大型蒸汽管式干燥机组装分析

发布时间: 2022-03-25 08:48:15 浏览：次

摘要：论文通过大唐国际多伦煤化工管式干燥机现场组装实际经验，论述了管式干燥机（φ5m×L8m，总重225t，安装中心高度+10.254m）关键零部件现场组装的重要方法。另外，论文所述的安装方法对其它大型旋装机械设备的安装、检修具有一定参考意义。

关键词：管式干燥机;中心轴制造;激光四点找正;不填丝自动钨极氩弧焊

引言

大唐国际多伦煤化工项目是我国“十二五”规划重大化工项目之一，它横跨气化、变换、低温甲醇洗、甲醇压缩合成四大工段，涵盖三项世界之最，项目从2008年开始建设。然而，进行前述工序的前提就是将褐煤干燥。通过国外调研，发现德国ZEMAG（泽玛克）的管式干燥机运行安全可靠，干燥程度深，在褐煤气化中广泛应用，遂决定采用管式干燥机。由于管式干燥机进口费用大（是国产费用的3倍），我厂在大唐国际的应邀下从2006年开始研发设计管式干燥机。管式干燥机是一个倾斜的多管式回转圆筒，筒体外径5.3m，长度8.0m，倾角12°，干燥管数量1548根，干燥管通过前后端管板固定，整体重量达225t。筒体中心由长约10.3m的轴支撑在两端的轴承座上，大齿圈安装在干燥机前端，电机通过减速器带动小齿轮，小齿轮和大齿轮啮合传动，干燥机额定转速8rad/min，下图为管式干燥机结构外形图。根据输煤车间设计布置，干燥机前端安装在11m钢梁平台，后端安装在9m平台[1]。

图1 管式干燥机结构外形图

1-进料口 2-进汽管路 3-进料端轴承箱 4-大齿圈 5-传动装置 6-筒体

7-带螺旋片的换热管 8-载湿气体出口 9-出汽管路 10-出料端轴承箱 11-出料口 12-轴

1.干燥机组装方案的确定

由于干燥机单机重量大，整体直径达5.3m，若在制造厂内组装后再运输到现场能节省不少现场安装费用，并且组装工器具较为齐全，但是整体直径加运输车体高度达6m，超过我国公路运输限高的要求。经过开会讨论决定干燥机分中心轴、干燥管、管板、筒体（分三段）、进出料装置、进出汽管路、传动装置七部分厂内加工好，运输到现场再组装。[2]

1.1中心轴组装方案选择[3]

根据受力分析，干燥机载荷全部传递到干燥机中心轴前后端，中心轴组装好坏直接关系到干燥机的平稳运行。关于中心轴的组装主要有两种工法，第一种：将中心轴制造成一根整轴进行热处理和机加工，这样能保证干燥机轴颈有较好的同轴度。根据国外干燥机制造调研，就是将中心轴做成一根整轴，它要求制造厂具备大型轴类设备机加工能力。但是，此方案造成孔板同轴的环焊缝为立焊，增加了操作难度，消除焊接应力难度较大。第二种，通过干燥机受力分析，得知干燥机荷载主要集中在中心轴前后端轴颈，这样将中心轴分为三段制造，再现场组焊。前端轴颈、后端轴颈采用ZG35GrMo高合金钢制造。此种方案中心轴同轴度的调整、空心轴内外焊接消除应力是关键控制工序。根据我厂目前加工能力不够、现场组装情况决定采用第二种方法将中心轴进行组装。

图2 中心轴组装划分

1.2管板组装方案选择[3]

管板的制造和组装也是干燥机安装重大工序。在一个5.3m直径，厚90mm的16MnR钢板上如何加工出1548个孔成为关键问题。最初方案拟采用三块120°料进行拼接。后根据受力分析，干燥机在转动时，转矩通过管板传递到干燥管上，干燥管数量多，所以转动力矩也大，采用此方法，会引起管板强度下降。通过讨论最终决定采用一块长方形板，宽大于1.4m（在中间开出φ1400的圆），另外用两块钢板补缺，拼成整圆。然后通过车床采用模具定位加工出1548个小孔，然后再阔孔到设计尺寸。这样加工复杂，但保证了管板的整体性。

图3 管板组装方案对比

1.3干燥机组装流程[4]

干燥机前端横梁安装→中心轴组装→管板焊接、组装→对中、校准同轴度→焊接筒体→穿管焊接→出汽管路组装→水压试验→安装前后端轴承箱、轴承座→干燥机运输、吊装→干燥机后端横梁安装→调标高及倾斜度→安装驱动装置→对中、校准传动部件→安装干燥机进、出料装置→安装进汽管路→安装保温层

2.干燥机吊装方案

干燥机吊装属于超过一定重量的分部分项工程，所以施工前进行了吊装专项方案的论证。根据在国外考察管式干燥机时，看到在每台干燥机下面有一小车，后经分析得知此小车是用来托起干燥机，检修干燥机轴承的。对此技术人员提出采用“拖排”就位干燥机的方案[5]。根据厂房设计，干燥机安装在厂房B列到D列之间，进料端标高11.0m，出料端标高9.0m。吊装步骤如下：

（1）支撑架基础设计时应根据总的吊装荷载设计，不小于360t;运输滑道总荷载按310t考虑。

（2）根据设备尺寸及厂房结构制作专用于干燥机吊装的支撑架、行走架、吊装扁担、运输滑道等工具，准备4台100t液压提升装置及钢绞线、猫爪等附属工具，准备1台10t卷扬机和1对30t滑轮组。

（3）安装液压提升装置及其支撑架、行走架、运输滑道，穿钢绞线，采用钢丝绳进行连接吊装扁担与干燥机、运输滑道与支撑架。

（4）15台干燥机组装后运输至现场，采用1台500t履带吊将干燥机起吊至9.5m，然后用一台30t汽车吊斜拉其进入厂房内，平稳安放在支撑架上。

（5）采用卷扬机拖动行走架至厂房内干燥机就位位置，采用4台100t液压提升装置调整干燥机位置，安装支撑梁后落下干燥机就位。

3.干燥机组装

3.1中心轴、管板组装

将分为三段的中心轴对准后进行焊接，然后整体加工到设计尺寸，这样保证了轴的同轴度。然后将孔板装在两个胎具上和中心轴组装在一起，用胎具保证孔板和中心轴的垂直度和同轴度，用螺栓和钢管将胎具和中心轴锁固，使中心轴和两块管板牢牢连接在一起。焊接环焊缝，再焊接筒体。

3.2 筒体卧式组对及找正工装

（1）直线度测量[6]

筒体环缝采用卧式组对，为方便筒体组对，可制作外夹胎具，如图4。将外胎具放在自制的平台上，利用外胎具控制筒体的整体组对后直线度Δδ≤4mm。筒节0°、90°、180°、270°四个方向焊上定位块，定位块要经过加工。用0.5 mm钢丝绳进行测量钢丝绳放在90度直角槽中，靠M10的螺丝孔来拉紧钢丝。

图4 筒体直线度测量示意图

（2）激光四点找正[6]

筒体组对质量是整个设备能否正常运转的关键，它包括所有附件为同步加工，它们的同轴度应具有一致性。采用四点激光透光找准的方法来保证机身的同轴度，可在筒体4个胀圈中焊接固定环，固定环的内圆与筒体外圆同心。固定环的内圆在加工筒节坡口时同时进行，保证同心度不大于0.2 mm。在固定环的中间套上一个定位快，定位快的中心加工1 mm的穿透孔，利用激光直线传播的特点，保证四个定位快的中心孔在同一直线上。如此来保证筒体的直线度、同心度，找正示意图如图5。

图5 激光四点找正示意图

（3）干燥机穿管焊接[7、8]

根据在国外考察，管式干燥机干燥管同管板是采用胀接连接的，但我国目前胀接技术落后，难以保证连接强度（干燥管是在管板带动下转动的），只能采用焊接。由于干燥管数量较多，人工焊接耗时大，焊接质量难以保证。经过讨论提出采用不填丝自动钨极氩弧焊工艺，电源采用直流正接，较高且持续时间较短的脉冲（峰值电流）和较小的基值电流（维弧电流），这样稳定了电弧也减少了焊缝夹钨缺陷。

图6 干燥管、管板焊接

4.干燥机水压试验

管式干燥机属于低压容器，根据压力容器设计规范，在使用前应对其进行水压试验。由于工期紧张，现场组装量大，干燥机安装决定着下一工序。针对此局面有人建议：将干燥机组装、吊装就位后，再进行水压试验。由于此方法试验时，干燥机以12°安装在钢架上，进行水压试验需向筒体内注水约60t。这样增加了干燥机轴承受力，干燥机弯曲挠度增加，影响干燥机同轴度[9]，轴同轴承箱密封间隙增大，使其运行时轴承箱漏油增大。最终决定将干燥机组装后，在地面对其进行水压试验，筒体两端安放在与筒体相同弧度的凹槽内。试压过程如下：

（1）干燥机筒体中充满水、筒体内的气体排净，筒体外表面保持干燥，当筒体壁温与水温接近时，缓慢升压至设计压力0.5MPaG，确认无漏后继续升压至试验压力0.625MPaG，稳压30分钟，然后降到0.5MPa，保压足够时间进行检查。检查期间压力应保持不变，不得采用连续加压来维持试验压力不变。

（2）设定安全溢流阀压力值为0.625MPa。

（3）检查中若无破裂、变形及漏水现象，则视水压试验合格。

（4）试压过程中如出现漏点，先做好标记，视情况决定是否需要立即停止加压，但不得带压处理和带水处理，消缺后重新进行试压。

（5）在试压过程中，记录表1、表2的压力值，读数以压力表2为准。

图7 水压试验示意图