石化反应器外调圆工装及在齐聚反应器制造中的应用

李辉林 刘 恒

（茂名重力石化装备股份公司，茂名 525024）

1 背景简介

对于普通石化反应器，筒体要满足强度或者换热要求，而对筒体内径的椭圆度要求不高，即使工作一段时间后产生适度弹性变形也在可接受范围内。随着国内石化行业的发展，反应器的结构日益复杂，制造要求也不断提高。筒体椭圆度越小，应力集中越小，设备使用越安全。因此，在设计上一般要求筒体椭圆度不高于“0.5%×内径”。焊接是引起变形的主要因素。焊接过程中，焊缝部位升温降温产生的热胀冷缩会导致工件在焊后存在焊接变形。过大的焊接变形将影响结构尺寸。为了减少焊接变形，往往在焊接前，在需要调节的部位附近进行米字形支撑，焊接完成后再通过千斤顶等方式微调筒体，整体热处理消除应力后再割除支撑结构[1]。

传统针对大直径筒体的调圆作业，通常是带有液压缸的调圆机构从内外部对其筒体的两侧同时进行挤压，使其满足椭圆度需求[2]。然而，调圆机构结构复杂，不易调节，在使用过程中容易对某部分薄壁筒体造成过度挤压。为适应不同直径的筒体，调圆机构需制作成不同规格，造成成本较高。而后出现了其他结构的筒体内部调圆工装，包括外支撑体、内支撑体、多个支撑件、多根调节杆。外支撑体呈环状，上沿周向分布有多个定位部；内支撑体位于外支撑体的内部中心处；多个支撑件呈周向间隔分布，各支撑件分别连接外支撑体和内支撑体；多根调节杆一一沿外支撑体的径向可活动地与定位部对应连接，各调节杆的外端设有一弹性抵顶部，以用于弹性抵顶筒体的内壁。该筒体调圆工装在使用时位于筒体内部，通过外支撑体、内支撑体和支撑件有效支撑起筒体内部，防止筒体变形，有效保证筒体的圆度。

但是，齐聚反应器采用带夹套容器结构形式，内部安装有搅拌器，使液体、气体介质强迫对流并均匀混合[3]。介质反应会产生大量热量，单靠夹套散热不能满足需求，因此在内筒内壁设置盘管冷却结构。盘管安装完毕后，内筒不能再进行内调圆。同时，运行过程中，由于搅拌器对内筒产生较大的循环应力，内筒的椭圆度会发生变化，影响反应器持续安稳运行。结晶反应器尺寸较大，但是筒体壁厚较小，容易在焊接等制造过程中产生变形。筒体内设置了转动的刮板，通过刮板的不断旋转将筒体内壁的结晶体刮下，在刮板预组装完成后就不能再进行内调圆。运行过程中，刮板会对筒体内壁产生较大的挤压应力，导致筒体内壁的椭圆度发生变化，进而改变刮板与内壁之间的间隙，影响反应器持续安稳运行，降低刮料效率。因此，迫切需要开发一种能够在外面调整筒体内壁椭圆度的工装[4]。椭圆度指横截面上存在外径不等的现象，即存在不一定互相垂直的最大外径和最小外径，则最大外径与最小外径之差即为椭圆度。

2 设备结构

以齐聚反应器为例，齐聚反应指含不饱和键的化合物在催化剂的作用下反应生成低分子量聚合物的过程，其中同分子单体称为均聚，不同分子单体称为共聚。齐聚反应广泛应用于有机合成，可以使反应产物的分子量变大，从而提升产物的力学性能、热稳定性等。

茂名重力石化装备股份公司承接了某石化公司合成基础油项目齐聚反应器的国产化研制任务，目标是基于试验模型解决混合、传质、传热等问题，成功研制出连续搅拌釜式反应器（包括搅拌器），满足工业装置建设需要。该齐聚反应器基本设计参数如表1、表2 所示。该设备工作温度和工作压力都不高，但是介质具有毒性且易爆，属于Ⅱ类压力容器。另外，搅拌器及其相关结构的设计参数如表3 所示。

表1 基本设计参数

表2 操作介质的设计参数

表3 搅拌器及其相关结构的设计参数

该齐聚反应器结构具有外筒体和内筒体，其中内筒体内壁安装有盘管，中心设置有搅拌器，因此在盘管安装完毕后内筒不能再进行内调圆。

3 工装介绍

在齐聚反应器研制过程中，为了解决该反应器和其他类似反应器在某一制造环节后无法内调圆的实际困难和在实际工作中筒体还要调圆的需求，研究开发了一种能够在外面调整筒体内壁椭圆度且起到加强定位作用的石化反应器外调圆工装，如图1 所示。该调圆工装设置于筒体外侧，包括沿圆筒体的轴向方向布置的多个调圆装置。每个调圆装置具体包括均布在筒体外侧的支撑架和安装于支撑架并分隔环布的多条调节柱。调节柱螺纹连接于支撑架，并抵顶筒体的外侧壁。

图1 外调圆工装

在设备制造时，该外调圆工装可以根据需要调整轴向上布置的多个调圆装置，通过旋转多条调节柱不同程度抵顶筒体外壁，以调节筒体内壁的椭圆度，确保筒体内壁与其内的搅拌器或刮板配合更精细，提高搅拌或刮料效率。调圆装置可以保留安装于圆筒体外，在不改变原有圆筒体壁厚保障换热效率基础上，增强圆筒体强度。另外，在反应器工作一段时间后，可根据需要再次操作调节柱进行调节，维护便捷。

4 应用过程

该外调圆工装具体包括沿圆筒体轴向方向布置的多个调圆装置。单个调圆装置包括固定在圆筒体外侧的呈圆环状的支撑架和安装于支撑架的多条调节柱。支撑架采用工字钢环绕而成。多条调节柱均匀分隔环布于圆筒体外侧，也可以采用非均匀布置。调节柱为螺栓，支撑架固定有供调节柱旋入的螺母，从而实现调节柱螺纹连接于支撑架并抵顶圆筒体的外侧壁。调节柱还可替换为其他活动铆接结构。中部螺纹与螺母配合。

安装使用时，通过观察圆筒体内部的搅拌器或刮板与圆筒体内壁之间的缝隙是否过大或过小，旋转多条调节柱以不同程度抵顶圆筒体的外壁，调节圆筒体内壁的椭圆度，确保圆筒体内壁与其内的搅拌器或刮板配合更精细，提高搅拌或刮料效率。在换热器工作一段时间后，如果出现搅拌器或刮板与圆筒体内壁间隙不符合要求的问题，可以破坏焊接结构再次拧动调节柱进行调节。另外，调圆装置保留安装于圆筒体外，在不改变原有圆筒体壁厚，保障换热效率基础上，增强圆筒体强度[5]。

5 应用效果

在齐聚反应器研制过程中，应用该外调圆工装效果显著，成功确保了内筒体内壁椭圆度。该设备通过不同液位的不带压运转试验和带压试运转试验后，最终顺利出厂。

6 结语

针对齐聚反应器和其他类似反应器在某一制造环节后无法内调圆的实际困难，以及在实际工作中筒体还要调圆的需求，研究开发了一种能够在外面调整筒体内壁椭圆度且起到加强定位作用的石化反应器外调圆工装。该工装在齐聚反应器制造过程中应用，保证了内筒体内壁椭圆度，顺利完成了反应器的研制任务且顺利出厂，具有一定的推广价值。