輕灰工序系統(tǒng)升級改造

(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222042)

輕灰工序是純堿廠重堿煅燒的關(guān)鍵工序，在長周期生產(chǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)了一些影響穩(wěn)定生產(chǎn)的瓶頸問題?，F(xiàn)需要對輕灰煅燒爐進(jìn)料絞龍、輕灰0#內(nèi)預(yù)混、輕灰爐氣冷凝液回收、熱母液泵和進(jìn)口管線進(jìn)行升級改造，以確保輕灰工序系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 輕灰煅燒爐進(jìn)料絞龍改造

輕灰煅燒爐進(jìn)料絞龍是負(fù)責(zé)將預(yù)混器來的混合堿輸送至爐內(nèi)進(jìn)行脫水反應(yīng)，進(jìn)料絞龍主要由傳動部分、進(jìn)料螺旋軸、吊軸瓦等組成。由于輕灰產(chǎn)品需求量大，輕灰蒸汽煅燒爐在長期滿負(fù)荷運(yùn)行狀況下，進(jìn)料絞龍的損壞也呈現(xiàn)出周期性的特點(diǎn)，對進(jìn)料絞龍有以下幾個方面：

1.1 前段絞龍軸、翅片、立柱

首先，在備件采購時，要求供應(yīng)部門將進(jìn)料絞龍的翅片與包裹在碳鋼軸上的不銹鋼板進(jìn)行鈍化處理，生成一種致密的、能堅(jiān)固地附在金屬表面上的鈍化膜。鈍化膜起著把金屬與腐蝕介質(zhì)完全隔開的作用，防止金屬與腐蝕介質(zhì)直接接觸，從而使金屬基本停止溶解形成鈍態(tài)達(dá)到防止腐蝕的效果。

其次，將包裹在軸上的不銹鋼板與翅片的厚度適當(dāng)增加，包裹軸的316L不銹鋼板由3 mm加厚至6 mm，翅片的厚度由原來的12 mm增加到16 mm，也起到了延長壽命的效果。

最后，改變絞龍立柱的結(jié)構(gòu)。原結(jié)構(gòu)的絞龍立柱比較單薄，立柱的內(nèi)部只有一小段有加強(qiáng)管而且是碳鋼的。改后的立柱外部采用316L材質(zhì)的壁厚10 mm厚壁不銹鋼管，內(nèi)部在整體插入一根316L材質(zhì)的厚壁鋼管作為補(bǔ)強(qiáng)。

1.2 尾部吊軸瓦結(jié)構(gòu)

原進(jìn)料絞龍尾部結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜，為避免堿塵進(jìn)入軸瓦內(nèi)，設(shè)計了多層次的密封裝置；利用循環(huán)水為軸瓦降溫度，然后循環(huán)水接入潤滑系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軸瓦的潤滑。為了接入循環(huán)水和潤滑油增設(shè)了大量的管線和設(shè)備，在使用過程中故障頻出，經(jīng)常會出現(xiàn)因?yàn)闈櫥?、循環(huán)水路的故障致使軸瓦磨損損壞，進(jìn)料絞龍下沉，最終導(dǎo)致停車檢修，同時也會產(chǎn)生潤滑油、循環(huán)水在爐內(nèi)產(chǎn)生泄漏點(diǎn)，從而污染輕灰成品堿，造成產(chǎn)品質(zhì)量事故，總之原設(shè)計已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)需求。原進(jìn)料絞龍尾部結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 原進(jìn)料絞龍尾部結(jié)構(gòu)示意圖

經(jīng)過長期的現(xiàn)場摸索，我們發(fā)現(xiàn)堿有一定的自潤滑性，所以我們決定打破原設(shè)計理念，將軸瓦變成開放式的，主動讓堿進(jìn)入，同時改變尾軸上軸套與軸瓦的材質(zhì)，使用有自潤滑功能的材料來制作軸套與軸瓦，取消供潤滑油、供循環(huán)水系統(tǒng)。通過不斷地試驗(yàn)此項(xiàng)技術(shù)改造已經(jīng)基本成型，改造后的尾部吊軸瓦可以連續(xù)使用超過一年以上，同時為了節(jié)約檢修更換的時間，目前的吊軸瓦與尾部吊架之間采用了螺栓連接，需要更換時可以將吊軸瓦一次性全部拆下，直接換新即可，大大的節(jié)約了檢修時間。改造后進(jìn)料絞龍尾部結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 改造后進(jìn)料絞龍尾部結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 軸承密封

原軸承后端是采用填料密封的形式，在高溫的作用下一般來說一個月左右填料就會老化變硬，失去密封的作用，一旦負(fù)壓不夠，堿塵就會從填料函處噴出，進(jìn)入軸承內(nèi)，致使軸承損壞。而且設(shè)備漏堿塵造成環(huán)境污染已無法滿足環(huán)保要求。首先在原來的填料密封上增設(shè)一個油杯，定期往填料函里注潤滑油，使填料的使用壽命延長。其次由于進(jìn)料絞龍內(nèi)部有足夠大的空間，決定在進(jìn)料絞龍軸的內(nèi)部加設(shè)一組機(jī)械密封，這樣一來里外兩道密封即可以解決該問題。

1.4 進(jìn)料人孔門

輕灰煅燒爐進(jìn)料絞龍運(yùn)行一段時間后內(nèi)部會產(chǎn)生結(jié)疤，清理時需要將進(jìn)料絞龍的人孔門打開才能進(jìn)行清理工作，該人孔門重約90 kg，由24根螺栓把在進(jìn)料殼體上，卸下螺栓后需要兩、三個人才能打開，工作時間長，勞動強(qiáng)度大。

新設(shè)計的人孔門采用連桿機(jī)構(gòu)在關(guān)節(jié)處加設(shè)六組滾動軸承。取消24根把緊螺栓，改用四個卡扣卡緊該人孔門，節(jié)約拆裝螺栓的時間。操作人員在清理系統(tǒng)時再也不需要兩三個人推、拉、抬才能打開關(guān)閉?，F(xiàn)在只需要一個人就可以輕松打開關(guān)閉人孔門，進(jìn)行清理工作。不僅降低了職工的勞動強(qiáng)度，而且大大的節(jié)約了時間，為連續(xù)生產(chǎn)提供了有力的支撐。

由于聲發(fā)射信號是一種非穩(wěn)定信號，快速傅里葉變換是分析非平穩(wěn)信號的經(jīng)典頻譜分析方法[12]。本文通過對實(shí)驗(yàn)加載過程中全部聲發(fā)射波形信號進(jìn)行分析，利用Matlab進(jìn)行編程，通過對所有聲發(fā)射波形文件進(jìn)行FFT變換，獲得二維頻譜圖，提取其最大幅值所對應(yīng)的頻率作為聲發(fā)射主頻[13]。以此方法獲得主頻信息，分析在整個加載過程中聲發(fā)射信號主頻的分布情況。圖4為聲發(fā)射主頻提取過程示意圖。

改造后輕灰煅燒爐進(jìn)料絞龍運(yùn)行穩(wěn)定，開關(guān)容易，密封性較好，延長了進(jìn)料絞龍使用周期，縮短了檢修時間。

2 輕灰0#內(nèi)預(yù)混改造

輕灰0#煅燒爐于1997年投入使用，隨著多年運(yùn)行后，設(shè)備主體出現(xiàn)很多問題，主要有輕灰0#內(nèi)預(yù)混為雙螺旋進(jìn)料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，出汽不暢。內(nèi)預(yù)混進(jìn)料溜管、出氣箱、螺旋葉片極易結(jié)堿疤，基本要一周清理三次，清理出的堿疤在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)造成氣封下料閥、返堿加料器頻繁卡停，再次造成被迫停爐處理，造成惡性循環(huán)，使輕灰0#煅燒爐生產(chǎn)能力降低、故障頻發(fā)。輕灰0#內(nèi)預(yù)混雙螺旋進(jìn)料備件費(fèi)用比較高(一對軸約30萬元)，更換維修、吊裝比較困難，已成為制約生產(chǎn)的一道瓶頸。

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，2020年7月對輕灰0#內(nèi)預(yù)混進(jìn)行改造，參照輕灰1#、2#、3#煅燒爐進(jìn)料絞龍穩(wěn)定運(yùn)行情況，將輕灰0#內(nèi)預(yù)混雙螺旋進(jìn)料(φ940×5800 1對)改為單螺旋進(jìn)料(φ1880×5800)。

改造后，輕灰0#內(nèi)預(yù)混運(yùn)行穩(wěn)定，輕灰0#內(nèi)預(yù)混進(jìn)料溜管、出氣箱、螺旋葉片內(nèi)部結(jié)疤由原來清理3次/周減少到1次/月，輕灰0#內(nèi)預(yù)混設(shè)備維修次數(shù)由原來2次/月減少到1次/年，每年可以節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用約35萬元。

3 輕灰爐氣冷凝液回收改造

輕灰爐氣經(jīng)旋風(fēng)分離器、熱堿液塔、母液洗滌塔、螺旋板換熱器洗滌冷卻后進(jìn)入爐氣洗滌塔，在塔內(nèi)繼續(xù)洗滌后由壓縮送往碳濾制堿。輕灰爐氣從母液洗滌塔出來的溫度在80 ℃左右，進(jìn)入螺旋板換熱器洗滌冷卻后溫度降至40 ℃左右，在洗滌冷卻過程中輕灰爐氣溫度由80 ℃驟降至40 ℃會產(chǎn)生一部分冷凝液，此冷凝液長時間停留在爐氣管線內(nèi)易形成碳銨結(jié)晶，造成爐氣系統(tǒng)阻力大。

2020年1月份通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

從5臺輕灰螺旋板換熱器出汽管線U形管底部引出一根無縫鋼管(DN80)，在無縫鋼管上加一截止閥(DN80)，匯入回收冷凝液總管(DN100)，然后接入緩沖槽，由緩沖槽出口無縫鋼管(DN80)自流入壓縮地下回收槽，通過自吸泵出口管線(DN50)將冷凝液送入冷母液桶內(nèi)供生產(chǎn)使用。

改造后，避免了輕灰爐氣洗滌冷卻后產(chǎn)生的冷凝液長時間停留在爐氣管線內(nèi)形成碳銨結(jié)晶，減少了爐氣系統(tǒng)阻力，延長了輕灰煅燒爐的運(yùn)行周期，生產(chǎn)穩(wěn)定性增強(qiáng)，回收冷凝液24 m3/d，全年共回收冷凝液8 640 m3，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4 熱母液泵和進(jìn)口管線改造

輕灰工序系統(tǒng)有三臺熱母液泵，其中熱母液泵A、C泵為大泵，型號為10TB-10AFQ，流量650 m3/h。熱母液泵B泵為小泵，型號為TB200-150-400B，流量270 m3/h。在生產(chǎn)過程中，開兩臺大泵能滿足生產(chǎn)需求，當(dāng)有一臺大泵檢修，開一大一小泵時無法滿足生產(chǎn)需求，若有一臺大泵停修將直接導(dǎo)致系統(tǒng)減量運(yùn)行。同時熱母液泵進(jìn)口管線，A臺泵進(jìn)口管線單獨(dú)使用，但B、C臺泵進(jìn)口管線共用一根管線，生產(chǎn)中存在當(dāng)開B、C臺泵時，造成兩泵因搶量而使管線帶氣，影響泵的輸送能力。

根據(jù)熱母液A、C泵技改的使用情況，2018年7月份將熱母液泵B泵更換為：型號10TB-10AFQ，流量650 m3/h。其性能及結(jié)構(gòu)形式完全可以解決熱母液系統(tǒng)存在的問題，保障正常生產(chǎn)，降低消耗，減少生產(chǎn)成本。同時，選用動力型密封結(jié)構(gòu)代替機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，降低日常維修、維護(hù)費(fèi)用。

為減少熱母液B、C泵帶氣，影響熱母液正常轉(zhuǎn)送隱患，2018年7月份對熱母液B、C泵共用一根進(jìn)口管線缺陷進(jìn)行改造，在熱母液塔出口總管上新增甩頭引出一根DN250進(jìn)口管線，接至熱母液C泵進(jìn)口；將原熱母液B、C泵共用進(jìn)口管線單獨(dú)接至熱母液B泵進(jìn)口，形成三臺熱母液泵各自單獨(dú)使用進(jìn)口管線，杜絕了共用進(jìn)口管線搶流量缺陷。

改造后，解決了熱母液泵輸送能力不足的問題，保證了冷、熱母液平衡，降低了爐氣系統(tǒng)阻力，有效解決了熱母液泵的汽蝕問題。

5 結(jié) 語

通過對輕灰煅燒爐進(jìn)料絞龍改造，輕灰0#內(nèi)預(yù)混改造，輕灰爐氣冷凝液回收改造，熱母液泵和進(jìn)口管線改造，雖然基本解決了輕灰工序系統(tǒng)一些影響生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸問題，在改造過程中也走過彎路，比如輕灰煅燒爐進(jìn)料絞龍的立柱用316L的鋼板包成菱形后反而容易結(jié)疤，于是又改為雙套管結(jié)構(gòu)。但是最終實(shí)現(xiàn)了輕灰煅燒爐進(jìn)料絞龍長周期生產(chǎn)運(yùn)行的需求，也在改造實(shí)踐中積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。