干熄焦旋转焦罐的寿命分析和结构改造.pdf

莱钢科技 第 2期 ( 总第 1 5 2期) 干熄焦旋转焦罐的寿命分析和结构 改造 单小威 ， 汪永利 ，吕京文 ， 周 永 ， 张 帅 ( 1焦化厂； 2机动处) 摘要 ： 根据焦化厂干熄焦罐衬板使用寿命短的现象， 从罐车本体结构和衬板失效原 因进行分 析， 通过对罐车现场的工况进行研讨分析， 找出衬板失效的症结所在。根据研讨分析结果， 提 出对干熄罐车车体及衬板结构进行改造， 改造后罐车衬板使用寿命延长， 干熄焦故障停机率明 显降低 。 关键词 ： 使用寿命 0 前 言 应力消除卡料停机干熄率 的重要原因， 特别是 4 衬板的失效。 目前 ， 莱钢焦化厂拥有干熄焦罐 车 1 0套 ， 年衬 板维护费用仅罐车衬板消耗量在 1 8 0 2 0 0万元 ， 罐 车衬板失效的主要原因是受热变形断裂， 干熄罐车 本体下口处变形恶化严重， 导致干熄罐车 4 衬板失 效严重。因衬板 的断裂和脱落造成干熄焦关键设备 旋转密封阀卡料停机 ， 对干熄焦正常生产和后续发 电机组造成较大影响。通过对 2 罐车衬板结构及 合金元素进行调整改进和罐车车体下部结构改造， 基本上消除了干熄焦卡料事故 的发生， 保证 了干熄 焦和热电发电机组的正常运行 ， 最大 限度减轻 了维 修工人 的劳动强度。 1 改造前罐车使用状况 2 0 0 9年全年干熄焦系统设备故障 5 7起 ， 其中 ： 电器故障 2 3起 ， 机械故障 1 4起 ， 旋转密封阀卡料 2 0起 ， 由于衬板问题造成旋转密封阀卡料停机故障 占全年设备故障的 3 5 。干熄罐车问题导致了干 熄罐车维护工作量增加 、 生产调度调控难度大 和设 备修理成本增加等等。为此， 焦化厂成立专门的攻 关小组 ， 找出了存在的原因。 1 1 干熄罐车框架的变形和开裂 干熄罐车 由两部分构成 ： 一是罐车主体框架 ； 二 是悬挂和安装在框架上的耐热耐磨合金衬板。经过 分析 ， 罐车主体框架 的变形是导致衬板断裂和脱落 作者简介 ： 单小威 ( 1 9 8 0一) ， 男 ， 2 0 0 6年 7月毕业于内蒙古科技 大学 机械工程学 院。助理工程师 ， 主要从事设备 的管理维 护和创新改造 工作 。 1 0 由于干熄罐车的工作环境是 1 0 0 0 o c 左右 的高 温焦炭灼烧和常温的快速冷却交替进行， 间隔周期 为 1 8 m in 。干熄罐车长时间在这 种工况下工作， 框 架 由于焦炭火苗的烧烤和长时间处于高温状态， 基 本结构开始出现变形 ， 变形恶化趋势随使用时间急 剧加重。见图 1 。 l。 - | 下部边缘口 发生开裂 图 1 修复前旋转焦罐失效示意 、 4 衬板镶嵌安装的母体 ， 下部缩 口位置采用 6 = 1 6 mm Q 2 3 5 B的钢板焊接而成。采用此规格 钢 板制作成三角弧结构同4 衬板安装母体 6=1 0 m m Q 2 3 5 B的钢板一起构成。 图 1中所示的位置处结构 发生受热 弯 曲变 形 ， 变形方向沿箭头所指方向进行 ， 在向上弯曲变形 的过程 中由于局部 的积压和应力集中出现开裂。变 形和开裂现 象的恶化趋 势随罐车使用 时间明显加 剧。由于位置处的弯曲变形和开裂造成 4 衬板 母板受下部缩口的挤压而发生弯曲。同时， 由于 位置处三角弧结构的变形开裂， 导致在干熄罐车 底闸门开启和关闭过程中容易挤压焦炭， 使变形开 裂更加恶化。 莱钢科技 2 0 1 1 年 4月 图2 4 衬板安装示意 由图 2可以看出 ， 4 衬板的下部挂钩镶嵌 在母 板的卡槽中， 衬板紧密地排放在罐车的内部 ， 衬板与 衬板间的间隙在小于母板 的变形量时 ， 衬板挂钩受 到衬板本身和母板卡槽形成 的剪切力而发生断裂 。 同时 4 衬板在高温环境和常温环境下工作 ， 加上罐 车框架传给的不均衡外力 而发生开裂 ， 造成 4 衬板 脱落后经干熄炉下送到焦炭排出设备干熄焦旋 转密封阀卡死 ， 见图 3 。 图 3旋转密封 阀腔与衬板犯 卡示 意 1 2 衬 板 的结构 尺寸 原 因 如图 3所示 ， 干熄焦旋转密封 阀密封送料腔共 1 2个( 图中示 意 1个腔 ) 。旋转密封 阀的工作原理 是利用转子的转动 ， 送 料腔在不 断地接料和排 料。 密封腔的四壁 同旋转密封 阀的定子 ( 壳体 ) 构成 密 闭的空间达到旋转过程焦炭的输送。通过比较旋转 密封阀密封腔各空间尺寸( 长 宽 深 =1 3 5 0 6 4 5 X 5 3 0 ) 与 4 衬板尺 寸 ( 长 宽 宽 = 7 2 0 X 4 2 0 2 8 0 ) 可以看 出， 只有在 4 衬板单边 ( 长边 7 2 0) 侧放 掉入之内才不会被卡住 。因此 ， 4 衬板和干熄焦旋 转密封阀腔的结构尺寸不包容是卡料故障频发的重 要原 因 。 1 3 罐车衬板 2 和 4 材质的选用不合理 2 衬板安装 于罐车 的中上部 ， 受挤压变形 的几 率少 ， 主要失效为衬板断裂和后部挂钩断裂脱落后 ， 造成衬板进入干熄炉。4 衬板 由于安装位置的原 因 受挤压和高温变形 的几率大。 目前 2 衬 板材质为 Q T 4 5 0 ， 4 衬板材质为铬镍钼合金 。2 衬板材质选用 不合理导致抗冲击性能和受热变形性能差 ， 4 衬板 由于铬镍钼合金的搭配不合理 ， 致使出现变形开裂 现象严重。 1 4衬板更换没有严格按照要求进行 衬板和干熄 罐车框架之间有一层隔热棉 ， 由于 平时维修工更换衬板不规范 ， 导致隔热层漏放或放 置不规范 ， 致使密封性不好 ， 使干熄罐车内外形成 了 对流 ， 加剧了焦炭火苗外喷对罐车的灼烧。 2改造措 施 2 1 干熄罐车下部车体框架结构改造 改造后的罐车下部车体框架如图 4所示。钢板 制作成三角弧结构 ， 采 用 6=2 5 mm Q 2 3 5 B的钢板 制作 ， 同时在三角弧整个圆周空间内均匀地分 布 5 2 个支撑加强筋 ， 并且在三角弧和 5 2个支撑加强筋构 成的空间塞装隔热材料 ， 有效地解决 了三角弧结构 受热变形 的问题 ， 进而避免 4 衬板 的受挤压变形和 空气氧化灼烧。 图4 改造后的罐车下口框架示意 2 2衬板 进行 结构 和外 型尺 寸 改进 针对 2 衬板后部挂钩容易断裂 的问题 ， 分析原 因是衬板后部挂钩和衬板主体采用 的是整体铸造 ， 如图 5所示。由于铸造 工艺 的局 限性 ， 势必在 图 5 处形成缩孔等铸造 缺陷， 解决办法是将衬板后部 挂钩采取焊接而成 ， 通过应力 消除后部挂钩容 易断 裂的问题。 改造后如图 6所示。 图 5 改造前的 2 衬 板 单小威 ， 等 ： 干熄焦旋转焦罐的寿命分析和结构改造 第 2期( 总第 1 5 2期 ) I 村板 图 8改造后 的 4 衬板 I I 一 是减少衬板单边长度降低卡料几率， 将原来 的一块衬板分割改造成两块 ； 二是对衬板 的安装方 式和后部挂钩伸出量进行调整，缓解衬板变形和母 板变形时二者间的相互作用力 。 2 3 改进衬板材质 针对 2 衬板和 4 衬板材质存在的问题 ， 对 2 衬 板采用的 Q T 4 5 0适当增加铬镍合金 ， 增加衬板 的耐 热变形 和抗 断 裂 性 ( 同时 由 于 4 # 衬 板铬 镍 铸 钢 ( Z G C r N iS i) 材质衬板 中各项元素的成 分量搭配， 同 生产厂家合作 找 出变形 、 开裂 和耐磨等 均衡 的 比 例) 。 2 4 制定衬板更换的操作步骤 严格执行， 确保在衬板和干熄罐车框架之间隔 热棉的完好安装， 杜绝因安装不规范致使密封性不 好导致干熄罐车内外形成对流、 加剧焦炭火苗外喷 对罐车灼烧的现象。 3 实施效 果 1 ) 基本解决了干熄焦旋转密封阀卡料 的问题 。 根据莱钢焦化厂 3 干熄焦 2 0 1 0年改造后设备故障 统计， 没有再出现转密封阀卡料的故障记录， 同时因 衬板问题导致的故障所占比例不足 1 0 。 2 ) 因衬板的材质选型改变和尺寸变化， 使更换 次数较以往成倍减少， 衬板的使用量成倍下降， 旋转 焦罐倒罐次数降低， 职工劳动强度和维修成本降低， 干熄率保持较高水平 。 3 ) 不仅降低 了维护成本及对生产的影响 ， 而且 创造了可观的经济效益和社会效益 ， 仅降低衬板采 购及衬板更换维修年可创造效益 8 0多万元。 特邀编辑 ： 王宗涛 A n a l y s i s o n S e r v ice L if e a n d S t r u ct u r e I mp r o v e me n t o f Dr y Qu e n ch in g Ro t a t io n C o k e P o t S h a h X ia o we i ，Wa n g Y o n g l i ，L V J in g w e i ，Z h o u Yo n g ，Z h a n g S h u a i ( 1 T h e C o k in g P l a n t ； 2 Th e Ma ch in e r y& P o w e r D iv is io n ) Ab s t r a ct ： Acco r d in g t o t h e p h e no me n o n o f s h o r t s e r v ice l if e o f l i n e r o f d r y q u e nch in g co ke p o t i n t h e C O k in g p l a n t ， t h r o u g h a n a l y z in g t h e s it u a t io n o f t a n k o a r ， t h e r e a s o n s o f l i ne r f a i l u r e we r e g o t Acco r d in g r e s e a r ch r e s u l t s ， s t r u ct u r e imp r o v e me n t o f l in e r a n d e a r b o d y o f d r y q u e n ch in g co k e w a s p u t f o r w ard，a n d a f t e r imp r o v e me n t t he s e r v ice l i f e o f l in e r of t a nk ca l wa s pr o l o n g e d a n d o u t a g e r a t e f o r f a u l t s o f d ry q u e n ch in g w a s s i g n i fi c