淺談高原地區輕質純堿冷卻用涼堿爐技術改造

鐵 城，楊文忠，喬永奇，張世偉，張 鈺

(中鹽青海昆侖堿業有限公司，青海德令哈 817099)

中鹽青海昆侖堿業有限公司原設計生產能力為年產100萬t純堿，近年來，中鹽青海昆侖堿業通過提質增效、填平補齊等方式，規模優勢明顯，經濟效益持續提升，從建廠的年產100萬t純堿擴產到現在的年產150萬t。產能規模的擴大對各設備長周期平穩運行提出了更高的要求，而輕灰涼堿爐的運行在這幾年確實成為了生產的瓶頸問題，制約了生產。

我公司煅燒車間重灰工序使用的一臺輕灰涼堿爐規格型號為φ2500×27000，由三門峽化工機械有限公司生產制造并安裝。于2011年7月份安裝完成并投入使用，在后期的使用過程中，發現影響生產最多的問題就是爐尾冷卻水管焊縫頻繁開裂漏水，被迫停爐處理；托輪、滾圈磨損快且嚴重，平均一年一次安排大修，生產負荷被迫安排調整。為此我公司利用生產減負荷的機會，對輕灰涼堿爐進行了一些改造，已消除影響生產的制約問題逐一解決。

1 涼堿爐的基本參數

1.1 工藝參數

輕灰涼堿爐能力：1 600～1 800 t/d·臺 (66～75 t/h·臺)冷卻水：壓力0.3 MPa(G)，進水溫度40 ℃，出水溫度50 ℃。爐內冷卻采用軟水，軟水的冷量來自與循環水的換熱。

1.2 設備參數

規格：φ2500×27000

爐體轉速：工作時7.2 r/min，調試時0.4 r/min

爐體殼程溫度：180 ℃

管程溫度：70 ℃

爐體內操作壓力：常壓

換熱面積：855 m2

爐體安裝斜度：3%

大齒輪：Z=140，Mn=28，材質ZG310-570

小齒輪：Z=21，Mn=28，材質45鍛件

2 存在問題

2.1 冷卻水管直管焊縫根部處開裂頻繁

輕灰涼堿爐爐體材料采用Q235-A ，爐體分兩段制造，在φ4500×35000高精度臥式筒體車床上進行整體加工。爐內設有三排冷卻水管, 通過管架固定在爐體上, 內層、中層冷卻水管通過彎頭與外層冷卻管相連, 內層、中層為軟水進水管, 外層為軟水出水管。冷卻水管型號依次為φ76×4, 40根;φ89×4, 40根;φ114×4, 40根, 材質均為20#鋼。涼堿爐自安裝使用以來，冷卻水管漏水補焊、加固處理多次，造成生產波動及負荷受限。涼堿爐原設計爐尾水軸進水管線為L=750 mm的直管段，如圖1所示，冷卻水經直管段向爐內環管分散，再由環管向每一根冷卻水管分布。軟水在三排冷卻管內與爐內輕質純堿發生熱交換, 達到冷卻的目的。進爐的輕質純堿溫度一般為≤160 ℃, 出堿溫度為75～85 ℃。

圖1 爐尾水軸進水管

當高溫輕質純堿進入爐內時, 粗管處于爐壁最低層。高溫堿先堆積于底部, 且粗管中水是經過細、中管加熱后的回水, 故t粗溫度大于t細和t中的溫度。隨著堿量的增加, 爐內溫度的升高,t細、t中將逐漸升高, 因此, 首先粗管受熱伸長量較大, 而細、中管伸長量較小。在運行過程中, 由于堿溫的變化, 堿量的多少,t粗、t細、t中管溫度變化的時差將使焊縫處承受或拉或壓的應力, 最終使之開裂。在生產中, 隨生產量大小的變化以及開停爐因素的影響, 這種類似變化將反復發生, 而每次開裂的發生點大多在直管焊縫根部處。

2.2 滾圈和托輪的接觸面積偏小，導致滾圈和托輪損壞頻繁

輕灰涼堿爐自投產運行至改造前，滾圈和托輪損壞頻繁，每年都要大修更換，維修頻繁且成本高，經我公司組織相關技術人員和咨詢國內純堿行業的專家認真分析后，判斷造成此現象的主要原因是由于滾圈和托輪的接觸面積偏小。通過現場測量，決定對輕灰涼堿爐滾圈和托輪尺寸進行改動，從而達到增大托輪滾圈接觸面積的目的，減少維修成本和維修次數，提高使用壽命，保證輕灰涼堿爐的平穩運行。

3 技改內容

3.1 冷卻水管采用S形彎管

依據分析結果, 決定將冷卻回水管連結方式改為圖2所示形式。通過這種改變,可以達到消除交變應力集中點, 將應力主要散布于S形彎管和一段圓弧上的目的, 從而減少了圖1中焊縫開裂的現象。

圖2 冷卻回水管連接

圖3 S管焊接示意圖

3.2 增大滾圈和托輪寬度

通過增大輕灰涼堿爐托輪、滾圈的寬度，從而達到增加托輪、滾圈接觸面積的目的。

2019年5月12日，輕灰涼堿爐正式開始改造，由原設計廠家三門峽化機有限公司改造。原設計輕灰涼堿爐托輪直徑為φ800，托輪寬度為380 mm，滾圈直徑為φ2950，滾圈寬度為360 mm，兩托輪中心距為1 875 mm。通過現場測量和計算，可將托輪直徑由φ800增加到φ1000，滾圈由φ2950增加到φ2990(滾圈單邊增加20 mm)，前后托輪寬度增加到500 mm，前滾圈接觸寬度增加到460 mm，后滾圈接觸寬度增加到480 mm。考慮到涼堿爐自身傾斜角度的存在，后托輪承受的載荷比前托輪要重，故將后滾圈的寬度比前滾圈加寬20 mm，目的是增大后滾圈與后托輪的接觸面積。

在保證爐體傾斜角度3%不變、且爐體中心與兩托輪中心連線夾角不變的前提條件下，爐體中心線抬高103.9 mm；傳動裝置整體需要升高103.9 mm；擋輪裝置需升高103.9 mm, 并且擋輪角度變更為10.98°，擋輪座外移65 mm；托輪組需在原底座上向外移60 mm，兩托輪中心距為1 995 mm。滾圈材質35CrMo鍛件，表面硬度HB=207-240，托輪材質35CrMo鍛件，結構為鑲套式：外面采用≥60 mm 35CrMo鍛件套，表面硬度HB=217-255。

為了考慮資源合理利用，充分發揮原設計主體設備更換下來材料的利用率，決定使用原托輪的軸承座，即托輪只改變寬度，托輪軸隨托輪配套加工，但軸徑不變，軸承、軸承座均使用原設計。前后滾圈重新制作，所有托輪底座、傳動裝置底座、擋輪底座、小齒軸承座均在底部加103.9 mm厚的鋼板，相應的連接螺栓加長更換。

4 結 語

2019年5月25日涼堿爐改造完投入運行到目前階段，托輪滾圈表面光亮如新，設備運行穩定，未出現過非計劃停爐情況。說明我們對此項的技改是較為成功的，取得了一定的實際效果。

通過計算，未改造前每年涼堿爐大修包括材料費用、人工檢修費用共計114萬元，經過改造后涼堿爐可保證運行在兩年以上再次檢修，這樣最少節省114萬元。為公司節能降耗、降低經濟損失、增加收入作出了應有的貢獻。