大型国产化大化肥装置氨合成塔封头大盖安装

2018-04-19赵永斌

石油化工应用 2018年3期

杨林，赵永斌，丁锋

(中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026)

中国石油宁夏石化公司(简称宁夏石化)三化肥装置作为国内第一套自主知识产权大化肥项目，合成装置的心脏设备氨合成塔R1801采用了寰球工程公司专利技术“多床层轴径向复合床间接换热式节能型氨合成塔”。其包括合成塔高压外壳、合成塔内件两部分，高压外壳设计压力为17 MPa，设计温度为300℃，高压壳体内径为φ3 200 mm，高度约为26 000 mm，质量445 t；内件包括三个催化剂床层，两台换热器，设计温度为520℃。一床层为轴向流动，二、三床层采用径向流动，因此全塔压降较小，塔内两台换热器用于控制二、三床层进气温度，三床反应后高温气体不经冷却出塔，出塔气体温度426℃，可副产高压饱和蒸汽，合成塔高效、节能优势明显。

1 氨合成塔大盖

在完成氨合成塔内部触媒填装和内筒体平盖封头安装后，对氨合成塔大盖进行安装[1，2]。氨合成塔大盖为半球形封头，封头采用钢板整体冲压制造，最小厚度为110 mm，封头法兰为锻件加工，与上封头组焊并热处理。在上封头上焊接有3个吊耳，用于大盖吊装；在封头法兰上焊接有翻转吊耳，用于大盖翻转。氨合成塔大盖总质量为：47.6 t。吊装之前，氨合成塔封头大盖翻转倒放于专用支架上(见图1)。

图1 氨合成塔封头大盖倒放于专用支架

2 双锥垫安装

氨合成塔顶部封头采用双锥密封，质量为543 kg，上下密封面粘有柔性石墨带，封头大盖安装到位后靠主螺栓压紧，使柔性石墨带塑性变形，用于氨合成塔升压前的初始密封。双锥垫一个端面加工有圆周方向均匀分板的6个螺丝孔，用于安装吊环吊装双锥垫。

2.1 双锥垫密封面石墨带粘贴

双锥垫密封面所采用柔性石墨带为宽50 mm、厚0.5 mm、长度不小于11 m的自粘带褶柔性石墨带。粘贴到密封面时，柔性石墨带中间不允许有拼接接头，只允许首尾一个接头，接头为斜接头，且上下密封面的柔性石墨带接头错开180°。

2.2 双锥垫吊装到位[1]

双锥垫吊装时使用3条相同长度吊带，吊带两端分别与6个吊环连接，并调整好3条吊带两边长度一样，以保证双锥垫水平，同时必须保证6个吊环均匀吃力，以防双锥垫由于自重产生变形。双锥垫保持水平缓慢放置于翻转后的封头法兰密封槽内，用测隙规检查双锥垫和支持面间隙，以确保四周间隙均匀。移除用于吊装的吊环，用8块双锥垫定位板固定双锥垫，定位板用螺钉固定在封头盖底部(见图2)。

图2 双锥垫及定位板

3 合成塔封头大盖吊装

3.1 封头大盖翻转

双锥垫安装到位并用定位板固定后，准备吊装封头大盖。首先利用两台吊车翻转封头大盖，即600 t吊车用钢丝绳起吊两个轴式吊耳，为保证吊索角度不超过15°，在接近封头大盖处用长为4.2 m的专用钢结构(两端必须用钢丝固定挂在吊钩上)将钢丝绳撑开。通过另一台50 t吊车起吊封头大盖上的一个吊耳(此吊耳位于两个轴式吊耳中间位置)将封头大盖翻转。

翻转后封头放于枕木上，将8条顶丝旋入上封头法兰顶丝孔，并保证顶丝伸出长度为50 mm。封头大盖吊装前，将筒体端面法兰密封面、主螺栓清理干净，主螺栓螺纹表面抹涂二硫化钼润滑剂，将主螺栓旋入筒体端面法兰螺栓孔。

3.2 封头大盖吊装

按封头外接管口方位起吊封头大盖并用20 t导链调整封头法兰水平。到达筒体端部法兰上方后，将上封头法兰螺栓孔对准主螺栓，缓慢下移，直到顶丝底端接触筒体端面法兰。同时松开顶丝，使封头大盖下移，直到封头质量全作用在双锥垫上。用直角规测量封头法兰与筒体端部法兰中心线偏差，即选择筒体端面法兰圆周方向4个点进行测量，每个点相距90°，要求两法兰外径圆周错边允许偏差均小于0.3 mm，如不能满足要求，起吊重新调整安装。

4 封头大盖主螺栓紧固

4.1 封头大盖调平

在封头法兰外径圆周上每相距45°选取一个测量点，共8个点做好标记，用于测量封头法兰与筒体端部法兰间距。用测隙规和塞尺对8个测量点进行测量，所测最大间隙与最小间隙之差小于0.3 mm即为合格，如果大于0.3 mm，采用上紧间隙较大一侧主螺栓螺母进行调整，直到合格为止。合成塔大盖吊装到位后，测得最大间隙与最小间隙之差为7.28 mm，远大于安装技术要求数据，因此，对其进行调整处理，调整后最大间隙与最小间隙之差为0.29 mm，在安装技术要求范围内(见图3)。

图3 封头法兰与筒体端部法兰间距调整前后数据

4.2 主螺栓紧固

氨合成塔R1801采用的螺栓拉伸器型号为：AR140，有4个螺栓拉伸头。根据安装要求，封头主螺栓需要螺栓拉伸器在不同的压力等级下分别拉伸紧固5次，对应的拉伸器油压压力等级分别是9.9 MPa、16.9 MPa、22.6 MPa、28.2 MPa、28.2 MPa。

氨合成塔封头大盖共有主螺栓48条，将相距90°的4条螺栓分成一组同时紧固，共分为12组。紧固前在每条主螺栓端部做好编号标记(见图4)，按照编号从1到12依次紧固主螺栓[2]，在每个压力等级下紧固完成后，都要测量8个标记点处封头法兰与筒体端部法兰间距，如最大间隙与最小间隙之差小于0.3 mm即可进行下一个液压等级的主螺栓紧固，如大于0.3 mm，即在间隙较大侧的螺栓拉伸器增加油压2 MPa～3 MPa。将间隙调整在0.3 mm以内。调整液压拉伸器压力重复上述步骤，直到最后一遍紧固完成。

图4 封头大盖主螺栓紧固顺序编号

图5 9.9 MPa、16.9 MPa压力等级下主螺栓紧固后法兰间距

螺栓拉伸器油压在9.9 MPa、16.9 MPa压力等级下拉伸螺栓紧固后数据(见图5)，在这两个压力等级下主螺栓紧固后，封头法兰与筒体端部法兰最大间隙与最小间隙之差分别为0.21 mm、0.27 mm，均小于安装技术要求0.3 mm。因此，无需进行调整，直接进行下一个压力等级的主螺栓紧固作业。

螺栓拉伸器在22.6 MPa压力等级下拉伸螺栓紧固后数据(见图6)，在此压力等级下主螺栓紧固后，封头法兰与筒体端部法兰最大间隙与最小间隙之差为0.44 mm，超过安装技术要求0.3 mm。因此，采取在间隙较大侧的螺栓拉伸器设定油压25 MPa进行调整，调整后数据(见图6)，封头法兰与筒体端部法兰最大间隙与最小间隙之差为0.27 mm，小于安装技术要求0.3 mm，可以进行下一步作业。

螺栓拉伸器在28.2 MPa压力等级下拉伸螺栓紧固后数据(见图7)，在此压力等级下主螺栓紧固后，封头法兰与筒体端部法兰最大间隙与最小间隙之差为0.34 mm，超过安装技术要求0.3 mm。螺栓拉伸器设定油压31 MPa进行调整后，封头法兰与筒体端部法兰最大间隙与最小间隙之差为0.28 mm，小于安装技术要求0.3 mm，进入下一步作业。