專利名稱：：一種消除豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到石油化工裝置中的烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐，具體指一種消除豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形的方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有的烴類蒸汽轉(zhuǎn)化爐是合成氨、甲醇、制氫等石油化工裝置中最為重要的設(shè)備之一，而轉(zhuǎn)化爐管系是整個轉(zhuǎn)化爐的關(guān)鍵部位，其包括上分配管、上豬尾管、轉(zhuǎn)化爐管、下集氣管和下集氣總管。轉(zhuǎn)化爐管和下集氣管的連接形式通常有兩種方式豎琴式即直插式和帶下豬尾管式。這兩種方式各有利弊，在國內(nèi)外均有多套裝置采用。其中豎琴式具有結(jié)構(gòu)簡單、投資小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)而越來越多的受到國內(nèi)外各技術(shù)公司、設(shè)計(jì)單位和生產(chǎn)企業(yè)的推崇。國內(nèi)現(xiàn)有的所有采用豎琴式轉(zhuǎn)化爐管系的化工裝置，例如瀘天化40萬噸/年甲醇裝置、湖北化肥廠30萬噸/年合成氨裝置、上海高橋的兩套制氫裝置、海南煉化制氫裝置、大連西太平洋制氫裝置等，在操作狀態(tài)下，均出現(xiàn)轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱態(tài)向上拱起，產(chǎn)生過度變形的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是下集氣管的頂部和底部所存在的溫差造成的，從現(xiàn)場實(shí)測得知，下集氣管頂部和底部之間的溫差最大可達(dá)7(TC。造成下集氣管頂部和底部溫差的主要原因是下集氣管內(nèi)部襯里的不均勻、轉(zhuǎn)化爐底部熱輻射、集氣管頂部和底部存在熱損差異等原因，而以上問題在此類轉(zhuǎn)化爐中是不可避免的。下集氣管過度向上拱起，會導(dǎo)致下集氣管內(nèi)部襯里熱變形，出現(xiàn)裂紋或脫落。過度變形還會使轉(zhuǎn)化管與下集氣管相連接的開孔處應(yīng)力陡然增大，使開孔呈現(xiàn)橢圓化。由于下集氣管內(nèi)的富氫氣體溫度在800。C90(TC左右、壓力為2.65MPa(表壓)。富氫氣體在襯里裂紋或脫落部位與下集氣管外壁直接接觸，造成管壁超溫(下集氣管材質(zhì)通常為16Mn)，長期下去將導(dǎo)致管壁破裂，造成高溫高壓富氫氣體泄漏，甚至遇明火引起爆炸，存在重大安全隱患。因此，國內(nèi)這些裝置在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)以上問題后，就不得不停車，修復(fù)襯里，而此處的整改、修復(fù)一般很難進(jìn)行，需花費(fèi)較長時間，對生產(chǎn)企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對豎琴式轉(zhuǎn)化爐現(xiàn)有的技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種消除豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形的方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為該消除豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形的方法，其特征在于在轉(zhuǎn)化爐的輻射室底部的橫梁和下集氣管之間設(shè)置彈性限位件，所述彈性限位件的彈力方向與下集氣管的變形方向相反，并且，所述彈性限位件所產(chǎn)生的最大外張彈力與其所處位置處的下集氣管的變形應(yīng)力相當(dāng)。在轉(zhuǎn)化爐輻射室底部的橫梁和下集氣管之間設(shè)置彈性限位件，利用彈性反力來控制豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管在熱態(tài)時向上拱起過度的問題，從而有效地解決了下集氣管變形過大所帶來的一系列問題。每根下集氣管上可以設(shè)置1(n-2)個彈性限位件；其中，n表示轉(zhuǎn)化爐底部橫梁數(shù)量，橫梁的數(shù)量取決于裝置的規(guī)模和轉(zhuǎn)化爐的熱負(fù)荷，考慮到整個裝置的經(jīng)濟(jì)性，通常n》4;常數(shù)"2"為轉(zhuǎn)化爐底部最兩端的2根橫梁，在此2根橫梁底部不設(shè)置彈性限位件；所述彈性限位件沿下集氣管的方向?qū)ΨQ或均布在下集氣管與轉(zhuǎn)化爐底部橫梁之間。這樣，整個下集氣管的受力比較均勻，不會出現(xiàn)某一端翹起的現(xiàn)象。由于下集氣管在熱態(tài)時，中間向上拱起的間隙最大，兩端向上拱起的間隙較小。因此，安裝在不同位置上的彈性限位件所承受的載荷是不一樣的，通常情況下，設(shè)置在中間的彈性限位件的最大外張彈力比兩端的要大，其具體大小要通過具體的應(yīng)力計(jì)算求得。較好的，所述彈性限位件可以包括殼體和安裝在殼體內(nèi)的彈簧。該結(jié)構(gòu)取材方便、容易，同時也便于安裝。殼體內(nèi)到彈簧可以由兩個或兩個以上的彈簧并聯(lián)組裝而成。彈性限位件在出廠前，彈簧要根據(jù)設(shè)計(jì)所提供的安裝載荷、工作載荷和位移量進(jìn)行預(yù)壓縮。所述殼體的下方通過一環(huán)狀管卡固定在下集氣管上，殼體的上方抵靠在所述橫梁上。這樣可以避免因焊接所產(chǎn)生的應(yīng)力，而且施工方便。為了安裝方便，殼體的上方可以設(shè)置一荷重板，通過荷重板抵靠在橫梁上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于在下集氣管和轉(zhuǎn)化爐底部的橫梁之間設(shè)置了彈性限位件，其能夠有效抵消豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形時所產(chǎn)生的向上拱起過度變形，避免了由下集氣管變形所帶來的一系列問題；而固定板和環(huán)狀管卡的設(shè)計(jì)，使得所述彈性限位件的安裝非常方便。將本發(fā)明已應(yīng)用于某30000Ni^/h制氫裝置中，該制氫裝置自開工至今九個月以來，未出現(xiàn)過由于下集氣管在熱態(tài)時所引起的襯里產(chǎn)生裂紋或脫落、集氣管外壁局部超溫等問題，轉(zhuǎn)化爐整體操作、運(yùn)行安全、平穩(wěn)，效果非常顯著；而現(xiàn)有技術(shù)中的轉(zhuǎn)化爐下集氣管，通常在裝置開車三到五天就會出現(xiàn)下集氣管較大幅度的上拱變形，一至兩個月后就極有可能引起下集氣管襯里產(chǎn)生裂紋或脫落、集氣管外壁局部超溫等問題，導(dǎo)致生產(chǎn)車間必須停車維修。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可大量應(yīng)用于國內(nèi)外新建或改造的合成氨、甲醇、制氫等類似的煉油化工裝置中，對于保證整個裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行、消除安全隱患、減少維修費(fèi)用和時間、增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益等方面均具有很高的實(shí)用4價值和廣泛的應(yīng)用前景。圖1為本發(fā)明實(shí)施例中彈性限位件的立體分解示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的彈性限位件的立體裝配示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例中彈性限位件在下集氣管上的安裝布置平面示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的使用狀態(tài)的立體結(jié)構(gòu)示意圖(局部)；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中彈性限位件安裝前的立體結(jié)構(gòu)示意圖(帶有銷軸)；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中彈性限位件安裝后的立體結(jié)構(gòu)示意圖(拔掉銷軸)。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1和圖2所示，彈性限位件1包括殼體2和安裝在殼體內(nèi)的彈簧3。將上述彈性限位件1用于某30000NmVh制氫裝置中，如圖3和圖4所示，該制氫裝置的轉(zhuǎn)化爐底部根據(jù)設(shè)備(工業(yè)爐)、結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)專業(yè)綜合考慮設(shè)置有五根橫梁4，共有四根下集氣管5;所述橫梁4和下集氣管5相互垂直。其中下集氣管5規(guī)格為0630X16，材質(zhì)為16MnR，下集氣管內(nèi)的溫度為30(TC，操作壓力為2.65MPa(表壓)，管內(nèi)介質(zhì)為富氫轉(zhuǎn)化氣。下集氣管冷、熱態(tài)位移值見表1所示。表1下集氣管冷、熱態(tài)計(jì)算位移值節(jié)點(diǎn)Dx(mm)Dy(mm)Dz(mm)備注1170-39-10熱態(tài)1170000冷態(tài)132016-10熱態(tài)1320000冷態(tài)14709.69-10熱態(tài)1470000冷態(tài)3170-39-5熱態(tài)3170000冷態(tài)332016-5熱態(tài)3320000冷態(tài)34709.69-5熱態(tài)3470000冷態(tài)5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表中Dx、Dy和Dz分別表示下集氣管在x、y和z方向上的位移量。由表1可知，在熱態(tài)情況下，由于下集氣管頂部和底部存在著約70'C的溫差，使得下集氣管向上拱起，在下集氣管的中間拱起最大，約為16mm，經(jīng)過多次調(diào)整彈簧荷載，采用CAESARII應(yīng)力分析軟件反復(fù)計(jì)算，最終確定在下集氣管兩端1170和1470點(diǎn)(即圖3中的A、B兩點(diǎn))分別安裝彈性限位件，其安裝載荷為40000N;下集氣管的中間位置在1320點(diǎn)(即圖3中的C點(diǎn))處安裝彈性限位件，其安裝載荷為90000N。本實(shí)施例中四根下集氣管上共設(shè)了十二個彈性限位件。每根下集氣管5上設(shè)置三個彈性限位件，分別設(shè)置在中間的三根橫梁的下方，即在下集氣管兩端的橫梁下方不設(shè)置彈性限位件。根據(jù)上述計(jì)算，彈性限位件需要有二種規(guī)格，確定為分別安裝在兩端的THX30F17-400和安裝在中間的THX30F19-400(注THX表示彈簧箱，30代表彈簧規(guī)格，F(xiàn)表示支架，17、19為彈簧編號，400代表彈簧安裝空間)。根據(jù)上述要求，本實(shí)施例中彈性限位件1的殼體2的尺寸為700X400X400mm，所述殼體2的材質(zhì)為Q235B;每個殼體2內(nèi)設(shè)置有兩個彈簧3。其中下集氣管5兩端的彈性限位件所使用的彈簧的工作載荷為20000N，安裝載荷為23017N，向上的位移量為5mm;安裝在下集氣管中間部位的彈性限位件所使用的彈簧的工作載荷為45000N，安裝載荷為47373N，向上的位移量為8mm。將兩個彈簧并排安裝到殼體內(nèi)的安裝載荷處，封裝殼體，然后用彈簧壓力機(jī)對彈簧進(jìn)行預(yù)壓縮，然后用銷軸6將預(yù)壓縮后的彈簧固定。殼體2上設(shè)有供銷軸6穿出的孔，以方便銷軸的撤離。本實(shí)施例中，殼體2的底'面通過螺栓固定連接管卡7上端的固定板8，該連接方式避免了焊接所引起的應(yīng)力變形；殼體2的上端面抵靠在橫梁4上。上述管卡7包括上半環(huán)9和下半環(huán)10，所述上半環(huán)9和下半環(huán)10通過螺栓固定連接后環(huán)箍在所述下集氣管5上；殼體2的上方設(shè)置有荷重板11,通過荷重板11抵靠在橫梁4上。該結(jié)構(gòu)安裝方便。當(dāng)彈性限位件l安裝完后，在開車前，將彈性限位件1上的銷軸6拔出，由于下集氣管頂部受到一個彈性反力的作用，而下集氣管兩端可自由膨脹。因此，在熱態(tài)下，下集氣管頂部和底部雖然存在溫差，但不會向上拱起，而是向兩端膨脹，從而避免了下集氣管向上拱起造成的襯里破壞，氣體泄漏的事故發(fā)生。通過在下集氣管上設(shè)置彈性限位件，利用彈性反力控制下集氣管溫差引起的變形，收到了良好的效果，使制氫裝置能夠安全、平穩(wěn)地運(yùn)行。使用上述方法后，30000Nm3/h制氫裝置在至今九個月內(nèi)未出現(xiàn)過下集氣管的襯里產(chǎn)生裂紋或脫落、集氣管外壁局部超溫等問題，轉(zhuǎn)化爐整體操作、運(yùn)行安全、平穩(wěn)，效果非常顯著；而未采用該方法的豎琴式轉(zhuǎn)化爐，在裝置開車一至二個月內(nèi)即出現(xiàn)下集氣管熱態(tài)上拱變形的狀況，這說明該方法對于消除下集氣管熱變形非常有效。權(quán)利要求1、一種消除豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形的方法，其特征在于在轉(zhuǎn)化爐輻射室底部的橫梁和下集氣管之間設(shè)置彈性限位件，所述彈性限位件的彈力方向與下集氣管的變形方向相反，并且，所述彈性限位件所產(chǎn)生的最大外張彈力與其所處位置處的下集氣管的變形應(yīng)力相當(dāng)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形的方法，其特征在于:每根下集氣管上設(shè)置1(n-2)個彈性限位件，其中n表示轉(zhuǎn)化爐輻射室底部橫梁的根數(shù)，且n》4;所述彈性限位件對稱或均布在下集氣管上，并且，下集氣管兩端的橫梁下方不設(shè)置彈性限位件。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形的方法，其特征在于所述彈性限位件包括殼體和安裝在殼體內(nèi)的彈簧。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的消除豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形的方法，其特征在于所述殼體的下方通過一環(huán)狀管卡固定在下集氣管上，殼體的上方抵靠在所述橫梁上。全文摘要本發(fā)明涉及到一種消除豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱變形的方法，其特征在于在轉(zhuǎn)化爐輻射室底部的橫梁和下集氣管之間設(shè)置彈性限位件，所述彈性限位件的彈力方向與下集氣管的變形方向相反，并且，所述彈性限位件所產(chǎn)生的最大外張彈力與其所處位置處的下集氣管的變形應(yīng)力相當(dāng)。彈性限位件的設(shè)置，可以抵消豎琴式轉(zhuǎn)化爐下集氣管熱態(tài)時所產(chǎn)生的向上拱起過度變形的問題，有效解決了由下集氣管變形所帶來的一系列問題，避免了下集氣管的襯里產(chǎn)生裂紋或脫落、集氣管外壁局部超溫等問題，轉(zhuǎn)化爐整體操作、運(yùn)行安全、平穩(wěn)，效果非常顯著。文檔編號C01B3/34GK101481087SQ200910095759公開日2009年7月15日申請日期2009年1月21日優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日發(fā)明者張寶成,王永鋒,杰米,杰鄒申請人:中國石油化工集團(tuán)公司;中國石化集團(tuán)寧波工程有限公司