CAD软件技术在重灰煅烧炉检修中的应用

董红明，孟庆华，耿素华

(1.江苏德邦兴华化工股份有限公司，江苏连云港 222023；2.南化集团连云港碱厂，江苏连云港 222042)



专论与综述

CAD软件技术在重灰煅烧炉检修中的应用

董红明1，孟庆华2，耿素华2

(1.江苏德邦兴华化工股份有限公司，江苏连云港 222023；2.南化集团连云港碱厂，江苏连云港 222042)

作为纯碱生产的核心设备煅烧炉在传统的检修中很少用到CAD技术进行辅助修理，本文主要结合在重灰煅烧炉托轮垫板和自身返碱式煅烧炉挡灰圈高度的确定中，利用CAD软件进行辅助处理，从而精确的确定相关尺寸，在实际运用中值得推广和借鉴。

CAD软件；重灰煅烧炉；托轮；挡灰圈；检修

计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)目前在设备行业已经成熟使用，但大部分用于图形设计，在纯碱企业更是如此，多用于零部件图纸的绘制。其实CAD还可以用于尺寸的计算、校核，从而确定一些关键数据，方法简捷，而且它的计算精度高，在一些非标件的制作中有着非常突出的表现。我公司近几年重灰炉检修中利用CAD技术进行数据的处理和分析，在托轮垫板的厚度确定、自身返碱式重灰炉挡灰圈以及炉体安装等施工中实际运用，较前期的手工公式计算技术，速度快，精度高，可视性强，应该值得推广和借鉴。

1 确定重灰炉托轮垫板厚度

1.1 重灰煅烧炉托轮垫铁

重灰煅烧炉在目前国内的纯碱生产中是非常重要的核心设备，运行时，庞大的炉体由四个托轮支撑，为了保证蒸汽回水的畅通和物料的流动，炉体安装时带有一定的斜度，从1.7%～3%不等；炉体的自重、炉内物料的重量以及转动时产生的冲量等，所有的载荷均附加在四个托轮上。所以在长时间的生产运行中，托轮和滚圈的表面会产生一定的磨损。在设计过程中，由于滚圈更换难度较大，一般滚圈的硬度高于托轮的硬度，运行时，以牺牲托轮的寿命来保障滚圈的寿命，这也是目前国内各碱厂经常更换托轮的原因。托轮外圆磨损后，需要及时增加垫板和调整托轮的位置，以保证煅烧炉的几何轴线的位置不变，一旦煅烧炉的几何位置发生变化，将会导致炉嘴与进料装置磨损严重、炉体异常震动、主传动装置部分损坏频繁、头尾漏碱等一系列问题，这些问题对于大型设备来说是致命的，所以托轮垫板厚度的确定非常重要。

根据纯碱行业比较权威的资料，1991年辽宁科学技术出版社出版的《纯碱生产设备检修与防腐》的资料中，对于垫板厚度的确定有专门的阐述，传统的检修方法也和资料中所描述的相似。为更好地比较传统的检修计算方法和CAD软件确定厚度的方法不同，下文将分别对比描述。

1.2 传统的煅烧炉托轮垫板厚度确定方法

煅烧炉在安装初期，就在托轮的钢基础上做好标识，确定托轮的中心位置，以此为基准来确定煅烧炉的几何轴线，一般认为煅烧炉的几何轴线为过前后滚圈运行的直线，在资料中，描述了保持前后滚圈的圆心位置不变，就意味着煅烧炉的几何轴线位置不变。施工中，首先确定了煅烧炉托轮的中心位置，以此为基准，原始安装的托轮尺寸一定，滚圈尺寸一定，炉体中心距离两个托轮中心尺寸也是一定的。在煅烧炉运行一段时间后，炉体中心位置随着滚圈和托轮表面的磨损，会发生一定的变化，具体的炉体中心位置很难准确定位，所以要依靠托轮和滚圈的厚度以及托轮在原始中心线的位置来计算。

如图1所示，O为安装时的滚圈运行的圆心，O1和O2分别为托轮1和托轮2的安装时的圆心，A点为过O点垂直于O1O2的直线和O1O2连线的交点，将滚圈与托轮的切点与滚圈圆心连线之间的夹角定义为α。当滚圈和托轮在运行后由于磨损导致了尺寸的变化，滚圈的半径R减少至R′，托轮半径分别为r1和r2减少至r1′和r2′。

图1 托轮与滚圈位置分析图

《纯碱生产设备检修与防腐》中介绍，当滚圈和托轮在运行一段时间磨损后，给出以下公式：

O1O1′=(R+r1)-(R′+r1′)

(1)

(2)

(3)

上式中，O1a1是磨损后的托轮圆心与标准托轮圆心的位移量，O1′a1是磨损后的托轮圆心比标准抬高的位移量，在检修滚圈和托轮中，为了保证炉体的中心线不变，通过将托轮向里并抬高的方式来完成，公式(2)和公式(3)就是计算向里推进和抬高的量，抬高的量一般在托轮基础上铺设同等厚度的垫板即可。

1.3 实例确定垫板厚度和推进量来对比两种方法

1.3.1 首先确定滚圈和托轮的尺寸变化

在2015年进行的重灰炉更新改造期间，为了最大程度的节约检修费用，经过现场实际观察分析，决定在重灰炉炉体更新的过程中使用旧的滚圈和旧的托轮，单台煅烧炉可节约费用150万元。利旧前将滚圈和托轮的表面进行车削加工，在保证滚圈表面硬度层不受影响的前提下尽可能车削出完整的圆面。安装中需要对托轮的位置进行调整，以下数据是车削前后的各尺寸。

表1 滚圈与托轮各尺寸表

1.3.2 用传统的方法来确定托轮垫板的厚度

根据上述公式和已知数据，

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

也就是说，车削后需要将托轮向内侧推进16.75 mm，并增加29.01 mm的垫板。

1.3.3 用CAD技术来确定托轮垫板的厚度

第一步：在CAD中画出托轮φ1400和滚圈φ4500的图形。

第二步：用实际尺寸在CAD中画出托轮和滚圈。如图2。

图2 托轮与滚圈

在上图的基础上，已标准滚圈的圆心O为圆心，画出车削后滚圈φ4438的圆(虚线)，为了保持夹角30°不变，标准滚圈的圆心O和标准托轮圆心O1的连线上取出车削后托轮的半径697.5 mm的点为圆心O1′，车削后托轮的圆(虚线)相切与车削后的滚圈圆，如图3。

图3 车削后滚圈与托轮

第三步：标出推进和抬高的尺寸，并用尺寸测量工具量出实际尺寸。如图4、图5。

图4 托轮圆心位移

图5 托轮圆心位移尺寸

这样可以直观的看出，为了保证煅烧炉的中心线位置不变，需要将车削后的托轮向内推进16.961 mm，并抬高29.105 mm，也就是说需要增加29.105 mm的垫板。

1.4 两种计算确定垫板厚度的方法的对比

1.4.1 计算结果的对比

两种方法得出的结果见表2。

表2 计算结果的对比

通过以上数据可以看出，结果偏差量均控制在0.5 mm以内，完全符合煅烧炉找正的3 mm以内的控制量，可以肯定说，CAD测量法得出的结果更符合于实际尺寸。

1.4.2 优缺点的对比

两种方法计算托轮的推进量和抬高量都有各自的特点，但通过上面的实例可以看出，CAD测量法更为直观、简捷，在图纸上不仅可以得出所需的数据，而且它们的移动轨迹也十分明了。

1.4.3 CAD技术在托轮和炉体调整中的延伸使用

托轮的找正一般都是通过沿着托轮和炉体的中心连线来决定托轮的移动轨迹，从而确定各个方向的位移量。但是在煅烧炉的实际运行中，炉体的上下异常窜动必须通过托轮两侧顶丝的松紧来调整炉体的稳定，这就是常说的“调炉”，通常运用“右手定则”或“仰手法”，这种方法在《纯碱生产设备检修与防腐》中有详细介绍。通过调整托轮位置来控制炉体上下窜动时，煅烧炉与托轮中心线的夹角一定会发生变化，这种情况下想通过以上的公式计算法来确定炉体中心线的位置就非常困难，而炉体中心线的抬高或者降低都将对炉头和炉尾部件产生影响，最多就是炉嘴磨损。这时使用CAD测量法就有了充分的优势，可以利用在图纸上实际尺寸来反推出炉体中心线的位移轨迹，不受夹角的制约，通过确定后的各个尺寸来确定施工方案，更有利于修理方案的完善和准确。

2 确定自身返碱重灰炉挡灰圈高度

2.1 挡灰圈对重灰炉运行的重要性

在自身返碱的重灰炉中，炉体后端均安装一定高度的挡灰圈来保证炉内的存灰量，以保证重灰的稳定生产。挡灰圈高度的确定非常重要，太高容易导致炉内存灰增加，煅烧炉负荷不断增加，产量受限，无法达到设计能力，生产无法正常运行；太低容易导致炉内存灰过少，混合碱在炉内停留时间过短，流淌过快，导致物料不能充分加热，很容易产生次品碱，所以挡灰圈的高低直接决定了重灰炉的产量和产品质量。目前国内的资料很少有具体详细的方法来确定重灰炉挡灰圈的高低，大部分通过实际操作要求或者经验来多次调整重灰炉挡灰圈的高低。我们用CAD技术完全可以完成挡灰圈的高度的确定，下面就详细介绍这种方法的运用。

2.2 CAD确定挡灰圈高度的方法

确定重灰炉挡灰圈的高度首先必须要了解重灰炉在生产过程中的物料高度的需求。重灰炉在运行过程中，满负荷运行时炉内物料一般仅能将最内层加热管的最下面一组(5根)埋在物料中，根据这个料层高度通过CAD软件进行挡灰圈高度的设计：

1)按照实际尺寸画出φ3000炉体；

2)按照实际尺寸画出最内层加热管φ2066的中心线；

3)画出物料的高度(实际操作中用一条直线连接所露出物料的两个加热管的中心点即可)；

4)以炉体的中心点为圆心，以上述这条连线和炉体中心线的交点为半径，画出相应尺寸的圆，用直径测量工具可得这个圆的直径φ1879.3，这个基本就是挡灰圈的高度;

5)根据重灰炉直径大小和生产需要以及实际操作条件，炉内存灰需要调整时，调整后的挡灰圈尺寸也可以用上述方法进行确定。见图6。

3 CAD在煅烧炉新炉体安装时的模拟运用

煅烧炉由于体积庞大，特别在厂房内部施工时，炉体的吊装是非常关键的工作，这种情况下，可以按照实际尺寸，在CAD软件上将厂房和炉体标识出来，通过CAD软件自带的反转、平移等功能来实现安装的模拟运用，同样可以起到很好的效果。连云港碱厂重灰炉更新改造中，就是利用这种方法在施工方案中模拟操作，在后续施工中起到了非常重要的指导作用。

图6 重灰炉挡灰圈

4 结 语

计算机技术在传统的行业上已经得到广泛的应用和推广，CAD技术已经更新多个版本，其功能强大，可以在传统的纯碱设备检修中进行推广和应用，本文仅从重灰炉修理中的一些实例进行讲解，在其它方面同样也有强大的优势。

[1] 孙锡吾，潘鸿恩.纯碱生产设备检修与防腐[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1991

[2] 王楚.纯碱生产工艺与设备计算[M].北京：化学工业出版社，1995

TQ114.15

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1005-8370(2016)01-03-04

2015-12-23

董红明(1979—)，大学，江苏德邦兴华化工股份有限公司设备部部长。