焙燒爐熱偶支架改進

彭中海 陳峰（蘭州石化公司催化劑廠，甘肅 蘭州 730060）

旋轉式焙燒爐是分子篩生產過程中的關鍵設備，焙燒是使分子篩脫出水分、形成獨特晶格狀的作用。焙燒爐轉筒外部用高溫煙氣加熱，轉筒內通入過熱蒸汽，從而在爐筒內形成一定的氣氛溫度，使分子篩在脫水的同時發生脫鋁補硅反應，來提高分子篩的硅鋁比，晶包收縮達到所需求的特征性能。因此焙燒爐的運行質量關系到催化劑品質的好壞。2007年催化劑二套分子篩采用了旋轉閃蒸預干燥工藝，經閃蒸干燥后物料成粉末狀，然后進入焙燒爐，焙燒爐的運行環境較改造前應用漿式干燥器預干燥后進入焙燒爐，物料得到極大地預干燥效果，焙燒爐的運行環境得到了大大的改善，改造后爐筒運行較平穩，爐筒由于受熱不均而發生斷裂的問題幾乎不再發生。但是爐筒溫度測量部件熱偶套管及支架由于各方面原因，問題較多，熱電偶常出問題，導致設備不能長周期運行，往往開上2-3個月就要停工檢修一次，由于焙燒爐內溫度高，空間狹小，因而每次檢修都需要降溫及清理物料，檢修難度大、檢修時間較長，嚴重影響了催化劑的生產。

針對焙燒爐套管及支架易壞這一問題，檢修時對焙燒爐內熱電偶支架其進行了改進，延長了檢修周期，確保了催化劑的正常生產。

焙燒爐基本參數;

爐筒規格型號:（直徑×壁厚×長度）φ1100*12*24200

材質:0Cr25Ni20

操作溫度:≦840℃

物料停留時間:0.5-2h

爐筒傾角:1○

熱電偶長度:8m，10m

1 問題提出及分析

二套分子篩4臺焙燒爐連續運行4個月后，爐筒內熱偶支架總會出現脫落，不能繼續使用，被迫停工檢修。檢修需要爐子降溫熄火，待具備檢修條件后方可進人檢修。從準備檢修到檢修完成能從新進料生產，往往需要4-7天時間，這一期間打亂生產安排，嚴重時影響產品的市場供應；同時脫落的部分熱偶支架，掉入爐尾攪拌罐內，遇到高速旋轉的攪拌器，損壞攪拌器。

因而搞好每次檢修，解決熱電偶使用周期達到延長焙燒爐的使用周期，成了迫切需要解決的問題。

現在使用的熱偶支架存在的問題:

1.1 由于熱偶套管固定在爐尾的儲料箱上，爐子旋轉時，爐筒內熱偶套管不轉，這樣熱偶套管與熱偶支架間形成相對運動，接觸部位產生摩擦磨損，使用中，熱偶套管壁漸漸磨薄；同時爐筒內高溫物料進行干燥時，存在多種腐蝕性介質，比如存在H+，cl-，NH4+，RE+等腐蝕性離子對熱偶套管新磨出的部分進行腐蝕。加速了熱偶套管減薄，套管很快形成薄弱點。

1.2 在以往的檢修時熱偶套管與爐筒沒有進行很好的同心處理，熱偶套管焊接好后，在爐筒旋轉時，熱偶套管在固定點產生彎曲。在爐筒周期性旋轉時，熱偶套管周期性彎曲變形，在套管的薄弱部位易形成疲勞斷裂。根據每次檢修爐筒內熱偶套管斷裂部位檢查，斷裂部位往往發生在熱偶支架固定支承磨損部位，或是在熱歐套管對接焊縫處。

1.3 每次檢修時還可能發現另一種失效形式:熱偶支架脫落，熱偶套管彎曲變形，就其原因是焊接時熱偶套管支架未焊接牢固，爐筒升溫旋轉后，在物料的擠壓下固定熱偶套管的支架焊縫腐蝕脫開，繼而支架脫落，熱偶套管在高溫下，在爐內撓動變形，形成熱偶套管失效。

2 針對問題解決方案

2.1 熱偶套管選擇時，盡量選用整根（8m以上，因熱電偶長8m）較長DN50無縫管作為熱偶套管，避免套管對接形成薄弱部位。若沒長管線不得不對接時，兩根對接管線需選用同等壁厚，嚴禁不同壁厚進行對接。并且在對接處兩內口需用拋光機倒角R=1mm（方便穿熱偶）；外口兩對接管需打30角破口，在嚴格按照焊接工藝進行焊接。

2.2 針對熱偶套管易腐蝕磨損減薄，形成套管薄弱點，繼而斷裂這一特點。方案是熱偶套管磨損部位加套保護起來，避免直接接觸受磨損。施工時套管外加保護套，熱點偶支架加襯套。爐筒旋轉運動時，其保護套與襯套形成相對運動產生磨損，熱偶組裝方式見下圖。為了得到好熱偶支架制作精度，除熱偶套管外所有部件來源于機加工。

2.3 安裝要求

安裝時首先要確定熱偶固定支撐架的安裝位置，對所有焊接部位需進行打磨拋光，除去銹蝕及雜物。其次需確定如圖所示a1安裝尺寸。a1是安裝時，爐子靜態時爐頭滾圈與上限位的距離（需安裝時現場測量）；

2.4 施工時先以可調節臨時支架確定熱電偶套管與爐筒的中心，再以臨時支架作熱電偶支架中間固定圓環，再確定熱電偶套管與爐筒在同一圓心上后，固定熱電偶支架，拆除可調節臨時支架。熱電偶套管安裝時與固定環間隙控制在10mm以內（直徑）。

2.5 焊接（0Cr25Ni20材料）

焊條采用CHS407，在250℃烘烤干燥1小時，用保溫桶盛裝，以保持焊條的干燥；使用八小時后，再次烘干后方可使用。

規格Φ4 Φ3焊接電流A 140～170 90～110焊接電壓V 22～26 20～24焊接速度mm/min≥130≥100層間溫度℃60 60

2.6 尺寸計算:

因爐子受熱時向爐尾端伸長（前提，限位輪在爐頭），而熱偶套管固定在儲料箱上，受熱膨脹時會向爐頭端伸長，因此爐筒內固定的熱偶支架與熱偶套管在爐溫升降過程中會形成相對滑動，其最大滑動量就是套管磨損的長度。為保護套管，安裝在磨損部位的襯套長度就是a2就是b1熱偶支架接觸處爐子及熱偶支架膨脹量位移量與b2正常運行時限位輪處爐子竄動量以及b3套管與熱偶支架固定環接觸長度，三者之和。

爐子受熱膨脹伸長量:△L=L*a*(t2—t1)=（24.2-1.3）*17.1*10-6*（840-20）=0.321m

其中:t2=840℃（爐筒運行最高溫度）

t1=20℃（爐筒冷態時最低溫度）

0Cr25Ni20膨脹系數a=17.1(μm/m)·°K

0Cr18Ni9Ti膨脹系數a=12.4(μm/m)·°K

爐長L=24.2m

前托輪離爐頭爐筒端面距離為:1.3m

因爐筒膨脹系數a（0Cr25Ni20）=17.1(μm/m)·°K＞熱偶套管膨脹系數 a（0Cr18Ni9Ti）=12.4(μm/m)·°K，可以用爐筒受前托輪后端受熱膨脹量來代替熱偶支架接觸處爐子及熱偶支架膨脹量位移量。

襯套長度a2=爐子的正常運行時爐子伸長量△L+套管與熱偶支架固定環長度+爐頭托輪與兩限位輪之間距離（b1+b2+b3）

計算:襯套長度a2=302+60+80=442mm

3 結語

3.1 通過上述方案的實施，較完滿地完成了熱偶支架及套管的優化改進，從改造效果看目前運行良好。

3.2 熱偶套管壁厚選擇。熱偶套管壁薄時，在高溫爐筒內易導致套管發軟變形；但是壁厚較厚時套管自身重量也會導致套管彎曲變形，因而套管的壁厚選擇還需要進一步探討。

3.3 a1，a2的尺寸是關鍵點，安裝時需嚴格保證其尺寸，否則還會出現熱偶支架故障率高的問題。

[1]煉化設備手冊.蘭州大學出版社,李家民.

[2]催化劑廠二套分子篩操作規程,2009版.

[3]焙燒爐檢修規程,催化劑廠.