CAD軟件技術(shù)在重灰煅燒爐檢修中的應(yīng)用

董紅明，孟慶華，耿素華

(1.江蘇德邦興華化工股份有限公司，江蘇連云港 222023；2.南化集團(tuán)連云港堿廠，江蘇連云港 222042)

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專論與綜述

CAD軟件技術(shù)在重灰煅燒爐檢修中的應(yīng)用

董紅明1，孟慶華2，耿素華2

(1.江蘇德邦興華化工股份有限公司，江蘇連云港 222023；2.南化集團(tuán)連云港堿廠，江蘇連云港 222042)

作為純堿生產(chǎn)的核心設(shè)備煅燒爐在傳統(tǒng)的檢修中很少用到CAD技術(shù)進(jìn)行輔助修理，本文主要結(jié)合在重灰煅燒爐托輪墊板和自身返堿式煅燒爐擋灰圈高度的確定中，利用CAD軟件進(jìn)行輔助處理，從而精確的確定相關(guān)尺寸，在實(shí)際運(yùn)用中值得推廣和借鑒。

CAD軟件；重灰煅燒爐；托輪；擋灰圈；檢修

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD-Computer Aided Design)目前在設(shè)備行業(yè)已經(jīng)成熟使用，但大部分用于圖形設(shè)計(jì)，在純堿企業(yè)更是如此，多用于零部件圖紙的繪制。其實(shí)CAD還可以用于尺寸的計(jì)算、校核，從而確定一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)，方法簡捷，而且它的計(jì)算精度高，在一些非標(biāo)件的制作中有著非常突出的表現(xiàn)。我公司近幾年重灰爐檢修中利用CAD技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，在托輪墊板的厚度確定、自身返堿式重灰爐擋灰圈以及爐體安裝等施工中實(shí)際運(yùn)用，較前期的手工公式計(jì)算技術(shù)，速度快，精度高，可視性強(qiáng)，應(yīng)該值得推廣和借鑒。

1 確定重灰爐托輪墊板厚度

1.1 重灰煅燒爐托輪墊鐵

重灰煅燒爐在目前國內(nèi)的純堿生產(chǎn)中是非常重要的核心設(shè)備，運(yùn)行時，龐大的爐體由四個托輪支撐，為了保證蒸汽回水的暢通和物料的流動，爐體安裝時帶有一定的斜度，從1.7%～3%不等；爐體的自重、爐內(nèi)物料的重量以及轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的沖量等，所有的載荷均附加在四個托輪上。所以在長時間的生產(chǎn)運(yùn)行中，托輪和滾圈的表面會產(chǎn)生一定的磨損。在設(shè)計(jì)過程中，由于滾圈更換難度較大，一般滾圈的硬度高于托輪的硬度，運(yùn)行時，以犧牲托輪的壽命來保障滾圈的壽命，這也是目前國內(nèi)各堿廠經(jīng)常更換托輪的原因。托輪外圓磨損后，需要及時增加墊板和調(diào)整托輪的位置，以保證煅燒爐的幾何軸線的位置不變，一旦煅燒爐的幾何位置發(fā)生變化，將會導(dǎo)致爐嘴與進(jìn)料裝置磨損嚴(yán)重、爐體異常震動、主傳動裝置部分損壞頻繁、頭尾漏堿等一系列問題，這些問題對于大型設(shè)備來說是致命的，所以托輪墊板厚度的確定非常重要。

根據(jù)純堿行業(yè)比較權(quán)威的資料，1991年遼寧科學(xué)技術(shù)出版社出版的《純堿生產(chǎn)設(shè)備檢修與防腐》的資料中，對于墊板厚度的確定有專門的闡述，傳統(tǒng)的檢修方法也和資料中所描述的相似。為更好地比較傳統(tǒng)的檢修計(jì)算方法和CAD軟件確定厚度的方法不同，下文將分別對比描述。

1.2 傳統(tǒng)的煅燒爐托輪墊板厚度確定方法

煅燒爐在安裝初期，就在托輪的鋼基礎(chǔ)上做好標(biāo)識，確定托輪的中心位置，以此為基準(zhǔn)來確定煅燒爐的幾何軸線，一般認(rèn)為煅燒爐的幾何軸線為過前后滾圈運(yùn)行的直線，在資料中，描述了保持前后滾圈的圓心位置不變，就意味著煅燒爐的幾何軸線位置不變。施工中，首先確定了煅燒爐托輪的中心位置，以此為基準(zhǔn)，原始安裝的托輪尺寸一定，滾圈尺寸一定，爐體中心距離兩個托輪中心尺寸也是一定的。在煅燒爐運(yùn)行一段時間后，爐體中心位置隨著滾圈和托輪表面的磨損，會發(fā)生一定的變化，具體的爐體中心位置很難準(zhǔn)確定位，所以要依靠托輪和滾圈的厚度以及托輪在原始中心線的位置來計(jì)算。

如圖1所示，O為安裝時的滾圈運(yùn)行的圓心，O1和O2分別為托輪1和托輪2的安裝時的圓心，A點(diǎn)為過O點(diǎn)垂直于O1O2的直線和O1O2連線的交點(diǎn)，將滾圈與托輪的切點(diǎn)與滾圈圓心連線之間的夾角定義為α。當(dāng)滾圈和托輪在運(yùn)行后由于磨損導(dǎo)致了尺寸的變化，滾圈的半徑R減少至R′，托輪半徑分別為r1和r2減少至r1′和r2′。

圖1 托輪與滾圈位置分析圖

《純堿生產(chǎn)設(shè)備檢修與防腐》中介紹，當(dāng)滾圈和托輪在運(yùn)行一段時間磨損后，給出以下公式：

O1O1′=(R+r1)-(R′+r1′)

(1)

(2)

(3)

上式中，O1a1是磨損后的托輪圓心與標(biāo)準(zhǔn)托輪圓心的位移量，O1′a1是磨損后的托輪圓心比標(biāo)準(zhǔn)抬高的位移量，在檢修滾圈和托輪中，為了保證爐體的中心線不變，通過將托輪向里并抬高的方式來完成，公式(2)和公式(3)就是計(jì)算向里推進(jìn)和抬高的量，抬高的量一般在托輪基礎(chǔ)上鋪設(shè)同等厚度的墊板即可。

1.3 實(shí)例確定墊板厚度和推進(jìn)量來對比兩種方法

1.3.1 首先確定滾圈和托輪的尺寸變化

在2015年進(jìn)行的重灰爐更新改造期間，為了最大程度的節(jié)約檢修費(fèi)用，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際觀察分析，決定在重灰爐爐體更新的過程中使用舊的滾圈和舊的托輪，單臺煅燒爐可節(jié)約費(fèi)用150萬元。利舊前將滾圈和托輪的表面進(jìn)行車削加工，在保證滾圈表面硬度層不受影響的前提下盡可能車削出完整的圓面。安裝中需要對托輪的位置進(jìn)行調(diào)整，以下數(shù)據(jù)是車削前后的各尺寸。

表1 滾圈與托輪各尺寸表

1.3.2 用傳統(tǒng)的方法來確定托輪墊板的厚度

根據(jù)上述公式和已知數(shù)據(jù)，

O1O1′=(R+r1)-(R′+r1′) = (4 500/2+1 400/2)-(4 438/2 +1 395/2) =33.5 mm

也就是說，車削后需要將托輪向內(nèi)側(cè)推進(jìn)16.75 mm，并增加29.01 mm的墊板。

1.3.3 用CAD技術(shù)來確定托輪墊板的厚度

第一步：在CAD中畫出托輪φ1400和滾圈φ4500的圖形。

第二步：用實(shí)際尺寸在CAD中畫出托輪和滾圈。如圖2。

圖2 托輪與滾圈

在上圖的基礎(chǔ)上，已標(biāo)準(zhǔn)滾圈的圓心O為圓心，畫出車削后滾圈φ4438的圓(虛線)，為了保持夾角30°不變，標(biāo)準(zhǔn)滾圈的圓心O和標(biāo)準(zhǔn)托輪圓心O1的連線上取出車削后托輪的半徑697.5 mm的點(diǎn)為圓心O1′，車削后托輪的圓(虛線)相切與車削后的滾圈圓，如圖3。

圖3 車削后滾圈與托輪

第三步：標(biāo)出推進(jìn)和抬高的尺寸，并用尺寸測量工具量出實(shí)際尺寸。如圖4、圖5。

圖4 托輪圓心位移

圖5 托輪圓心位移尺寸

這樣可以直觀的看出，為了保證煅燒爐的中心線位置不變，需要將車削后的托輪向內(nèi)推進(jìn)16.961 mm，并抬高29.105 mm，也就是說需要增加29.105 mm的墊板。

1.4 兩種計(jì)算確定墊板厚度的方法的對比

1.4.1 計(jì)算結(jié)果的對比

兩種方法得出的結(jié)果見表2。

表2 計(jì)算結(jié)果的對比

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，結(jié)果偏差量均控制在0.5 mm以內(nèi)，完全符合煅燒爐找正的3 mm以內(nèi)的控制量，可以肯定說，CAD測量法得出的結(jié)果更符合于實(shí)際尺寸。

1.4.2 優(yōu)缺點(diǎn)的對比

兩種方法計(jì)算托輪的推進(jìn)量和抬高量都有各自的特點(diǎn)，但通過上面的實(shí)例可以看出，CAD測量法更為直觀、簡捷，在圖紙上不僅可以得出所需的數(shù)據(jù)，而且它們的移動軌跡也十分明了。

1.4.3 CAD技術(shù)在托輪和爐體調(diào)整中的延伸使用

托輪的找正一般都是通過沿著托輪和爐體的中心連線來決定托輪的移動軌跡，從而確定各個方向的位移量。但是在煅燒爐的實(shí)際運(yùn)行中，爐體的上下異常竄動必須通過托輪兩側(cè)頂絲的松緊來調(diào)整爐體的穩(wěn)定，這就是常說的“調(diào)爐”，通常運(yùn)用“右手定則”或“仰手法”，這種方法在《純堿生產(chǎn)設(shè)備檢修與防腐》中有詳細(xì)介紹。通過調(diào)整托輪位置來控制爐體上下竄動時，煅燒爐與托輪中心線的夾角一定會發(fā)生變化，這種情況下想通過以上的公式計(jì)算法來確定爐體中心線的位置就非常困難，而爐體中心線的抬高或者降低都將對爐頭和爐尾部件產(chǎn)生影響，最多就是爐嘴磨損。這時使用CAD測量法就有了充分的優(yōu)勢，可以利用在圖紙上實(shí)際尺寸來反推出爐體中心線的位移軌跡，不受夾角的制約，通過確定后的各個尺寸來確定施工方案，更有利于修理方案的完善和準(zhǔn)確。

2 確定自身返堿重灰爐擋灰圈高度

2.1 擋灰圈對重灰爐運(yùn)行的重要性

在自身返堿的重灰爐中，爐體后端均安裝一定高度的擋灰圈來保證爐內(nèi)的存灰量，以保證重灰的穩(wěn)定生產(chǎn)。擋灰圈高度的確定非常重要，太高容易導(dǎo)致爐內(nèi)存灰增加，煅燒爐負(fù)荷不斷增加，產(chǎn)量受限，無法達(dá)到設(shè)計(jì)能力，生產(chǎn)無法正常運(yùn)行；太低容易導(dǎo)致爐內(nèi)存灰過少，混合堿在爐內(nèi)停留時間過短，流淌過快，導(dǎo)致物料不能充分加熱，很容易產(chǎn)生次品堿，所以擋灰圈的高低直接決定了重灰爐的產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。目前國內(nèi)的資料很少有具體詳細(xì)的方法來確定重灰爐擋灰圈的高低，大部分通過實(shí)際操作要求或者經(jīng)驗(yàn)來多次調(diào)整重灰爐擋灰圈的高低。我們用CAD技術(shù)完全可以完成擋灰圈的高度的確定，下面就詳細(xì)介紹這種方法的運(yùn)用。

2.2 CAD確定擋灰圈高度的方法

確定重灰爐擋灰圈的高度首先必須要了解重灰爐在生產(chǎn)過程中的物料高度的需求。重灰爐在運(yùn)行過程中，滿負(fù)荷運(yùn)行時爐內(nèi)物料一般僅能將最內(nèi)層加熱管的最下面一組(5根)埋在物料中，根據(jù)這個料層高度通過CAD軟件進(jìn)行擋灰圈高度的設(shè)計(jì)：

1)按照實(shí)際尺寸畫出φ3000爐體；

2)按照實(shí)際尺寸畫出最內(nèi)層加熱管φ2066的中心線；

3)畫出物料的高度(實(shí)際操作中用一條直線連接所露出物料的兩個加熱管的中心點(diǎn)即可)；

4)以爐體的中心點(diǎn)為圓心，以上述這條連線和爐體中心線的交點(diǎn)為半徑，畫出相應(yīng)尺寸的圓，用直徑測量工具可得這個圓的直徑φ1879.3，這個基本就是擋灰圈的高度;

5)根據(jù)重灰爐直徑大小和生產(chǎn)需要以及實(shí)際操作條件，爐內(nèi)存灰需要調(diào)整時，調(diào)整后的擋灰圈尺寸也可以用上述方法進(jìn)行確定。見圖6。

3 CAD在煅燒爐新爐體安裝時的模擬運(yùn)用

煅燒爐由于體積龐大，特別在廠房內(nèi)部施工時，爐體的吊裝是非常關(guān)鍵的工作，這種情況下，可以按照實(shí)際尺寸，在CAD軟件上將廠房和爐體標(biāo)識出來，通過CAD軟件自帶的反轉(zhuǎn)、平移等功能來實(shí)現(xiàn)安裝的模擬運(yùn)用，同樣可以起到很好的效果。連云港堿廠重灰爐更新改造中，就是利用這種方法在施工方案中模擬操作，在后續(xù)施工中起到了非常重要的指導(dǎo)作用。

圖6 重灰爐擋灰圈

4 結(jié) 語

計(jì)算機(jī)技術(shù)在傳統(tǒng)的行業(yè)上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用和推廣，CAD技術(shù)已經(jīng)更新多個版本，其功能強(qiáng)大，可以在傳統(tǒng)的純堿設(shè)備檢修中進(jìn)行推廣和應(yīng)用，本文僅從重灰爐修理中的一些實(shí)例進(jìn)行講解，在其它方面同樣也有強(qiáng)大的優(yōu)勢。

[1] 孫錫吾，潘鴻恩.純堿生產(chǎn)設(shè)備檢修與防腐[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1991

[2] 王楚.純堿生產(chǎn)工藝與設(shè)備計(jì)算[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1995

TQ114.15

C

1005-8370(2016)01-03-04

2015-12-23

董紅明(1979—)，大學(xué)，江蘇德邦興華化工股份有限公司設(shè)備部部長。