CN101596432B - 一种炉管平衡配重结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炉管平衡配重结构。以解决平衡配重结构悬吊多排炉管时炉管所受拉力逐排衰减的问题。其包括固定于炉管正上方的定滑轮及绕其而过的钢丝绳，钢丝绳一端连接重锤，另一端固定，中间连接动滑轮、定滑轮，动滑轮下方依次与吊杆和炉管吊架相连，重锤下方有重锤导轨。其特征在于：在吊杆上设置拉力衰减砝码，并在吊杆和炉管吊架之间设置拉力计，重锤导轨上设有位移标尺和温度标尺。使用本发明可根据拉力指示，通过增减拉力衰减砝码，调整各排炉管所受拉力，解决平衡配重结构悬吊多排炉管时炉管所受拉力逐排衰减问题，保证各排炉管所受拉力一致。
Description
技术领域
本发明属于工业炉技术领域，涉及一种炉管平衡配重结构。
背景技术
以烃类为原料，采用蒸汽转化法生产合成原料气和氢气，在合成氨、炼油、石油化工、天然气化工、冶金等工业具有十分重要的地位。转化炉是烃类蒸汽转化工艺过程的关键设备，而转化炉的转化炉管又是转化炉的关键设备。这些炉管最高管壁温度均在800℃以上，运行条件十分苛刻。
在转化炉设计中，广泛采用弹簧吊架结构或平衡配重结构悬吊转化炉管，从炉管上部承载炉管的热应力和静荷载，使炉管向上膨胀，确保炉管自由伸缩。但是，如果上部弹簧实际伸缩力或平衡配重拉力偏离设计值较大时，将使炉管热膨胀受阻，导致炉管弯曲或其他破坏。
转化炉操作时，弹簧的调整非常重要。文献《蒸汽转化炉的检查和维修》(张玉良，石油化工设备技术，2006，27(6))介绍，炉管运行中存在着周向温差，炉管向火面的轴向膨胀量比背火面要大，温差应力易使炉管产生弯曲。而炉管弯曲常常导致炉管环焊缝损伤。预防炉管弯曲的措施有：减少炉管的周向温差、避免炉管局部过热等；在生产运行中，必须每年二次定期对弹簧吊架上的弹簧进行检查，必要时还应进行适当调整，以保证弹簧在操作中承受炉管的热应力和静载荷，使各管排内的炉管所受拉力达到或接近设计要求。
和转化炉一样，乙烯裂解炉炉管也经常发生弯曲事故。文献《SRT--III型裂解炉炉管弯曲失效分析及结构改造》(薛薇，黑龙江科技信息，2008/34)介绍，某厂乙烯装置裂解炉炉管设计寿命为100000小时。而事故调查结果显示：炉管寿命仅为4～5万小时，运行时间尚不足其设计寿命的一半。炉管的失效形式主要表现为炉管弯曲变形、鼓包、开裂、腐蚀等。而其中最为常见的失效形式是弯曲变形，大概占全部更换总量的80％左右。事故调查结论指出：弹簧吊架的失效使得炉管热应力大增，从而导致炉管弯曲变形。该装置经过停工改造，将原有恒力弹簧吊架结构改为平衡配重结构，经过九个月的运行证明，改造是成功的，裂解炉炉管弯曲问题得到大大改善。
平衡配重结构是通过滑轮组来悬吊炉管的，其优点是具有很大的可调性，无恒力弹簧行程限制，且不易失效，灵敏度高，在炉管热膨胀时能自动调节，使得所悬吊炉管始终保持在一个很好的平衡状态，从而避免了因弹簧吊架失效而引起的炉管弯曲。文献《在役离心铸造转化炉管剩余寿命预测》(黄远，四川大学，2004，中国优秀硕士学位论文全文数据库)提到：某工厂一合成气生产装置，以天然气为原料，采用天然气蒸汽转化工艺生产一氧化碳。该装置转化炉采用顶部烧嘴的方箱式结构，转化炉管上端采用悬挂式固定，每排转化炉管用平衡配重结构悬吊在转化炉顶。
但采用平衡配重结构，由于没有类似的弹簧读数监测炉管总荷载变化，一套平衡配重结构仅悬吊一排炉管内的1根或2根时，没有什么问题，但如果用一套平衡配重结构悬吊2排或2排以上的多根炉管时，由于钢丝绳与滑轮间的摩擦、卡涩等因素，会导致各排炉管所受拉力逐排衰减(按管排距重锤由近及远顺序)，使各排炉管受力不均，有可能导致炉管弯曲。另外，如果平衡配重运动受阻、平衡配重设计值偏离实际值太大等原因，都可能导致炉管弯曲。
因此，如果用一套平衡配重结构悬吊2排或2排以上的多根炉管时，如何调整、监测各排炉管所受拉力是非常关键的。另外，如何补偿各排炉管所受拉力逐排衰减(按管排距重锤由近及远顺序)问题也是必须解决的。
文献《乙烯装置管式裂解炉平衡配重系统浅析》(刘彦臣，乙烯工业，1999，11(1))提到：某一采用平衡配重结构的裂解炉，其辐射盘管是由一平衡配重结构悬吊起来并达到平衡状态。平衡配重结构包括固定于正上方钢结构上的定滑轮及绕其而过的钢丝绳，钢丝绳一端连接辐射炉管吊板或吊耳连轴；另一端与动滑轮和配重块相连。安装施工中辐射盘管平衡悬吊系统经多次调整，仍不能达到技术要求。冷态下，盘管的自由移动受外力较大。该炉建成投用后，因个别炉管的高温移动受阻，造成了炉管弯曲变形。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的炉管平衡配重结构，以解决普通平衡配重结构悬吊多排炉管时炉管所受拉力逐排衰减(按管排距重锤由近及远顺序)问题。使用本发明可监测炉管所受拉力的大小、炉管热膨胀位移量等关键参数，从根本上保证各排炉管所受拉力一致，避免炉管弯曲。
本发明提供一种炉管平衡配重结构，包括固定于炉管正上方的定滑轮及绕其而过的钢丝绳，钢丝绳一端连接重锤，另一端固定，中间连接动滑轮、定滑轮，动滑轮下方依次与吊杆和炉管吊架相连，重锤下方有重锤导轨。其特征在于：在吊杆上设置拉力衰减砝码，以通过拉力衰减砝码解决各排炉管所受拉力逐排衰减(按管排距重锤由近及远顺序)的问题。
本发明进一步特征在于：在调整炉管拉力期间，在吊杆和炉管吊架之间设置拉力计，以显示炉管所承受的拉力。在炉管所受拉力调整合适后，拉力计可以拆除。
本发明进一步特征在于：重锤导轨上设有位移标尺和温度标尺。重锤导轨的位移标尺指示重锤位移量，重锤导轨的温度标尺指示在某一炉膛温度下的对应重锤位置。
本发明与现有技术相比，通过拉力衰减砝码平衡掉各排炉管所受拉力的差值后，可以保证各排炉管所受拉力一致；通过拉力计数值显示，可以随时监测炉管所承受的拉力变化，避免过载或空载，更好的保护炉管，防止炉管弯曲；通过重锤导轨上的位移标尺和温度标尺，可以比对每次开工中在某一炉膛温度下的对应重锤位置，监测炉管长度的异常变化，避免发生事故。
附图及附图说明
图1为本发明一种炉管平衡配重结构示意图。
图2为本发明实施例的结构示意图。
图中：1、重锤，2、钢丝绳，3、定滑轮，4、动滑轮，5、吊杆，
6、拉力衰减砝码，7、拉力计，8、炉管吊架，9、重锤导轨，
10、重锤导轨位移标尺，11、重锤导轨温度标尺，12、转化炉管，
13、转化炉炉顶。
具体实施方式
图1为本发明一种炉管平衡配重结构示意图，该炉管平衡配重结构可悬吊四排转化炉管，一套转化炉管平衡配重结构，由一个重锤1、一根钢丝绳2、八个定滑轮3、四个动滑轮4、四个吊杆5、三个拉力衰减砝码6、四个拉力计7、四个炉管吊架8和一个重锤导轨9构成，钢丝绳2一端与重锤1连接，另一端固定，中间按两个定滑轮3、一个动滑轮4的规律依次与定滑轮3和动滑轮4连接，动滑轮4下方与吊杆5连接，吊杆5通过拉力计7与炉管吊架8连接，重锤1下方设有重锤导轨9，重锤导轨9上设有一个位移标尺10和一个温度标尺11，拉力衰减砝码6设在吊杆5上，根据拉力计7的读数可以计算各排炉管对应的拉力衰减砝码6的大小。
图2为本发明实施例的结构示意图，其转化炉共有A、B、C、D四排转化炉管12穿过转化炉炉顶13，多套平衡配重结构布置在转化炉炉顶13的上方。一套平衡配重结构串联悬吊四排转化炉管12，每排只吊1根。转化炉管12下端固定，向上膨胀。图2所示炉管的平衡配重结构与图1相同。
实施例
本实施例中，每根炉管需要的拉力均为10KN；各排炉管对应的动滑轮4+吊杆5+拉力计7的重力之和均为0.3KN；炉管吊架8的重力为0.5KN；重锤1的重力为5.6KN；拉力衰减砝码6的大小及各排炉管的受力状态如表1、表2、表3和表4所示。
表1A排炉管
| 序号 | 项目 | 数值，KN |
| 1 | 拉力计7读数(拉力衰减砝码6安装前) | 10.8 |
| 2 | 动滑轮4+吊杆5+拉力计7重力之和 | 0.3 |
| 3 | A排炉管上方的单根钢丝绳拉力为 | (10.8+0.3)/2＝5.55 |
| 4 | 炉管吊架8重力 | 0.5 |
| 5 | 平衡配重结构对炉管产生的拉力(拉力衰减砝码6安装前) | 10.8-0.5＝10.3 |
| 6 | 炉管需要的拉力 | 10 |
| 7 | 需要拉力衰减砝码6匹配的重力 | 10.3-10＝0.3 |
| 8 | 拉力计7读数(拉力衰减砝码6安装后) | 10.8-0.3＝10.5 |
| 9 | 平衡配重结构对炉管产生的拉力(拉力衰减砝码6安装后) | 10.5-0.5＝10 |
| 10 | 拉力供求状态 | 平衡 |
表2B排炉管
| 序号 | 项目 | 数值，KN |
| 1 | 拉力计7读数(拉力衰减砝码6安装前) | 10.7 |
| 2 | 动滑轮4+吊杆5+拉力计7重力之和 | 0.3 |
| 3 | B排炉管上方的单根钢丝绳拉力为 | (10.7+0.3)/2＝5.5 |
| 4 | 炉管吊架8重力 | 0.5 |
| 5 | 平衡配重结构对炉管产生的拉力(拉力衰减砝码6安装前) | 10.7-0.5＝10.2 |
| 6 | 炉管需要的拉力 | 10 |
| 7 | 需要拉力衰减砝码6匹配的重力 | 10.2-10＝0.2 |
| 8 | 拉力计7读数(拉力衰减砝码6安装后) | 10.7-0.2＝10.5 |
| 9 | 平衡配重结构对炉管产生的拉力(拉力衰减砝码6安装后) | 10.5-0.5＝10 |
| 10 | 拉力供求状态 | 平衡 |
表3C排炉管
| 序号 | 项目 | 数值，KN |
| 1 | 拉力计7读数(拉力衰减砝码6安装前) | 10.6 |
| 2 | 动滑轮4+吊杆5+拉力计7重力之和 | 0.3 |
| 3 | C排炉管上方的单根钢丝绳拉力为 | (10.6+0.3)/2＝5.45 |
| 4 | 炉管吊架8重力 | 0.5 |
| 5 | 平衡配重结构对炉管产生的拉力(拉力衰减砝码6安装前) | 10.6-0.5＝10.1 |
| 6 | 炉管需要的拉力 | 10 |
| 7 | 需要拉力衰减砝码6匹配的重力 | 10.1-10＝0.1 |
| 8 | 拉力计7读数(拉力衰减砝码6安装后) | 10.6-0.1＝10.5 |
| 9 | 平衡配重结构对炉管产生的拉力(拉力衰减砝码6安装后) | 10.5-0.5＝10 |
| 10 | 拉力供求状态 | 平衡 |
表4D排炉管
| 序号 | 项目 | 数值，KN |
| 1 | 拉力计7读数(拉力衰减砝码6安装前) | 10.5 |
| 2 | 动滑轮4+吊杆5+拉力计7重力之和 | 0.3 |
| 3 | D排炉管上方的单根钢丝绳拉力为 | (10.5+0.3)/2＝5.4 |
| 4 | 炉管吊架8重力 | 0.5 |
| 5 | 平衡配重结构对炉管产生的拉力(拉力衰减砝码6安装前) | 10.5-0.5＝10 |
| 6 | 炉管需要的拉力 | 10 |
| 7 | 需要拉力衰减砝码6匹配的重力 | 10-10＝0 |
| 8 | 拉力计7读数(拉力衰减砝码6安装后) | 10.5-0＝10.5 |
| 9 | 平衡配重结构对炉管产生的拉力(拉力衰减砝码6安装后) | 10.5-0.5＝10 |
| 10 | 拉力供求状态 | 平衡 |
本实施例中，根据拉力计7的读数，计算出了冷态下A、B、C、D各排拉力衰减砝码6需要匹配的重力，使各排炉管所受拉力、所需拉力均为10KN，平衡配重结构维持了一个很好的平衡状态。热态时，拉力计7读数(拉力衰减砝码6安装后)需要维持在10.5KN±0.1KN(偏差范围应具体问题具体分析)，如果有出入，需要分析原因，找出答案。如果偏离过多，需要停工查找原因，以免造成炉管弯曲。
本实施例中，转化炉首次正式开工，炉膛温度某一时刻为100℃，炉管12伸出转化炉炉顶13的热膨胀量均为50mm，重锤导轨位移标尺10显示的重锤位移量为400mm，重锤导轨温度标尺11显示的重锤位置由操作工现场标注100℃(此温度对应的重锤位置随着开停工次数的增多会有所变化，因此第一次开工的温度一定要标记，以便以后开停工时对比)。由此可知，炉膛温度从开工时的环境温度到设计温度，各温度点对应的重锤位置就可以在温度标尺上全部找到，本转化炉特有的重锤导轨温度标尺也全部标注完成。
Claims (3)
1.一种炉管平衡配重结构，包括固定于炉管正上方的定滑轮及绕其而过的钢丝绳，钢丝绳一端与重锤连接，另一端固定，中间按两个定滑轮、一个动滑轮的规律依次与定滑轮和动滑轮连接，动滑轮下方依次与吊杆和炉管吊架相连，重锤下方有重锤导轨，其特征在于：在吊杆上设置拉力衰减砝码。
2.根据权利要求1所述的炉管平衡配重结构，其特征在于：在吊杆和炉管吊架之间设置拉力计。
3.根据权利要求1所述的炉管平衡配重结构，其特征在于：重锤导轨上设有位移标尺和温度标尺。
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