臥式三旋分離單元技術改造與安裝

楊慶偉，彭健敏

(西安市三橋機電設備有限公司，陜西 西安 710065)

第三級旋風分離器（簡稱“三旋”） 是催化裂化裝置能量回收系統的關鍵設備。中國石化鎮海煉化分公司煉油一部300萬t/a催化聯合裝置（三級旋風分離器分離單元） 于1998年投入使用。

2016年裝置擴能為340萬t/a。考慮到PT-Ⅱ型單管使用壽命一般為10年，且多次檢修也發現部分旋風管排塵口有磨損。為保證三旋設備分離效率，確保煙機正常運轉，準備對原有內件進行更新，整體更換三旋分離單元。

1 設備技術參數

此三旋系臥管式，外殼體尺寸 Φ6200×22746×24/18，內件直徑 Φ4200×13742×14，內置PT-Ⅱ型旋風單管288根，由中國石化洛陽石油化工工程公司設計，西安市三橋機電設備有限公司負責制造、安裝。設計壓力0.35MPa，介質煙氣、催化劑、隔熱耐磨襯里厚度150mm，內件分離單元材質S30408，煙氣入口直徑Φ2100×24，出口直徑 Φ2200×14。

2 改造原則

1）分離單元中，分離單管、錐形吊筒、中心管、連接封板、吊筒下錐體及下泄料管等部件，要按現有規范優化設計和制造；其幾何尺寸與現役設備保證一致。

2）在分離單元中的吊筒下錐體內，新增設格柵，以防三旋頂部較大塊襯里脫落，堵塞下泄料管。

3）在三旋殼體灰斗及錐體段內卸料口上方，新增設格柵，以防三旋筒體頂部、鏈接錐體處較大塊襯里脫落，堵塞泄料口[1-2]。

3 改造技術方案

1）由于三旋外殼體完好，本次只改造三旋設備的內構件——分離單元。外殼利舊三旋更換方案分別為:

方案一:筒體上部環縫處打開（直徑φ6200）

方案二:上部變徑段處打開 （直徑φ4950）

方案三:下部錐體段處打開 （直徑φ4950）

3.1方案一

原三旋的288根PT-Ⅱ型單管，由于使用時間較長，已超過設計使用壽命。為了保證設備分離效率，確保煙機正常運轉，重新制造三旋分離單元，對原有內件予以更新。整體更換三旋分離單元、下泄料管，并增設格柵。詳見圖1。

分離單元更新，詳見圖2。

此方案的優點是，在原筒體上部環縫處（直徑φ6200）打開，拆、裝內構件，重新組焊合口后，無十字焊縫，符合GB150.4-2011《壓力容器制造、檢驗和驗收》第6.5.5.d)條“不宜采用十字焊縫”。

圖1 方案一示意圖

圖2 分離單元更新圖

現場施工周期≤22天。此外，內件更換方便，快捷；在制造廠內一次性按新造的PT-Ⅱ單管的壓降試驗數據設計排列的“布管圖”安裝好分離單管，制造質量有保證。上部質量約49t，更新的分離單元整體金屬質量約49.5t。

改造內容由PT-Ⅱ型旋風管288套和錐型外吊筒、內吊筒三部分組成（件號9-0），是三級旋風分離器的核心和關鍵部件。其制造、安裝質量的好壞，決定三級旋風分離器分離效率和整個催化系統正常運行的重要環節。

3.2 方案二

此方案的缺點是，在原殼體上部變徑段處打開 （直徑φ4950），拆、裝完內構件，重新組焊合口后，會出現十字焊縫。

現場施工周期≤20天（焊縫相對縮短3.93m），上頭蓋重約45t。

3.3 方案三

此方案的缺點是，在原殼體下部錐體段處打開 （直徑φ4950），拆、裝完內構件，重新組焊合口后，也會有十字焊縫。

現場施工周期≤20天（焊縫相對縮短3.93m）；切開的下錐體質量約10t。

鑒于方案二及方案三，存在一些不足之處，為保證設備在未來開車運行中的長期穩定，最后確定采用方案一。

4 質量控制

4.1 制造要求

1)分離單元制造過程中PT-Ⅱ型旋風管的制造與安裝技術要求相當高:入口尺寸與筒體尺寸誤差，必須控制在最小值的范圍，排氣管、錐體、返混錐的同軸度，由專用的工裝夾具來保證完成。

2)另外一個難點在于旋風管的安裝。旋風管的分布，按壓降的大小自上而下分層排布，上下、左右相鄰單管之間的壓降差要小，應≤5%。旋風管需保證在同一個傾斜20°平面上，上下差別≤±0.25°。每一排入口的水平度和每一列的平行度的基準須進行嚴格控制，不得超標。所以一直以來，分離單元都是由制造廠整體完成后運抵現場。這樣一來可大幅縮短現場安裝時間。隨著重油催化裂化裝置處理量的提高，操作有時會發生設備短時間超溫，造成熱膨脹補償困難。借此機會，對原補償器進行更換，排除原補償器因長期高溫運轉潛在的不利因素。

3)由于原設備為西安三橋公司制造，原則上仍由其在原三旋基礎上負責單管的“布管圖”排布設計，并把三旋內件雙錐筒體、單管作為一個整體---分離單元與下泄料管（件號2-0） 一并供貨。

4.2 制造實施

1） 連接封板 （編號9-6）。應與錐形吊筒（編號9-3）相應貼合部位曲率半徑相同，以保證貼合。連接封板外徑φ400mm，內徑按實際形狀切割并符合詳圖Ⅱ的要求。為此，技術工程人員，設計有“18層專用內孔激光切割數據表”及檢驗用樣板。

逐個進行編號、標記檢查，激光切割加工尺寸符合圖樣和工藝要求。

2） 噴涂。單管（編號9-7-0） 的防返混錐內壁及其兩個槽口與單管的錐體下端200 mm高內壁，噴涂（底層Ni/Ai，耐磨層X-40） 硬質合金，厚度為0.2～0.3mm，顯微硬度≥700HV。對此，噴涂采用干航空發動機部件技術，由專業單位施工完成，并附有相應檢測報告。

噴涂過程中旋風管段不得變形。正式噴涂前應噴涂兩件試樣。將噴涂好的試樣，用電爐加熱到800°C，保溫20 min，從爐中取出立即投入常溫水中，此為一次熱沖擊試驗。如此反復進行10次，然后進行目測檢查，涂層不允許有裂紋、鼓包或脫落。

檢驗合格后再按相同工藝進行產品噴涂。中間還可隨機抽檢產品進行熱沖擊試驗。

3）無損檢測。錐形吊筒與中心管的對接焊縫要進行20%射線（RT）探傷Ⅲ級合格，執行標準NB/T47013.2-2015。錐形吊筒和中心管與單管之間的連接焊縫要進行100%滲透（PT） 探傷Ⅰ級合格，執行標準NB/T47013.5-2015。

4） （總圖技術要求第4條）錐形吊筒和中心管的同軸度公差φ5mm，技術控制如下:

①橢圓封頭（編號9-2） 成型后，其內外表面中心要標注、用鋼針劃好“十字線”，用于工廠內及現場框架上（設備殼體里） 吊中心線-“基準”（安裝現場用）；

②中心管（編號9-4）成型后（未與編號9-5過度段組焊前），在其上口向下100 mm內、外表面處，用鋼針劃上“環向線”-（組裝水平）“基準”（安裝現場用）；在其外表面用鋼針劃16排縱線（組裝單管Y-Y方向φ89升氣管-基準）、18層環形線（用于:開單管升氣管φ9孔位）；開288--φ91孔，專用工具畫線，專用樣板檢查，“專用工裝”試開好的孔。

③ 錐形吊筒（編號9-3），其上口段向下200 mm外壁面、下口段向上100 mm外壁面，在畫展開料扇形面時，就用鋼針劃好（組裝水平）“環形線”-基準；在其外表面用鋼針劃16排縱線（組裝單管Y-Y方向的錐體、筒體-基準）；在“環形線”-基準上裝專用掛線板，用于組裝單管Y-Y方向防反混，標高定位、環向角度。

④中心管（編號9-4） 與錐形吊筒（編號9-3），其相對的標高、環向孔位的角度，采用“專用工夾具”來控制。

⑤ 單管與中心管（編號9-4） 及錐形吊筒（編號9-3）組裝，采用錐形吊筒上的“專用掛線板”及單管固定“傘狀夾具”，來控制。

5） PT-II型（右） 旋風器 （編號9-7-0） 單管組合件。

①筒體加工:尺寸、坡口、標記、成型，按圖樣及制造工藝。

②單管的入口角度（7°），其偏差≤0.5°，尺寸偏差≤±0.5mm。對此，采用對應的“角度專用夾具”來保證。

③ 單管 （件 1-0、2、3、4） 全長 （1340 mm）范圍內，最大偏差≤φ1.5mm。對此，采用相應的“傘形夾具” (專利號201830687963.2)來保證。

④防返混錐（件1-0）兩個槽口在A-A視圖中的X-X軸方向，保證其在水平位置布置。對此，采用相應的“劃線模具專用工裝”來保證。

⑤ 單管中升氣管同軸度≤φ0.5mm。對此，采用對應的“升氣管組對專用工裝”來保證。

⑥單管的芯管與風管的同心度偏差≤±0.35mm，全長不直度≤1.5mm。對此，采用相應的“管與管組對專用工裝”來保證。

⑦壓降試驗。（總圖技術要求第5條）每根單管必須進行壓降測試，在相同氣量下所測壓降之差≤5%，安裝單管時相鄰單管的壓降應接近，而且壓降大的單管布置在上層，壓降小的單管布置在下層。

對此，應按照SEEQ0023-2001《多管式旋風分離器單管壓降測試方法》逐根進行壓降測定，逐根打上紅漆編號，記錄其壓降實測值。

6）主要裝配技術舉措。

①同一層單管應在同一水平面內，水平度公差5mm。

對此，技術工程組，設計了控制標高的“掛線板工裝”及對應18層單管標高數據表（每層單管的防返混錐頂點與掛線板之間距），來控制水平度。

②相鄰單管角度偏差≤0.5°。

a）尺寸放樣后，同一層單管最外端 (防返混錐頂點)，投影圓直徑為φ4826mm(R2413)，每層16根單管均布,相鄰單管的連線 (弦長)為941.5±20.6mm，用環向“掛線板工裝”來控制住。

b） 尺寸放樣后,同一層單管最內端 (φ89升氣管頂部)，投影圓直徑為φ2317.7mm(R1158.9)，每層16根單管均布,相鄰單管的連線 (弦長)為452.2±9.9mm，“掛線板工裝”來控制住。

③單管的傾角偏差≤0.5°。

單管的傾角20°,單管全長1340 mm,對應直邊高458.3±10.8mm。

注:該條與技術協議三第9條類同,既:安裝時單管軸線與設計安裝角度的偏差≤±0.1°,單管的傾角20°,單管全長1340 mm,對應直邊高458.3±2.2mm;按此條（要求高著） 執行，采用“掛線板工裝”來控制住。

4.3 整體組裝

1） 錐形吊筒（編號9-3） 就位--吊裝于8m深坑井中，找正后固定妥。

2） 單管（編號9-7-0） 就位--將預制的288根單管，從錐形吊筒（編號9-3） 上的（288-φ282）孔里，竄出來臨時固定住。

3） 兩大件組合一體:中心管（編號9-4） 與錐形吊筒（編號9-3），其相對的標高、環向孔位的角度，采用“四個方向定位的專用工裝夾具”來控制固定好。

4） 四大件組合一體:單管（編號9-7-0）、鏈接封板（編號9-6）、錐形吊筒（編號9-3）、中心管（編號9-4），鏈接組裝，采用錐形吊筒外壁面--上、下方的環向基準線安裝的“專用掛線板”及單管固定專用“傘狀夾具”，來完成裝配。

5）焊接和檢驗，焊縫外觀及尺寸符合工藝要求。

6） 表面鈍化、包裝/待運，按企業內控相應管理規范。

5 現場安裝方案

1） 由三旋上端筒體環縫處切割，（見圖1）需起吊能力不低于500t，起吊噸位50t、起吊高度不少于50m的大噸位在現場配合安裝。

2） 將三旋上端（見圖1） 從筒體段Φ6200處割開。其上部總質量約49t（含襯里），然后將內件（約49t）和下泄料管取出。

3)將新制作的內件、下泄料管更換，見圖2。

4)將切割部分重新組焊好后，對其內部再進行補襯。施工周期20～25d。

6 結論

技術改造方案切合實際，滿足圖紙及用戶檢修現場安裝要求。2016年，按此方案完成了鎮海煉化分公司煉油一部催化聯合裝置三級旋風分離器分離單元及內構件的技術改造[3]。