大型蒸汽管式干燥機的組裝與分析

尤清華，孫煥鋒，任 賀

（1.北京電力設備總廠，北京 102401；2.中國能建集團裝備有限公司，北京 100007）

0 概 述

截止2010年底，我國已探明的褐煤保有儲量約1 903億噸，占全國煤炭儲量的13%［1］。目前，褐煤主要用于坑口電廠的發電以及煤化工。由于褐煤具有水分高、揮發分高、發熱量低等特點，褐煤的大規模開發利用和作為原料轉化利用都受到較大限制。近年，我國已提出將褐煤干燥后再進行煤制氣、煤制烯烴、發電等重大技術方針。

大唐國際多倫煤化工項目是我國“十一五”規劃重大化工項目之一，涵蓋氣化、變換、低溫甲醇洗、甲醇壓縮合等四大工序。該項目從2008年開始建設，整個工藝系統的第一步就是將褐煤干燥。我國早在上世紀90年代末，在化工行業對PTA進行干燥時，采用引進國外的內加熱蒸汽管式干燥機［2］，該設備單臺處理量約100t／h，設備進口的費用較高，又因該設備的干燥效果未能使褐煤水分≤10%，沒能達到煤制氣的要求，所以，該設備不能應用于該項目。通過調研，德國研制管式干燥機的歷史已有100多年。由于管式干燥機運行安全可靠，干燥程度較高，在褐煤氣化方面得到了廣泛應用，決定采用管式干燥機。但是，國外管式干燥機的價格高（是國產價格的3倍），因此，從2006年開始，我公司開始研發和設計管式干燥機。

管式干燥機直徑為5.3m，總長約10.3m，傾斜傾角為12°，單臺設備的蒸汽管數量為1 548根，單管長8m，總體重量225t，是煤氣化關鍵設備之一［3］。管式干燥機的設計與組裝質量，直接關系到該項目的整體建設。

1 干燥機組裝方案的確定

1.1 干燥機的組裝

管式干燥機是一個傾斜的多管式回轉圓筒，其筒體直徑較大，1 548根干燥管通過前后端的管板固定。中心軸長約10.3m，支撐在筒體外兩端的軸承座上，大齒圈安裝在干燥機前端，電機通過減速器帶動小齒輪，小齒輪再與大齒輪嚙合傳動，干燥機的額定轉速為8r／min，管式干燥機的結構外形，如圖1所示。根據輸煤車間的布置，干燥機前端安裝在11 m鋼梁平臺，后端安裝在9m平臺［4］。

圖1 管式干燥機的結構

由于干燥機單機重量大，整體直徑達5.3m，結構較復雜，若在制造廠內組裝，可節省不少在現場安裝的費用，且制造廠的工裝器具較為齊全。但在制造廠組裝后，需整體運輸，設備加上車體的高度達6 m，超過我國公路運輸限高的要求。經討論，決定將干燥機的中心軸、干燥管、管板、筒體（分三段）、進出料裝置、進出汽管路、傳動裝置等部件，在制造廠內加工成組件，再運輸到現場進行組裝。

1.2 中心軸組裝方案選擇［5］

根據受力分析，中心軸承載著設備的重量，所以，中心軸的組裝精度，直接關系到干燥機的平穩運行。關于中心軸的組裝主要有2種工藝方法，第一種：將中心軸制造成1根整軸進行熱處理和機加工，這樣能保證干燥機的各段軸頸有較好的同軸度。根據對國外干燥機制造的調研，是將中心軸做成1根整軸，制造廠需具備大型軸類設備的機加工能力。但是，此工藝方案使管板同軸環縫的焊接形式改為立焊，增加了焊接難度，且消除焊接應力的難度較大。第二種，通過干燥機的受力分析，干燥機的載荷主要集中在中心軸前后端的軸頸處。因此，可將中心軸分為三段制造，再現場組焊。前端軸頸及后端軸頸材料，采用了ZG35GrMo高合金鋼。此種方案中，對中心軸同軸度的調整、空心軸內外焊接及消除應力是關鍵的控制工序。根據現有的制造條件，決定采用第二種工藝方法進行中心軸的組裝。中心軸組裝的劃分，如圖2所示。

圖2 中心軸的組裝劃分

1.3 管板組裝方案選擇［5］

管板制造和組裝的精度要求較高，是干燥機安裝時的重要工序。管板直徑為5.3m，厚90mm，材質為16MnR，需加工1 548個管孔。最初方案是擬采用3塊120°料進行拼接。經受力分析，干燥機在轉動時，轉動力矩較大，這種拼接方法將引起管板強度的下降。通過比較，最終決定采用1塊長方形板，寬大于1.4m（板中間需開孔?1 400），另外再用2塊鋼板補圓，拼成整圓。管板組裝方案的對比，如圖3所示。管板的拼焊完成后，采用模具定位的方法，在機床上加工1 548個基孔，然后再擴孔至管孔尺寸。這種加工工藝較繁復，但保證了管板的整體性。

圖3 管板組裝方案對比

1.4 干燥機的組裝流程

干燥機前端橫梁安裝→中心軸組裝→管板焊接、組裝→對中、校準同軸度→焊接筒體→穿管焊接→出汽管路組裝→水壓試驗→安裝前后端軸承箱、軸承座→干燥機運輸、吊裝→干燥機后端橫梁安裝→調整標高及傾斜度→安裝驅動裝置→對中、校準傳動部件→安裝干燥機進、出料裝置→安裝進汽管路→安裝保溫層。

2 干燥機吊裝方案

干燥機體積大而重，吊裝方案需經專項論證。國外安裝管式干燥機時，在干燥機下方置有小車，此小車可承托干燥機，也可用于檢修干燥機軸承。為此，技術人員提出采用“拖排”就位干燥機的方案［6］。根據廠房的設備布置，干燥機安裝在廠房B列到D列之間，進料端標高11.0m，出料端標高9.0m。干燥機的吊裝步驟：

（1）根據總體吊裝荷載計算，支撐架基礎的載荷不小于360t；運輸滑道總載荷按310t考慮。

（2）根據設備尺寸及廠房結構，制作專用的干燥機吊裝支撐架、行走架、吊裝扁擔、運輸滑道等工藝裝備，準備4臺100t液壓提升裝置及鋼絞線、貓爪等附屬工具，準備1臺10t卷揚機和1對30t滑輪組。

（3）安裝液壓提升裝置及支撐架、行走架、運輸滑道，穿鋼絞線，用鋼絲繩連接吊裝扁擔與干燥機、運輸滑道與支撐架。

（4）將15臺干燥機組裝后，運輸至吊裝現場，采用1臺500t履帶吊將干燥機起吊至9.5m高度，然后用1臺30t汽車吊，斜拉干燥機進入廠房，再平穩地吊放在支撐架上。

（5）用卷揚機將行走架拖動至廠房內干燥機的就位位置，利用4臺100t液壓提升裝置，調整干燥機的安裝位置，安裝支撐梁后，吊放干燥機就位。

3 干燥機組裝

3.1 中心軸與管板的組裝

將分為三段的中心軸對準后進行焊接，再整體加工到設計尺寸，保證軸的同軸度。然后，將管板裝在2個胎具工裝上與中心軸組裝在一起。使用胎具工裝是為了保證孔板與中心軸組裝的垂直度和同軸度，用螺栓及鋼管將胎具和中心軸鎖固，使中心軸和2塊管板按圖紙要求進行連接。先焊接中心軸環焊縫，再進行筒體焊接。

3.2 筒體臥式組對及找正工裝

（1）直線度測量

筒體環縫的對接采用臥式組對，為方便筒體對接，可制作筒體外夾胎具工裝。將外夾胎具放在自制的平臺上，利用外夾胎具控制筒體的整體的對接，對接后的筒體直線度Δδ≤4mm。在筒節0°、90°、180°、270°四個方向焊上定位塊。鋼絲繩放在定位塊90°的直角槽中，用 M10的螺栓拉緊?0.5mm鋼絲繩進行測量，如圖4所示。

圖4 筒體直線度測量示意圖

（2）激光四點找正［7］

筒體的對接與裝配是整個設備能否正常運轉的關鍵，所有附件均需同步加工，各附件的同軸度應具有一致性。采用四點激光找準的方法，可確保筒體機身的同軸度。在筒體4個脹圈中焊接固定環，固定環的內圓應與筒體的外圓同心。固定環內圓與筒體坡口的加工應同步進行，保證同心度不大于0.2 mm。在固定環的中間，需套上1個定位塊，在定位塊中心，鉆有1mm的穿透孔，利用激光直線傳播的特點，保證4個定位塊的中心保持在同一直線上。以保證筒體安裝的直線度及同心度。利用定位塊找正的示意圖，如圖5所示。

圖5 激光四點找正示意圖

3.3 干燥機的管子管板焊接

國外管式干燥機的管子與管板連接，是采用脹接形式，但根據我國目前的技術狀況，認為采用管子管板焊接的方式比較穩妥。由于干燥管的數量較多，人工焊接耗時大，焊接質量難以保證，決定采用不填絲自動鎢極氬弧焊進行焊接，焊接電源為直流正接，焊接電流的脈沖較高且持續時間較短的（峰值電流）和較小的基值電流（維弧電流），這樣可穩定焊接電弧，減少了焊縫夾渣等缺陷。干燥機的管子管板焊接，如圖6所示。

3.4 軸承座與軸承箱的安裝

圖6 干燥管與管板的焊接

組裝軸承前，首先應確定軸承的初始游隙。組裝后，采用塞尺檢查剩余游隙，并對過盈量進行調整（在軸承的自然狀態下測量初始游隙，然后逐漸壓入錐套測量剩余游隙，用初始游隙減去剩余游隙就是過盈量）。

軸承箱組裝應在干燥機本體組裝完成后進行，軸承箱內零件已在制造廠裝妥，無需在現場進行任何調整。為了軸承箱就位方便，先將出料端軸承箱按裝配位置進行初步定位。軸承箱在廠內組裝后是經過封存防銹處理的，現場安裝過程中，不要隨便打開軸承箱蓋和各個進油管路接口，避免濕空氣進入使內部零件發生銹蝕。

3.5 傳動裝置安裝

（1）在傳動部分的滾動軸承內，涂抹占1／3軸承空間的鈣基潤滑脂（黃油），所有螺栓的螺紋表面應涂抹 MoS2鋰基潤滑脂，然后再擰入螺孔。

（2）組裝前，應將各零部件清洗干凈。檢查傳動裝置內部，應無雜質存在。

（3）裝配齒輪幅

大齒輪是安裝在干燥機筒體上，運行時，干燥機內部將接入約170℃的蒸汽。因此，大齒輪會有軸向和徑向的位移和熱變形。首先，將已組裝完成的傳動部分，以大齒輪齒寬中間為準，與小齒輪的齒寬對齊，再轉動大齒輪1～2周，觀察齒輪的嚙合情況，應保證齒輪側隙為0.780～1.181mm，進一步細調小齒輪的位置。然后，將傳動部分整體向大齒輪右側移動。以大齒輪右端面為準，確定小齒輪右端面位置。必要時，依靠傳動部分整體的細微移動，將齒輪安裝在正確的位置上。

（4）齒輪幅的接觸檢查

用紅丹粉涂色于小齒輪的齒上，轉動大齒輪1周后，觀察大齒輪的著色區，保證接觸區位于大齒輪齒高和齒長方向的中部，小齒輪齒高的中部。干燥機冷態時，大齒輪還未產生熱位移，所以，小齒輪在齒高方向的接觸區，可在中間偏上的區域內。

（5）齒輪傳動位置確定后，不需再調整。此時，可將調整墊鐵與系統基礎焊接固定。

4 干燥機水壓試驗

管式干燥機屬于低壓容器，根據壓力容器設計規范，應進行水壓試驗。由于工期緊張，曾提出將干燥機組裝就位后，再進行水壓試驗。水壓試驗前，需向筒體內注水約60t，增加了干燥機軸承的受力，使干燥機的彎曲撓度增加，可能影響干燥機同軸度。最終決定，將筒體兩端安放在與筒體相同弧度的凹槽內，在地面進行水壓試驗。

4.1 試驗準備

（1）將干燥機水平放置在凹槽托架上，確保中心軸與地面平行；干燥機機體各連接部位的緊固螺栓必須裝配齊全，緊固妥當。

（2）試驗用水應潔凈、無腐蝕性，溫度不低于5℃；安裝泵水試驗的排水管道；試驗用壓力表在校檢期內，量程為試驗壓力的1.5倍，精度1.5級，且在排氣管1和機體兩處安裝完畢。水壓試驗的示意圖，如圖7所示。

圖7 水壓試驗示意圖

4.2 試壓

（1）用水充滿干燥機筒體，排凈筒體內的氣體，筒體外表面應保持干燥。當筒體壁溫與水溫接近時，緩慢升壓至設計壓力0.5MPa，確認無泄漏后，繼續升壓至試驗壓力0.625MPa，穩壓30min，再將壓力降至0.5MPa，然后進行保壓并檢查是否存在泄漏。檢查期間壓力應保持不變。

（2）設定安全溢流閥壓力值為0.625MPa。

（3）試壓后，若無變形及泄漏等現象，則水壓試驗合格。

（4）試壓過程中如出現漏點，應做好標記，卸壓消缺后重新進行水壓試驗。

5 結 語

對管式干燥機的組裝工藝進行了分析，將干燥機的中心軸分為三段在現場進行組裝和焊接，解決了不具備大長軸的機加工問題。通過制作外夾胎具，控制筒體對接時的直線度，采用四點激光找準的工藝方法，確保筒體機身裝配的同軸度。采用不填絲自動鎢極氬弧焊工藝，對管子與管板進行焊接，調整了焊接參數，保證了干燥機整體性強度。吊裝時，利用拖排支撐架，采用卷揚機拖動的方式，將管式干燥機吊裝至廠房內的正確位置。