煉廠焦化裝置抓斗滑觸線改造

張德康，劉 輝，劉 虎

（中國石油克拉瑪依石化分公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

在煉油化工行業(yè)中，抓斗是焦化裝置除焦工藝的核心設備，直接影響整個焦化裝置的高效、平穩(wěn)和長周期運行。煉化企業(yè)傳統(tǒng)的抓斗均采用拖纜滑車型工作方式，普遍存在故障頻繁，維修工作量大等問題。某石化公司焦化裝置除焦池使用4臺BGZ16-31.5型橋式雙梁抓斗，據(jù)統(tǒng)計，自2014年—2017年，4臺抓斗平均每年更換電纜等材料所需材料費約為80萬元人民幣，維保單位人工維護成本為每年71.15萬元人民幣，兩項合計每年約150萬元人民幣，運行成本非常高，尤其是近幾年屢次發(fā)生電纜短路造成抓斗跳總閘的故障，對抓斗的安全運行構成嚴重威脅，每次故障后均對抓斗拖纜線進行了大面積更換，但大修依然不能徹底解決故障率較高、安全隱患較大等問題，對抓斗的正常使用造成了嚴重影響，進而使得焦化裝置除焦工藝無法順利進行。通過滑觸線裝置對焦化裝置除焦池抓斗進行技術改造，相比較于傳統(tǒng)的拖纜技術，改造后的滑觸線裝置安全性能優(yōu)越、運行穩(wěn)定性好，正常狀況下故障率非常低，基本可以實現(xiàn)免維護。

1 抓斗改造前存在的主要問題

（1）抓斗全部采用傳統(tǒng)的拖纜，安裝型式為角鋼整體焊接型。這種型式拖纜的最大缺陷是容易產(chǎn)生水平方向類似S形、垂直方向類似凹凸形的變形，拖纜一般在使用幾年后，角鋼容易出現(xiàn)非常突出的不均勻磨損和聯(lián)接頭脫焊，磨電塊的構架常常被撞壞、固定拖纜的角鋼支架被撞彎變形，如果磨電塊的通道和磨電塊構架支座的瓷瓶被撞裂，還會導致嚴重的供電電纜擊穿，造成供電線路被燒毀。

（2）拖纜支架的角鋼一般截面積都比較薄，滑線在變形比較嚴重的情況下會產(chǎn)生不規(guī)則的變形力，該變形力強度較大，很容易將絕緣瓷瓶破壞，甚至造成角鋼聯(lián)接頭部位的脫焊，對抓斗的正常操作使用造成嚴重不利影響。

（3）抓斗的使用一般都比較頻繁，拖纜在長期移動過程中非常容易產(chǎn)生軌道卡澀、電纜絕緣層被擠壓等現(xiàn)象，一旦電纜絕緣外皮破損會引起短路，造成打火花現(xiàn)象并導致小車總電源跳閘。

（4）焦化裝置除焦池的特點是水蒸氣大、濕度大、空氣中腐蝕性氣體濃度大，抓斗拖纜長期處于這種工作環(huán)境，固定拖纜的角鋼支架和大車行走的軌道非常容易被銹蝕，銹蝕層引起供電線路導電性下降，容易造成抓斗大車電源頻繁跳閘。

2 滑觸線改造

2.1 改造關鍵技術

（1）采用安全式滑觸線技術，該技術的先進性體現(xiàn)在：首先，完全取代了傳統(tǒng)的拖纜滑線，依靠集電器在H形不銹鋼槽內(nèi)滑行來獲得供電，導體供電可靠，電能質量高，輸送電量大。其次，供電導體阻值很小、電流大、壓降小。再次，導體嵌入絕緣殼體的結構，有效避免了單相接地、相間短路和人身觸電事故。

（2）安全滑觸線技術的供電主要由滑觸線總成承擔，其核心部件為滑觸線，主體由H形型材鑄造，內(nèi)部設計成上拱形，腔體內(nèi)部是不銹鋼材質的V字形內(nèi)襯，內(nèi)襯耐磨性能優(yōu)良，不銹鋼內(nèi)襯與集電器的碳刷相互直接接觸，從而實現(xiàn)了滑動過程中通過摩擦取電。與此同時，采用完全絕緣的工程塑料作為滑觸線外殼，安裝后不會有導電部分裸露，保證了滑觸線的安全。

（3）在滑觸線主體部分設計了伸縮縫，經(jīng)過現(xiàn)場反復測繪，最終將熱膨脹伸縮縫的規(guī)格確認為3 mm，并設計了按鈕進行在線轉換，徹底解決了軌道熱脹冷縮易變形的難題。同時為了保證供電的連續(xù)性，伸縮縫處滑觸線采用軟銅線連接。

2.2 改造方案

2.2.1 滑觸線的選用

直流起重機的滑觸線大都采用方鋼；大中型起重機及焦爐的裝煤車、推焦車等一般選用鋼軌或角鋼；小型起重機課可以選用扁鋼、圓鋼等。焦化抓斗由于噸位大、使用環(huán)境惡劣，本次改造通過大量調(diào)研和討論，最終選擇銅質滑觸線而非鋼制滑觸線，主要基于4點考慮。

（1）鋼質滑觸線具有加工方便、一次性投資成本低等優(yōu)點，但存在導電率低、壓降大、能耗高等問題。銅質滑觸線相較而言具有很多優(yōu)點，如質量更輕、載流量更大、導電率更高、維護便捷等，銅質滑觸線更適用于大噸位吊車和高溫腐蝕等惡劣環(huán)境。

（2）銅質滑觸線化學穩(wěn)定性較強。鋼質滑觸線抗氧化性較差，在潮濕和腐蝕環(huán)境中很容易被腐蝕。鋼質滑觸線一旦發(fā)生腐蝕，會產(chǎn)生氫氧化物，進而破壞導線絕緣層，造成抓斗電機三相電流不平衡，嚴重時可能燒毀電機。銅的抗腐蝕性和耐高溫等化學特性都非常好，使用銅質滑觸線可以避免此類事故的發(fā)生。

（3）銅質滑觸線物理特性優(yōu)良。使用銅質滑觸線可以顯著延長滑觸線的使用壽命，對于提高煉油化工企業(yè)工藝生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有重要意義。目前，大部分煉廠的抓斗都使用鋼質滑觸線，當滑觸線長度＞60 m，使用壽命超過3 a后，一般都很容易出現(xiàn)內(nèi)部鼓包外部偏移的變形現(xiàn)象，對抓斗的安全穩(wěn)定運行非常不利。

（4）銅質滑觸線的安裝與維護具有很多便捷性。銅的密度遠大于鋼材，但銅和鋼的電阻率之比為1∶6.8，這說明在通過同樣載流量的前提下，使用鋼質滑觸線，支架體積比銅質滑觸線要大的多。所以，銅質滑觸線本身具備結構緊湊的特點，施工安裝時方便且非常節(jié)省空間。

2.2.2 滑觸線的布置

本次改造滑觸線支架采用50 mm×50 mm×5 mm角鋼焊接，支撐點采取懸吊夾和緊固夾相互間隔安裝方式，前后大梁鉸點為0點，前后平均布置，間距為2 m。為了保證碳刷在過鉸點時不出槽，滑觸線在鉸點位置使用鉸點對接器進行導向固定，抓斗前大梁滑觸線供電通過鉸點后大梁側的接線箱用電纜連接。

2.2.3 滑觸線的安裝

本次焦化裝置除焦池抓斗改造使用的滑觸線每根長度為6 m，兩根滑觸線之間使用中間接頭進行連接。由于整個除焦池跨度非常大，安全滑觸線的全長大約為800 m，為了抵消滑觸線的熱脹冷縮效應，考慮每隔180 m加裝一套延伸裝置。單根滑觸線在安裝時選擇使用角鋼支架，并將支架焊接在軌道鋼結構上，之后安裝導電器，導電器的安裝要點是要求導電器與滑觸線在同一方向上，以保證導電器和滑觸線有良好的接觸。

2.2.4 滑觸線的壓降

由于除焦池的跨度大，滑觸線全線長度較長，因此在設計安裝時必須充分考慮到供電電壓降的問題。滑觸線的供電示意圖如圖1所示，其設計原則是首先根據(jù)抓斗的大小計算出額定電流，對滑觸線初步選型。其次是計算出抓斗啟動時的最大啟動電流，也就是啟動電流峰值Imax，再根據(jù)電壓降進行校驗。

圖1 供電示意

2.2.5 滑觸線的檢修

傳統(tǒng)抓斗的維護工作量非常大，尤其是更換拖纜屬于高空臨邊作業(yè)，安全風險極高。本次通過滑觸線進行改造后，巧妙地將多級母線全部集成在一根H形的滑觸線當中，屬于組合安裝，當某一根滑觸線出現(xiàn)故障，只需將其進行更換，更換過程可以在線進行，不影響工藝生產(chǎn)，同時由于滑觸線是標準件，維修人員無需高空作業(yè)，僅需在除焦池檢修通道上就可以快速拆裝，既安全又便捷。

3 結論

（1）原有的拖纜滑車極易發(fā)生拉傷、損壞電纜的故障，當機械限位開關失效時甚至會擠斷小車電纜，造成打火跳閘，具有非常大的安全隱患。采用滑觸線后代替了小車電纜，從而徹底解決了上述問題。

（2）大大延伸了大車行程。原有的拖纜滑車電纜占據(jù)了相當大的空間，抓斗大車無法行走至除焦池東西兩個端點，致使焦池東西兩側的焦炭無法抓取，給正常除焦工作帶來一定困難，改用滑觸線后徹底解決了這一難題，目前抓斗大車幾乎可以行走至除焦池東西兩端之外的極限位置。

（3）改造后大大降低了維修成本和維修難度。原拖纜損壞后需要更換整根120 mm2的銅芯電纜，成本高、難度大、耗時久。改造后滑觸線1根6 m，如有損壞可單獨在線更換，另外，如果由于暴曬、腐蝕等原因造成滑觸線外層絕緣部分損傷，只要內(nèi)層導電材料完好，僅需更換外層絕緣護套就可以處理故障，大大降低了維修成本和維護難度。

通過對某石化公司焦化除焦池抓斗的改造，徹底擺脫了抓斗過去安全隱患大、故障率頻繁、維修成本高、維護難度大的局面。本項目經(jīng)過近1 a的實踐證明獲得了全面成功，說明改造特別適合于焦化除焦池這種露天、環(huán)境惡劣的場合使用，是一個可值得全面推廣應用的技術，對于其他煉油化工企業(yè)也具有借鑒意義。