大型國產(chǎn)化大化肥裝置氨合成塔封頭大蓋安裝

楊 林，趙永斌，丁 鋒

(中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026)

中國石油寧夏石化公司(簡稱寧夏石化)三化肥裝置作為國內(nèi)第一套自主知識產(chǎn)權(quán)大化肥項(xiàng)目，合成裝置的心臟設(shè)備氨合成塔R1801采用了寰球工程公司專利技術(shù)“多床層軸徑向復(fù)合床間接換熱式節(jié)能型氨合成塔”。其包括合成塔高壓外殼、合成塔內(nèi)件兩部分，高壓外殼設(shè)計(jì)壓力為17 MPa，設(shè)計(jì)溫度為300℃，高壓殼體內(nèi)徑為φ3 200 mm，高度約為26 000 mm，質(zhì)量445 t；內(nèi)件包括三個(gè)催化劑床層，兩臺換熱器，設(shè)計(jì)溫度為520℃。一床層為軸向流動(dòng)，二、三床層采用徑向流動(dòng)，因此全塔壓降較小，塔內(nèi)兩臺換熱器用于控制二、三床層進(jìn)氣溫度，三床反應(yīng)后高溫氣體不經(jīng)冷卻出塔，出塔氣體溫度426℃，可副產(chǎn)高壓飽和蒸汽，合成塔高效、節(jié)能優(yōu)勢明顯。

1 氨合成塔大蓋

在完成氨合成塔內(nèi)部觸媒填裝和內(nèi)筒體平蓋封頭安裝后，對氨合成塔大蓋進(jìn)行安裝[1，2]。氨合成塔大蓋為半球形封頭，封頭采用鋼板整體沖壓制造，最小厚度為110 mm，封頭法蘭為鍛件加工，與上封頭組焊并熱處理。在上封頭上焊接有3個(gè)吊耳，用于大蓋吊裝；在封頭法蘭上焊接有翻轉(zhuǎn)吊耳，用于大蓋翻轉(zhuǎn)。氨合成塔大蓋總質(zhì)量為：47.6 t。吊裝之前，氨合成塔封頭大蓋翻轉(zhuǎn)倒放于專用支架上(見圖1)。

圖1 氨合成塔封頭大蓋倒放于專用支架

2 雙錐墊安裝

氨合成塔頂部封頭采用雙錐密封，質(zhì)量為543 kg，上下密封面粘有柔性石墨帶，封頭大蓋安裝到位后靠主螺栓壓緊，使柔性石墨帶塑性變形，用于氨合成塔升壓前的初始密封。雙錐墊一個(gè)端面加工有圓周方向均勻分板的6個(gè)螺絲孔，用于安裝吊環(huán)吊裝雙錐墊。

2.1 雙錐墊密封面石墨帶粘貼

雙錐墊密封面所采用柔性石墨帶為寬50 mm、厚0.5 mm、長度不小于11 m的自粘帶褶柔性石墨帶。粘貼到密封面時(shí)，柔性石墨帶中間不允許有拼接接頭，只允許首尾一個(gè)接頭，接頭為斜接頭，且上下密封面的柔性石墨帶接頭錯(cuò)開180°。

2.2 雙錐墊吊裝到位[1]

雙錐墊吊裝時(shí)使用3條相同長度吊帶，吊帶兩端分別與6個(gè)吊環(huán)連接，并調(diào)整好3條吊帶兩邊長度一樣，以保證雙錐墊水平，同時(shí)必須保證6個(gè)吊環(huán)均勻吃力，以防雙錐墊由于自重產(chǎn)生變形。雙錐墊保持水平緩慢放置于翻轉(zhuǎn)后的封頭法蘭密封槽內(nèi)，用測隙規(guī)檢查雙錐墊和支持面間隙，以確保四周間隙均勻。移除用于吊裝的吊環(huán)，用8塊雙錐墊定位板固定雙錐墊，定位板用螺釘固定在封頭蓋底部(見圖2)。

圖2 雙錐墊及定位板

3 合成塔封頭大蓋吊裝

3.1 封頭大蓋翻轉(zhuǎn)

雙錐墊安裝到位并用定位板固定后，準(zhǔn)備吊裝封頭大蓋。首先利用兩臺吊車翻轉(zhuǎn)封頭大蓋，即600 t吊車用鋼絲繩起吊兩個(gè)軸式吊耳，為保證吊索角度不超過15°，在接近封頭大蓋處用長為4.2 m的專用鋼結(jié)構(gòu)(兩端必須用鋼絲固定掛在吊鉤上)將鋼絲繩撐開。通過另一臺50 t吊車起吊封頭大蓋上的一個(gè)吊耳(此吊耳位于兩個(gè)軸式吊耳中間位置)將封頭大蓋翻轉(zhuǎn)。

翻轉(zhuǎn)后封頭放于枕木上，將8條頂絲旋入上封頭法蘭頂絲孔，并保證頂絲伸出長度為50 mm。封頭大蓋吊裝前，將筒體端面法蘭密封面、主螺栓清理干凈，主螺栓螺紋表面抹涂二硫化鉬潤滑劑，將主螺栓旋入筒體端面法蘭螺栓孔。

3.2 封頭大蓋吊裝

按封頭外接管口方位起吊封頭大蓋并用20 t導(dǎo)鏈調(diào)整封頭法蘭水平。到達(dá)筒體端部法蘭上方后，將上封頭法蘭螺栓孔對準(zhǔn)主螺栓，緩慢下移，直到頂絲底端接觸筒體端面法蘭。同時(shí)松開頂絲，使封頭大蓋下移，直到封頭質(zhì)量全作用在雙錐墊上。用直角規(guī)測量封頭法蘭與筒體端部法蘭中心線偏差，即選擇筒體端面法蘭圓周方向4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量，每個(gè)點(diǎn)相距90°，要求兩法蘭外徑圓周錯(cuò)邊允許偏差均小于0.3 mm，如不能滿足要求，起吊重新調(diào)整安裝。

4 封頭大蓋主螺栓緊固

4.1 封頭大蓋調(diào)平

在封頭法蘭外徑圓周上每相距45°選取一個(gè)測量點(diǎn)，共8個(gè)點(diǎn)做好標(biāo)記，用于測量封頭法蘭與筒體端部法蘭間距。用測隙規(guī)和塞尺對8個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行測量，所測最大間隙與最小間隙之差小于0.3 mm即為合格，如果大于0.3 mm，采用上緊間隙較大一側(cè)主螺栓螺母進(jìn)行調(diào)整，直到合格為止。合成塔大蓋吊裝到位后，測得最大間隙與最小間隙之差為7.28 mm，遠(yuǎn)大于安裝技術(shù)要求數(shù)據(jù)，因此，對其進(jìn)行調(diào)整處理，調(diào)整后最大間隙與最小間隙之差為0.29 mm，在安裝技術(shù)要求范圍內(nèi)(見圖3)。

圖3 封頭法蘭與筒體端部法蘭間距調(diào)整前后數(shù)據(jù)

4.2 主螺栓緊固

氨合成塔R1801采用的螺栓拉伸器型號為：AR140，有4個(gè)螺栓拉伸頭。根據(jù)安裝要求，封頭主螺栓需要螺栓拉伸器在不同的壓力等級下分別拉伸緊固5次，對應(yīng)的拉伸器油壓壓力等級分別是9.9 MPa、16.9 MPa、22.6 MPa、28.2 MPa、28.2 MPa。

氨合成塔封頭大蓋共有主螺栓48條，將相距90°的4條螺栓分成一組同時(shí)緊固，共分為12組。緊固前在每條主螺栓端部做好編號標(biāo)記(見圖4)，按照編號從1到12依次緊固主螺栓[2]，在每個(gè)壓力等級下緊固完成后，都要測量8個(gè)標(biāo)記點(diǎn)處封頭法蘭與筒體端部法蘭間距，如最大間隙與最小間隙之差小于0.3 mm即可進(jìn)行下一個(gè)液壓等級的主螺栓緊固，如大于0.3 mm，即在間隙較大側(cè)的螺栓拉伸器增加油壓2 MPa～3 MPa。將間隙調(diào)整在0.3 mm以內(nèi)。調(diào)整液壓拉伸器壓力重復(fù)上述步驟，直到最后一遍緊固完成。

圖4 封頭大蓋主螺栓緊固順序編號

圖5 9.9 MPa、16.9 MPa壓力等級下主螺栓緊固后法蘭間距

螺栓拉伸器油壓在9.9 MPa、16.9 MPa壓力等級下拉伸螺栓緊固后數(shù)據(jù)(見圖5)，在這兩個(gè)壓力等級下主螺栓緊固后，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差分別為0.21 mm、0.27 mm，均小于安裝技術(shù)要求0.3 mm。因此，無需進(jìn)行調(diào)整，直接進(jìn)行下一個(gè)壓力等級的主螺栓緊固作業(yè)。

螺栓拉伸器在22.6 MPa壓力等級下拉伸螺栓緊固后數(shù)據(jù)(見圖6)，在此壓力等級下主螺栓緊固后，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差為0.44 mm，超過安裝技術(shù)要求0.3 mm。因此，采取在間隙較大側(cè)的螺栓拉伸器設(shè)定油壓25 MPa進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后數(shù)據(jù)(見圖6)，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差為0.27 mm，小于安裝技術(shù)要求0.3 mm，可以進(jìn)行下一步作業(yè)。

螺栓拉伸器在28.2 MPa壓力等級下拉伸螺栓緊固后數(shù)據(jù)(見圖7)，在此壓力等級下主螺栓緊固后，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差為0.34 mm，超過安裝技術(shù)要求0.3 mm。螺栓拉伸器設(shè)定油壓31 MPa進(jìn)行調(diào)整后，封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙與最小間隙之差為0.28 mm，小于安裝技術(shù)要求0.3 mm，進(jìn)入下一步作業(yè)。

圖6 22.6 MPa壓力等級下主螺栓緊固后法蘭間距和調(diào)整后間距

圖7 28.2 MPa壓力等級下主螺栓緊固后法蘭間距和調(diào)整后間距

圖8 封頭主螺栓最后一次緊固數(shù)據(jù)

螺栓拉伸器在油壓28.2 MPa壓力等級下拉伸螺栓緊固完成并進(jìn)行封頭法蘭與筒體端部法蘭最大間隙調(diào)整后，按照安裝技術(shù)要求，螺栓拉伸器第二次在油壓28.2 MPa壓力等級下，對封頭主螺栓進(jìn)行最終緊固，其緊固后數(shù)據(jù)(見圖8)。至此，氨合成塔封頭大蓋完成安裝。

5 注意事項(xiàng)

(1)氨合成塔R1801作為高溫、高壓設(shè)備，上封頭大蓋安裝要求較高，因此一定要保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，盡可能減小測量誤差。

(2)測量上封頭法蘭與筒體端部法蘭間隙的8個(gè)測量點(diǎn)，此8處上下法蘭面必須用150#金鋼砂紙進(jìn)行打磨平整光滑。

(3)如果對測量數(shù)據(jù)有懷疑，可重新多測幾次，取平均值作為記錄參考數(shù)據(jù)。

(4)螺栓拉伸器緊固主螺栓的5個(gè)油壓壓力等級僅適用于合成塔R1801專用螺栓拉伸器，如采用其他拉伸器，油壓等級需重新計(jì)算。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳志新.談氨合成塔大蓋唇形墊密封原理及施工［J］.石油化工建設(shè)，1992，(1)：15-17.

［2］謝林君，任欣.高溫高壓容器封頭安裝中螺柱應(yīng)力試驗(yàn)［J］.核動(dòng)力工程，2011，32(3)：122-126.