臥式三旋分離單元技術(shù)改造與安裝

楊慶偉，彭健敏

(西安市三橋機(jī)電設(shè)備有限公司，陜西 西安 710065)

第三級(jí)旋風(fēng)分離器（簡(jiǎn)稱“三旋”） 是催化裂化裝置能量回收系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司煉油一部300萬(wàn)t/a催化聯(lián)合裝置（三級(jí)旋風(fēng)分離器分離單元） 于1998年投入使用。

2016年裝置擴(kuò)能為340萬(wàn)t/a。考慮到PT-Ⅱ型單管使用壽命一般為10年，且多次檢修也發(fā)現(xiàn)部分旋風(fēng)管排塵口有磨損。為保證三旋設(shè)備分離效率，確保煙機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，準(zhǔn)備對(duì)原有內(nèi)件進(jìn)行更新，整體更換三旋分離單元。

1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

此三旋系臥管式，外殼體尺寸 Φ6200×22746×24/18，內(nèi)件直徑 Φ4200×13742×14，內(nèi)置PT-Ⅱ型旋風(fēng)單管288根，由中國(guó)石化洛陽(yáng)石油化工工程公司設(shè)計(jì)，西安市三橋機(jī)電設(shè)備有限公司負(fù)責(zé)制造、安裝。設(shè)計(jì)壓力0.35MPa，介質(zhì)煙氣、催化劑、隔熱耐磨襯里厚度150mm，內(nèi)件分離單元材質(zhì)S30408，煙氣入口直徑Φ2100×24，出口直徑 Φ2200×14。

2 改造原則

1）分離單元中，分離單管、錐形吊筒、中心管、連接封板、吊筒下錐體及下泄料管等部件，要按現(xiàn)有規(guī)范優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造；其幾何尺寸與現(xiàn)役設(shè)備保證一致。

2）在分離單元中的吊筒下錐體內(nèi)，新增設(shè)格柵，以防三旋頂部較大塊襯里脫落，堵塞下泄料管。

3）在三旋殼體灰斗及錐體段內(nèi)卸料口上方，新增設(shè)格柵，以防三旋筒體頂部、鏈接錐體處較大塊襯里脫落，堵塞泄料口[1-2]。

3 改造技術(shù)方案

1）由于三旋外殼體完好，本次只改造三旋設(shè)備的內(nèi)構(gòu)件——分離單元。外殼利舊三旋更換方案分別為:

方案一:筒體上部環(huán)縫處打開（直徑φ6200）

方案二:上部變徑段處打開 （直徑φ4950）

方案三:下部錐體段處打開 （直徑φ4950）

3.1方案一

原三旋的288根PT-Ⅱ型單管，由于使用時(shí)間較長(zhǎng)，已超過(guò)設(shè)計(jì)使用壽命。為了保證設(shè)備分離效率，確保煙機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重新制造三旋分離單元，對(duì)原有內(nèi)件予以更新。整體更換三旋分離單元、下泄料管，并增設(shè)格柵。詳見(jiàn)圖1。

分離單元更新，詳見(jiàn)圖2。

此方案的優(yōu)點(diǎn)是，在原筒體上部環(huán)縫處（直徑φ6200）打開，拆、裝內(nèi)構(gòu)件，重新組焊合口后，無(wú)十字焊縫，符合GB150.4-2011《壓力容器制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收》第6.5.5.d)條“不宜采用十字焊縫”。

圖1 方案一示意圖

圖2 分離單元更新圖

現(xiàn)場(chǎng)施工周期≤22天。此外，內(nèi)件更換方便，快捷；在制造廠內(nèi)一次性按新造的PT-Ⅱ單管的壓降試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)排列的“布管圖”安裝好分離單管，制造質(zhì)量有保證。上部質(zhì)量約49t，更新的分離單元整體金屬質(zhì)量約49.5t。

改造內(nèi)容由PT-Ⅱ型旋風(fēng)管288套和錐型外吊筒、內(nèi)吊筒三部分組成（件號(hào)9-0），是三級(jí)旋風(fēng)分離器的核心和關(guān)鍵部件。其制造、安裝質(zhì)量的好壞，決定三級(jí)旋風(fēng)分離器分離效率和整個(gè)催化系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

3.2 方案二

此方案的缺點(diǎn)是，在原殼體上部變徑段處打開 （直徑φ4950），拆、裝完內(nèi)構(gòu)件，重新組焊合口后，會(huì)出現(xiàn)十字焊縫。

現(xiàn)場(chǎng)施工周期≤20天（焊縫相對(duì)縮短3.93m），上頭蓋重約45t。

3.3 方案三

此方案的缺點(diǎn)是，在原殼體下部錐體段處打開 （直徑φ4950），拆、裝完內(nèi)構(gòu)件，重新組焊合口后，也會(huì)有十字焊縫。

現(xiàn)場(chǎng)施工周期≤20天（焊縫相對(duì)縮短3.93m）；切開的下錐體質(zhì)量約10t。

鑒于方案二及方案三，存在一些不足之處，為保證設(shè)備在未來(lái)開車運(yùn)行中的長(zhǎng)期穩(wěn)定，最后確定采用方案一。

4 質(zhì)量控制

4.1 制造要求

1)分離單元制造過(guò)程中PT-Ⅱ型旋風(fēng)管的制造與安裝技術(shù)要求相當(dāng)高:入口尺寸與筒體尺寸誤差，必須控制在最小值的范圍，排氣管、錐體、返混錐的同軸度，由專用的工裝夾具來(lái)保證完成。

2)另外一個(gè)難點(diǎn)在于旋風(fēng)管的安裝。旋風(fēng)管的分布，按壓降的大小自上而下分層排布，上下、左右相鄰單管之間的壓降差要小，應(yīng)≤5%。旋風(fēng)管需保證在同一個(gè)傾斜20°平面上，上下差別≤±0.25°。每一排入口的水平度和每一列的平行度的基準(zhǔn)須進(jìn)行嚴(yán)格控制，不得超標(biāo)。所以一直以來(lái)，分離單元都是由制造廠整體完成后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)。這樣一來(lái)可大幅縮短現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間。隨著重油催化裂化裝置處理量的提高，操作有時(shí)會(huì)發(fā)生設(shè)備短時(shí)間超溫，造成熱膨脹補(bǔ)償困難。借此機(jī)會(huì)，對(duì)原補(bǔ)償器進(jìn)行更換，排除原補(bǔ)償器因長(zhǎng)期高溫運(yùn)轉(zhuǎn)潛在的不利因素。

3)由于原設(shè)備為西安三橋公司制造，原則上仍由其在原三旋基礎(chǔ)上負(fù)責(zé)單管的“布管圖”排布設(shè)計(jì)，并把三旋內(nèi)件雙錐筒體、單管作為一個(gè)整體---分離單元與下泄料管（件號(hào)2-0） 一并供貨。

4.2 制造實(shí)施

1） 連接封板 （編號(hào)9-6）。應(yīng)與錐形吊筒（編號(hào)9-3）相應(yīng)貼合部位曲率半徑相同，以保證貼合。連接封板外徑φ400mm，內(nèi)徑按實(shí)際形狀切割并符合詳圖Ⅱ的要求。為此，技術(shù)工程人員，設(shè)計(jì)有“18層專用內(nèi)孔激光切割數(shù)據(jù)表”及檢驗(yàn)用樣板。

逐個(gè)進(jìn)行編號(hào)、標(biāo)記檢查，激光切割加工尺寸符合圖樣和工藝要求。

2） 噴涂。單管（編號(hào)9-7-0） 的防返混錐內(nèi)壁及其兩個(gè)槽口與單管的錐體下端200 mm高內(nèi)壁，噴涂（底層Ni/Ai，耐磨層X(jué)-40） 硬質(zhì)合金，厚度為0.2～0.3mm，顯微硬度≥700HV。對(duì)此，噴涂采用干航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件技術(shù)，由專業(yè)單位施工完成，并附有相應(yīng)檢測(cè)報(bào)告。

噴涂過(guò)程中旋風(fēng)管段不得變形。正式噴涂前應(yīng)噴涂?jī)杉嚇?。將噴涂好的試樣，用電爐加熱到800°C，保溫20 min，從爐中取出立即投入常溫水中，此為一次熱沖擊試驗(yàn)。如此反復(fù)進(jìn)行10次，然后進(jìn)行目測(cè)檢查，涂層不允許有裂紋、鼓包或脫落。

檢驗(yàn)合格后再按相同工藝進(jìn)行產(chǎn)品噴涂。中間還可隨機(jī)抽檢產(chǎn)品進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)。

3）無(wú)損檢測(cè)。錐形吊筒與中心管的對(duì)接焊縫要進(jìn)行20%射線（RT）探傷Ⅲ級(jí)合格，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.2-2015。錐形吊筒和中心管與單管之間的連接焊縫要進(jìn)行100%滲透（PT） 探傷Ⅰ級(jí)合格，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.5-2015。

4） （總圖技術(shù)要求第4條）錐形吊筒和中心管的同軸度公差φ5mm，技術(shù)控制如下:

①橢圓封頭（編號(hào)9-2） 成型后，其內(nèi)外表面中心要標(biāo)注、用鋼針劃好“十字線”，用于工廠內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)框架上（設(shè)備殼體里） 吊中心線-“基準(zhǔn)”（安裝現(xiàn)場(chǎng)用）；

②中心管（編號(hào)9-4）成型后（未與編號(hào)9-5過(guò)度段組焊前），在其上口向下100 mm內(nèi)、外表面處，用鋼針劃上“環(huán)向線”-（組裝水平）“基準(zhǔn)”（安裝現(xiàn)場(chǎng)用）；在其外表面用鋼針劃16排縱線（組裝單管Y-Y方向φ89升氣管-基準(zhǔn)）、18層環(huán)形線（用于:開單管升氣管φ9孔位）；開288--φ91孔，專用工具畫線，專用樣板檢查，“專用工裝”試開好的孔。

③ 錐形吊筒（編號(hào)9-3），其上口段向下200 mm外壁面、下口段向上100 mm外壁面，在畫展開料扇形面時(shí)，就用鋼針劃好（組裝水平）“環(huán)形線”-基準(zhǔn)；在其外表面用鋼針劃16排縱線（組裝單管Y-Y方向的錐體、筒體-基準(zhǔn)）；在“環(huán)形線”-基準(zhǔn)上裝專用掛線板，用于組裝單管Y-Y方向防反混，標(biāo)高定位、環(huán)向角度。

④中心管（編號(hào)9-4） 與錐形吊筒（編號(hào)9-3），其相對(duì)的標(biāo)高、環(huán)向孔位的角度，采用“專用工夾具”來(lái)控制。

⑤ 單管與中心管（編號(hào)9-4） 及錐形吊筒（編號(hào)9-3）組裝，采用錐形吊筒上的“專用掛線板”及單管固定“傘狀?yuàn)A具”，來(lái)控制。

5） PT-II型（右） 旋風(fēng)器 （編號(hào)9-7-0） 單管組合件。

①筒體加工:尺寸、坡口、標(biāo)記、成型，按圖樣及制造工藝。

②單管的入口角度（7°），其偏差≤0.5°，尺寸偏差≤±0.5mm。對(duì)此，采用對(duì)應(yīng)的“角度專用夾具”來(lái)保證。

③ 單管 （件 1-0、2、3、4） 全長(zhǎng) （1340 mm）范圍內(nèi)，最大偏差≤φ1.5mm。對(duì)此，采用相應(yīng)的“傘形夾具” (專利號(hào)201830687963.2)來(lái)保證。

④防返混錐（件1-0）兩個(gè)槽口在A-A視圖中的X-X軸方向，保證其在水平位置布置。對(duì)此，采用相應(yīng)的“劃線模具專用工裝”來(lái)保證。

⑤ 單管中升氣管同軸度≤φ0.5mm。對(duì)此，采用對(duì)應(yīng)的“升氣管組對(duì)專用工裝”來(lái)保證。

⑥單管的芯管與風(fēng)管的同心度偏差≤±0.35mm，全長(zhǎng)不直度≤1.5mm。對(duì)此，采用相應(yīng)的“管與管組對(duì)專用工裝”來(lái)保證。

⑦壓降試驗(yàn)。（總圖技術(shù)要求第5條）每根單管必須進(jìn)行壓降測(cè)試，在相同氣量下所測(cè)壓降之差≤5%，安裝單管時(shí)相鄰單管的壓降應(yīng)接近，而且壓降大的單管布置在上層，壓降小的單管布置在下層。

對(duì)此，應(yīng)按照SEEQ0023-2001《多管式旋風(fēng)分離器單管壓降測(cè)試方法》逐根進(jìn)行壓降測(cè)定，逐根打上紅漆編號(hào)，記錄其壓降實(shí)測(cè)值。

6）主要裝配技術(shù)舉措。

①同一層單管應(yīng)在同一水平面內(nèi)，水平度公差5mm。

對(duì)此，技術(shù)工程組，設(shè)計(jì)了控制標(biāo)高的“掛線板工裝”及對(duì)應(yīng)18層單管標(biāo)高數(shù)據(jù)表（每層單管的防返混錐頂點(diǎn)與掛線板之間距），來(lái)控制水平度。

②相鄰單管角度偏差≤0.5°。

a）尺寸放樣后，同一層單管最外端 (防返混錐頂點(diǎn))，投影圓直徑為φ4826mm(R2413)，每層16根單管均布,相鄰單管的連線 (弦長(zhǎng))為941.5±20.6mm，用環(huán)向“掛線板工裝”來(lái)控制住。

b） 尺寸放樣后,同一層單管最內(nèi)端 (φ89升氣管頂部)，投影圓直徑為φ2317.7mm(R1158.9)，每層16根單管均布,相鄰單管的連線 (弦長(zhǎng))為452.2±9.9mm，“掛線板工裝”來(lái)控制住。

③單管的傾角偏差≤0.5°。

單管的傾角20°,單管全長(zhǎng)1340 mm,對(duì)應(yīng)直邊高458.3±10.8mm。

注:該條與技術(shù)協(xié)議三第9條類同,既:安裝時(shí)單管軸線與設(shè)計(jì)安裝角度的偏差≤±0.1°,單管的傾角20°,單管全長(zhǎng)1340 mm,對(duì)應(yīng)直邊高458.3±2.2mm;按此條（要求高著） 執(zhí)行，采用“掛線板工裝”來(lái)控制住。

4.3 整體組裝

1） 錐形吊筒（編號(hào)9-3） 就位--吊裝于8m深坑井中，找正后固定妥。

2） 單管（編號(hào)9-7-0） 就位--將預(yù)制的288根單管，從錐形吊筒（編號(hào)9-3） 上的（288-φ282）孔里，竄出來(lái)臨時(shí)固定住。

3） 兩大件組合一體:中心管（編號(hào)9-4） 與錐形吊筒（編號(hào)9-3），其相對(duì)的標(biāo)高、環(huán)向孔位的角度，采用“四個(gè)方向定位的專用工裝夾具”來(lái)控制固定好。

4） 四大件組合一體:單管（編號(hào)9-7-0）、鏈接封板（編號(hào)9-6）、錐形吊筒（編號(hào)9-3）、中心管（編號(hào)9-4），鏈接組裝，采用錐形吊筒外壁面--上、下方的環(huán)向基準(zhǔn)線安裝的“專用掛線板”及單管固定專用“傘狀?yuàn)A具”，來(lái)完成裝配。

5）焊接和檢驗(yàn)，焊縫外觀及尺寸符合工藝要求。

6） 表面鈍化、包裝/待運(yùn)，按企業(yè)內(nèi)控相應(yīng)管理規(guī)范。

5 現(xiàn)場(chǎng)安裝方案

1） 由三旋上端筒體環(huán)縫處切割，（見(jiàn)圖1）需起吊能力不低于500t，起吊噸位50t、起吊高度不少于50m的大噸位在現(xiàn)場(chǎng)配合安裝。

2） 將三旋上端（見(jiàn)圖1） 從筒體段Φ6200處割開。其上部總質(zhì)量約49t（含襯里），然后將內(nèi)件（約49t）和下泄料管取出。

3)將新制作的內(nèi)件、下泄料管更換，見(jiàn)圖2。

4)將切割部分重新組焊好后，對(duì)其內(nèi)部再進(jìn)行補(bǔ)襯。施工周期20～25d。

6 結(jié)論

技術(shù)改造方案切合實(shí)際，滿足圖紙及用戶檢修現(xiàn)場(chǎng)安裝要求。2016年，按此方案完成了鎮(zhèn)海煉化分公司煉油一部催化聯(lián)合裝置三級(jí)旋風(fēng)分離器分離單元及內(nèi)構(gòu)件的技術(shù)改造[3]。