JM -S 气化炉安装技术

张国涛

中国化学工程第九建设有限公司 辽宁 盘锦 124000

在国家调整能源结构的政策指导下，发展洁净能源技术已成为一项重要战略目标。“洁净煤气化技术”以其煤炭利用率高、低排放，可生产多种油品、城市天然气、合成氨、尿素和多种化工基本原料的特点，近年来在国内快速兴起。目前国内煤气化装置应用较多的碎煤加压气化技术，是我国消化吸收国外的技术。但碎煤加压气化技术存在蒸汽利用率低、气化温度分布不均匀等诸多问题，为此，JM- S 炉应运而生。这种炉型是碎煤加压气化技术的“升级版”, 通过对炉体和工艺流程的全面优化和系统升级，形成一整套适用于晋城乃至全国无烟劣质块煤的专用设备及气化技术工艺包，具有改造投资小、耗煤量少、产气量大、运行维护成本低等综合优势。在满负荷运行状态下，合成氨成本可降低约200 元/ 吨，单炉全年可降低生产成本3000 万元。在全国首套JM- S 炉——晋煤天庆项目“JM- S 炉”安装过程中，中国化学工程第九建设有限公司（以下简称九化建）采用“双机抬吊”和“四步炉篦安装法”，提前52d 完成施工。

1 设备监造

1.1 JM-S 炉体监造

检查外壳体、内筒体进展，查看关键控制节点计划，重点核查内筒体穿套。下椎体和外壳体环焊缝堆积焊，内筒和外壳内平板拼接，进行无损检测。焊缝采用局部热处理，除锈防腐，设备整体要进行水压试验。

1.2 灰锁及煤锁监造

重点检查灰锁和煤锁下椎体制作、筒体制作和封头制作，注意与计划对比进展情况。落实关键控制节点：设备组对和环焊缝堆积焊，无损检测，设备整体热处理，除锈防腐，设备整体水压试验。

2 地基处理

2.1 QUY650 履带式起重机最大对地压强

QUY650 履带式起重机最大吊装重量为155t，330t吊钩重8.9t，吊索具重量之和为2t，起重机履带下方铺设8 块路基板总重量为8×6.8=54.4t，超起配重250t，650t履带吊自重（本次使用工况）约为580t，则吊装总对地压F=155+8.F=155+8.9+2+54.4+250+580=1050.3t。

650t 履带吊两条履带下共铺设8 块路基板，路基板尺 寸 为6m ×2.2m，路 基 板 总 面 积A=8 ×2.2 ×6=105.6m2，

则吊装时路基板对地压强PK=F/ A=1050.3/ 105.6=9.95t/ m2。

取综合影响系数为1.2，

则P=1.2PK=9.95×1.2=11.94t/ m2。

2.2 地基处理方法、要求

（1）大型设备吊装场地包括吊装作业区、吊车行走路线场地和吊车组对场地。

（2）对土建工程施工回填要求：土建工程实施阶段，对于所有开挖区域，包括基础施工开挖、地下管线、隐蔽工程开挖，以及临时开挖过的区域，一定要严格按照规范要求回填夯实。

（3）根据地质勘探成果和起重机对地压强要求，各装置原始地基情况较差，不能满足吊车站位需求，必须进行专门的地基处理。地基处理主要采用更换垫层法。

2.3 地基处理原则

（1）装置区内已完成施工的正式道路，在养护期过后要加以特殊保护，供大型运输车辆和吊车使用。保护措施如下：在正式路面上铺垫厚度在50mm 以上细砂，压实后铺垫路基板或30mm 及以上厚钢板，吊装结束后清除。

（2）大型吊车行走和吊装作业要求地耐力和沉降达到规定要求。

2.4 大型吊车地基处理方法

（1）大型吊车站位处开挖或垫高的深度依据每个吊车站位点地质勘探钻孔剖面图的数据进行分析，遵守《建筑地基基础设计规范》。

（2）吊车吊装站位区域地基承载力应达到11.94t/ m2以上。

（3）吊车吊装场地地基处理方法：向下挖深800～1000mm，基底应夯实平整；然后用碎石分层回填，每层回填高度300mm, 用砂砾石料填缝并分层碾压，用20t 的压路机振动压实；每层做完后需做密实度试验，要求压实系数≥0.97，检测合格后方可施工下一垫层；最后上方铺设吊车路基板进行吊装。

（4）吊车行走及溜尾吊车行走区域向下挖深300～500mm，基底应夯实平整，用砂砾石料回填并分层碾压即可满足。

2.5 吊装区域隐蔽工程保护处理措施

因设备吊装时地面所受的压力较大，吊车站位处如果有地下阴井、沟道，必须进行临时回填处理，待设备吊装完毕撤场后再清除回填物，重新恢复阴井或沟道。

具体处理方法：用厚度为18mm 左右的钢板封盖住阴井或沟道内的管口，然后用粗沙将阴井或沟道内回填满并压实平整，也可用沙袋填平，但必须保证密实度，注意保护管口不让杂质进入管道。对于高出地面标高以上的井边沿则要求拆除，设备吊装后再进行恢复。

3 JM-S 气化炉吊装分析

表1 为气化炉及相关设备参数一览表。

表1 化炉及相关设备一览表

3.1 气化炉炉体吊装

加压气化炉净重155t，内径4000mm，长度14500mm，安装标高：EL+19.400m。

3.1.1 采用650t 履带式起重机主吊起吊时的受力计算

起重机的吊装载荷计算式见式（1）。

式中：P——吊装载荷；

F——设备重量；

q——吊具、索具、工器具重量之和。

则650t 履带式起重机主吊起吊时的吊装载荷：

查起重机性能表：选取SHB 主臂超起工况（200t 转台平衡重，60t 车身平衡重），主臂84m，超起配重250t，就位半径为30m，起重能力为195t。足施工安全要求。

3.1.2 溜尾吊车水平吊装时最大受力计算设备水平起吊时溜尾最大受力示意图见图1。

根据静力学平衡原理，得到式（2）和式（3）。

式中：F1——主吊耳受力；

F2——尾部吊耳受力；

G——设备吊装重量，155t；

L1——主吊耳中心到设备尾耳底部距离，14908mm；

L0——设备重心到尾耳底部距离，8119mm。根据式（2）和式（3），得到F1=84.4t，F2=70.6t。最终设备放平时，溜尾吊车的最大受力计算见式（4）。

式中：g′ ——150t 溜尾起重机150t 级吊钩（5t）和机索具（0.5t）的重量之和；

K1——动载系数，取1.1；

K2——不平衡系数，取1.1。

查150t 起重机工况性能表，选取19m 主臂标准工况，作业半径为7m，起重能力119t。

3.1.3 主吊钢丝绳选取

主吊钢丝绳选择φ68- 6×36- 1770 两根，每根25m。查GB/ T20067- 2017《粗直径钢丝绳》可知，单根破断力2700kN，每根一弯两股，根据主吊受力计算钢丝绳的安全系数（n1）,见式（5）。可见，符合规范要求的6～10 倍的安全倍率。

3.1.4 溜尾钢丝绳选择

选择φ48- 6×37M- 1770 两根，查GB/ T20118- 2017《钢丝绳通用技术条件》可知，其单根破断力为1200kN，绳长20m，采用单根一弯两股，根据溜尾受力计算钢丝绳的安全系数（n2），见式（6）。

可见，符合规范要求的6～10 倍的安全倍率。

图2 和图3 分别为吊装立面布置图和平面布置图。

图2 气化炉吊装立图

图3 气化炉吊装平面图

3.2 废热回收器吊装方案

废热回收器吊装选用的起重机技术参数：主吊车为650t 履带式起重机，84m 主臂SHB 超起工况，作业半径22～24m，超起配重50t，超起半径16m，起重能力124～110t；

溜尾吊车为150t 履带式起重机，19m 主臂HB 标准工况，作业半径10m，起重能力71t。

3.2.1 650t 履带式起重机主吊起吊时的受力分析

选用的330t 吊钩重8.9t，索具重2t。查起重机性能表，选取SHB 主臂超起工况（200t 转台平衡重，60t 车身平衡重），主臂84m，超起配重50t，就位半径为23m，起重能力为118.6t。

3.2.2 溜尾吊车水平吊装时的最大受力分析废热回收器水平起吊时溜尾最大受力示意图见图4。

图4 废热回收器水平起吊时溜尾最大受力示意图

查150t 起重机工况性能表，选取19m 主臂标准工况，作业半径为10m，起重能力71t。

3.2.3 主吊钢丝绳选取

主吊钢丝绳选择φ68- 6×36- 1770 两根，每根25m，其受力示意图见图5。查GB/ T20067- 2017《粗直径钢丝绳》可知，单根破断力2700kN，每根一弯两股，钢丝绳夹角为37°。

图5 主吊钢丝绳受力示意图

主吊钢丝绳受力计算见式（7）和式（8）。

式中：G——钢丝绳吊重，取84t；

T1、T2——主吊钢丝绳单侧受力；

θ——主吊钢丝绳夹角，37°；

3.2.4 溜尾钢丝绳选择

选择φ48- 6×37M- 1770 两根，查GB/ T20118- 2017《钢丝绳通用技术条件》可知，其单根破断力为1200kN，绳长20m，采用单根一弯两股，根据溜尾受力计算，得到n2=1200×4÷374=12.8 倍，符合规范要求的安全倍率。

4 JM-S 炉篦系统安装

JM- S 气化炉的主要特点之一：在炉内底部安装有旋转炉篦，是保证JM- S 气化炉能够连续稳定产气的核心部件。

炉篦下部有大齿轮盘，与下支撑环、环块及内破碎环等零件连接在一起同时旋转。气化炉底部有两个套管，小齿轮轴从套管穿入气化炉，小齿轮由安装在炉外下部的减速机驱动，带动大齿轮旋转。整个炉篦工作在约500℃的高温环境下，所以安装时必须考虑零件热膨胀后的工作状态。保证炉篦支撑盘的水平度十分关键，若不合格，将导致内外轴承环在某一方向上磨损过快，会大幅度减少其使用寿命，缩短维护周期[1]。

JM- S 气化炉旋转炉篦的安装流程见图6。

图6 JM-S 气化炉四步炉篦安装流程图

5 结论

通过制定“双机抬吊法”、“四步炉篦安装法”，形成了一套成熟的JM- S 炉施工技术。在保障质量的前提下，缩短了工期，技术创新效果显著。随着国家清洁能源发展战略的实施，JM- S 气化炉也必将在越来越多的煤化工项目应用，因此本技术具有广泛的推广价值。