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1、大型焦炭塔水力除焦设备、自动顶盖、底盖机的开发1概述随着国内焦化装置近年来不断大型化，水力除焦设备的技术参数也在不断提高。金山、长岭、吉化等新建延迟焦化装置的焦炭塔直径为8.4m，水力除焦的高压水压力为288Mpa、流量为250M3/h。最近正在建设的扬子、金陵延迟焦化装置 9.4m直径的焦炭塔，水力除焦的高压水压力达到了33Mpa、流量达到了3003/h。金山100104t/a延迟焦化装置是国内第一套采用一炉两塔工艺的大型焦化装置。由于当时国内生产的水力除焦设备的技术参数不能满足需要，所以该装置水力除焦的关键设备，如高压水泵、除焦控制阀、联合除焦器、高压除焦胶管和除焦程序控制系统引进国外设备
2、。在长岭120104t/a延迟焦化装置扩能技术改造中，我公司对上述引进设备进行了国产化开发。其中的高压水泵由浙江科尔泵业股份有限公司设计制造。除焦控制阀、自动切换除焦器和除焦程序控制系统由我公司与襄樊航生石化环保设备有限公司联合设计制造。高压除焦胶管由山东莱洲橡胶厂设计制造。此外我公司与航生石化环保设备有限公司联合开发设计了外流道式水蜗轮减速器并成功地用于有井架水力除焦上。在吉化新建100104t/a延迟焦化装置上，我公司与洛阳涧光石化设备厂联合开发了两喷嘴自动切换除焦器和自动顶盖机。在扬子160104t/a延迟焦化的设计中，我公司与洛阳涧光石化设备厂合作开发设计了用于直径9.4m焦炭塔的两喷
3、嘴自动切换除焦器样机并模拟直径9.4m焦炭塔在上海高桥140104t/a延迟焦化装置上进行了除焦试验，为该项目基础设计审查提供了可靠的技术支持，并且开发设计了7吋锻制整体除焦钻杆。目前、我公司与航生石化环保设备有限公司正在合作开发自动底盖机，预计今年（910）月完样机并进行性能试验。2高压水泵国内第一套金山100104t/a延迟焦化装置水力除焦用高压水泵是成套引进美国公司的产品。额定扬程：2880m、额定流量：250m3/h，当时的价格约100万美元。在长岭120104t/a扩能改造设计中，为了节省建设投资，采用了泵头引进，电机、联合底座、润滑油站国內制造的设计方案，由浙江科尔泵业股份有限公司
4、负责总成设计。由于建设周期短，泵头的订货周期长，为了不影响装置正常投产，在设计上采取了两台旧泵并联除焦的补充方案。在此期间，浙江科尔泵业股份有限公司按引进泵头的安装尺寸及技术参数设计制造一台泵头，力争在装置投产时能安装使用。该泵头于2002年7月顺利完成安装、调试并投产。经现场标定各项技术性能满足设计要求，至今仍运行良好。该泵头研制成功填补了国内空白，为后来新建的多套焦化装置节省了建设投资，并于2003年通过石化总公司的技术鉴定。图1PN=28.8MpaQ=250m3/h高压水泵组外形图2.1 泵的主要结构该泵为双壳体卧式多级离心泵。外壳体为桶形、内壳体为集装式的泵芯，它为径向剖分式的多级分段
5、组合部件。泵芯可在不拆卸泵进出口管道情况下作为一个整体从泵体中抽拆出来。轴封采用集装式单端面平衡型机械密封。径向轴承采用四油楔动力滑动轴承，止推轴采用双向承受同等轴向力的可倾瓦结构，轴承采用强制润滑。平衡机构采用双平衡鼓与止推轴承的组合结构形式。2.2 泵的主要技术性能 (1) 流量Q=250m3/h； (2) 扬程H=2880m；(3) 转数n=3870r/min；(4) 泵效率=74%；(5) 必需汽蚀余量NPSHR=8.5m。2.3 泵的机械性能(1) 额定工况下，在轴盖上测量振动速度：2mm/s；(2) 额定工况下，在轴上测量位移值为：37m；(3) 噪音：90Dba；(4) 轴油温升
6、：10C0 、轴瓦温度：40C0；(5) 机械密封：肉眼看不到渗漏现象。2.4 泵的主要特点(1) 采用了刚性泵轴；(2) 平衡机构采用了双平衡鼓与可倾瓦止推轴承形式；(3) 径向动压滑动轴承采用了四油楔结构形式；(4) 有关旋转零部件及导叶的相对安装位置采用了水力对称性结构。 3PN42Mpa除焦控制阀除焦控制阀（三位阀）垂直安装在高压水泵出口管道上，阀门关闭时阀芯在下端（图2-a）高压水经多级节流降压后排出，这时允许高压水泵在最小流量下起动或停泵。阀芯在中间位置时（图2-b）一部分高压水经多级节流降压后排出，另一部分高压水经另一组多级节流降压后通过高压管道进入焦炭塔内的除焦器，其作用是用小
7、流量的水对高压管道进行预充满，防止水锤现象。阀门打开时阀芯在上端（图2-c）高压水经阀体通过高压管道进入焦炭塔内的除焦器，进行水力除焦。除焦控制阀是除焦程序控制系统中关键的执行器。国内压力等级为16Mpa的除焦控制阀是于96年开发成功，并石化总公司科技进步一等奖，已在多套焦化装置上应用。（9798）年又开发成功压力等级为25Mpa的除焦控制阀，并在石家庄、广石化等延迟焦化装置上应用。国内第一套100104t/a大型延迟焦化装置水力除焦中的除焦控制阀是引进外国产品，当时的到岸价格约15万美元。我公司在设计长岭120104t/a延迟焦化装置扩能改造中，为了节省建设投资、缩短建设周期，加上我公司多年
8、设计除焦控制阀的经验及航生环保石化设备公司的多年制造经验，在对国外技术充分消化理解的基础上，经过技术方案论证，在下长岭分公司大力支持，采用了自行设计42Mpa除焦控制阀的方案。本次设计是在以前基础上将压力等级提高到42Mpa并对结构进一完善，以满足水力除焦参数提高的需要。主要做了以下几方面工作：a b c图2除焦控制阀工作状态（1） 按42Mpa的压力等级进行强度计算；（2） 增加两级回流降压孔板和一级预充降压孔板；（3） 根据密封比压的提高加大了气缸直径；（4） 进行水力计算确定节流孔径和数量；（5） 对结构进一步优化。 该产品于2002年在长岭120104t/a延迟焦化装置投入使用以来，运
9、行良好，满足了使用要求。在后来的吉化、苏丹、辽河、塔河、兰炼等多套大型焦化装置应用。 4PN42Mpa两喷嘴自动切换除焦器 自动切换除焦器是也96年开发成功的，结构为4个切焦喷嘴对布置，压力等级为16Mpa。目前在直径6m以下的焦炭塔上广泛应用。在长岭120104t/a延迟焦化上将公称压力等级提高到42Mpa，首次应用获得成功。实践证明这种结构的自动切换除焦器用于直径为84m的焦炭塔除焦效果良好。在吉化100104t/a延迟焦化装置上，为了多生产块状焦，首次采用了两个切焦喷嘴的自动除焦器（图4），除焦效果良好。由于扬子160104t/a延迟焦化装置采用的直径为94m的焦炭塔至今国外尚无应用实例
10、，为了水力除焦部分技术上成熟可靠，我公司模拟9.4m焦炭塔进行了切焦试验，方法如（图3）所示：（1） 4个喷嘴改为2个喷嘴的理论分析由高压水射流理论公式：Pm=P0(L0/L)0.27+0.0075(L/L0)2 式中： Pm轴心动压力Mpa； P0喷嘴入口压力Mpa； L0射流初始段长度m; L喷嘴出口到塔壁的距离m。 由上式可知，当喷嘴入口压力不变时，射流的轴心动压力与射流的初始段长度有关，根据经验图3模拟直径94m焦炭塔除焦试验示意图 公式:L0=（56-106）d0 d0除焦器喷嘴直径； d0=(Q/0.785NV)0.5式中： Q高压水流量m3/s;V喷嘴出口高压水流速m/s;V=1
11、39P00.5N=喷嘴数量； 由上式可知当高压水的流量已经确定时，喷嘴的数量越少则打到焦炭塔壁上的压强和总打击力越大。（2） 模拟9。4焦炭塔进行除焦试验图4两喷嘴的自动除焦器 试验方案如（图3）所示：为了验证以上分析的正确性我公司与洛阳涧光石化设备厂合作，按高桥140104t/a装置的高压水参数和直径88m焦炭塔，设计制造了一台两喷嘴稳流器加长型的除焦器样机（图5）。并进行了40分钟的切焦试验，切焦能力为500t/h。 钻孔状态 切焦状态图5两喷嘴自动切换除焦器示意图(加长稳流器型)5外流道式水蜗轮减速器（图6） 水蜗轮减速器是用于无井架水力除焦的专用设备，它的优点是除焦时钻杆不旋转，噪音小
12、、高压水不外漏，缺点是使用寿命较短。我公司在设计长岭焦化时，考虑到焦炭塔高、钻杆长、为稳妥起见，决定把无井架的水蜗轮减速器技术移植到有井架水力除焦。由于原来的水蜗轮减速器压力等级低（16Mpa）不能直接选用，为此进行了以下改进： ( 1) 解决摆线轮传动部分润滑油密封问题；（2）把原来内部的高压水流道改为外置式流道，使与润滑油箱之间的高压动密封工况改为普通底动压密封工况；（3）高压水与输出轴之间的底速动密封采用车氏组合密封。（4）高速轴的填料密封改为非接触式机械密封； （5）高速轴两端采用压力平衡结构，减轻轴乘负荷； （6）结构设计上保证高速轴与底速轴有良好的同轴度； （7）增加一组蜗轮，提高
13、输出扭矩； （8）动力部分和传动部分采用分体式； （9）增设润滑油的加油和排油口；(10) 按42Mpa压力等级进行强度计算。 该技术于2002年在长岭120104t/a延迟焦化装置投用已来，经过不断改进完善已经满足了大型焦化装置水力除焦的需要。 改进后的水蜗轮减速器，从去年9月份在长岭120104t/a延迟焦化焦化装置投用以来一直运行良好。 在有井架上采用水蜗轮减速器，噪音小、钻杆摆动小、高压水不会漏到塔外、安装检修方便等，是风动水龙头的替代产品。已经在吉化、塔化、苏丹、兰炼等多套大型焦化装置上应用。该项技术具有中国特色，国外未见有这关方面的报道。 图6 图7 外置式流道水蜗轮减速器示意图
14、水力马达结构示意图6水力马达水力马达（图7）是在外置式流道水蜗轮减速器之后由洛阳涧光石化设备厂开发研制的，它的用途与水蜗轮减速器、风动水龙头一样，是用于驱动除焦器旋转的。它除了具有水蜗轮减速器的优点外，还具有体积小、重量轻、流体阻力小等特点。目前已在广洲石化、吉化等延迟焦化装置上应用。扬子、金陵新建的160104t/a延迟焦化装置直径94m焦炭塔也是应用该产品。6.1 结构特点 该产品结构是参照液压元件中的径向液压马达设计的(内曲线多作用径向柱塞式低速大扭矩液压马达)。不同之处是，采用除焦水作动力时，由于水的润滑性差、具有腐蚀性，在设计中选材是极其重要的。 6.2 水力马达与水蜗轮减速器的性能比较 水力马达与水蜗轮减速器相比具有体积、小重量轻、流体阻力小等优点。但是水力马达的输出扭矩与输出转速成反比，当除焦器处于钻孔状态时，输出转速会降低，使用寿命尚待进一步考核。 7. PN42Mpa 、DN80高压除焦胶管 国内第一套100104t/a延迟焦化装置中，水力除焦系统用的高压除焦胶管是进口国外产品。我公司在设计长岭12010
