目編號(hào)Z131100002413015）;中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)重點(diǎn)立項(xiàng)科研項(xiàng)目“干燥島集成技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：CEEC12-KJ05）