王洪霞

預(yù)熱器內(nèi)筒的安裝及故障分析處理

Installation and Troubleshooting for Cyclone-duct of Cyclone

王洪霞

1 引言

水泥廠窯尾預(yù)熱器系統(tǒng)是水泥生產(chǎn)過程中的核心設(shè)備之一，主要功能在于充分利用回轉(zhuǎn)窯排出的熾熱氣流中所具有的熱焓加熱生料，使之預(yù)熱和分解，然后進(jìn)入分解爐和回轉(zhuǎn)窯繼續(xù)加熱分解，完成熟料燒成任務(wù)。旋風(fēng)筒的主要功能是使氣料分離，其分離效率的高低直接關(guān)系到系統(tǒng)的熱效率。其中，旋風(fēng)筒內(nèi)筒是預(yù)熱器的關(guān)鍵部件，內(nèi)筒使用正常與否，會(huì)直接影響旋風(fēng)筒的分離效率、系統(tǒng)的熱效率及系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。本文將就預(yù)熱器內(nèi)筒安裝的注意事項(xiàng)及生產(chǎn)中幾例故障的分析處理作一介紹，供同行參考。

2 預(yù)熱器旋風(fēng)筒內(nèi)筒掛片常見結(jié)構(gòu)形式及安裝注意事項(xiàng)

內(nèi)筒工況條件極為惡劣，如高溫物料流的磨損、氧化，含K2O、Na2O、SO2、CI-等氣體的腐蝕及水泥生產(chǎn)線非正常產(chǎn)量等因素，均會(huì)使內(nèi)筒的使用壽命縮短且容易導(dǎo)致生產(chǎn)運(yùn)行故障。為了充分發(fā)揮內(nèi)筒的使用性能，延長使用壽命，在保證內(nèi)筒制造質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還應(yīng)特別注意內(nèi)筒的安裝質(zhì)量，正確的安裝將對(duì)內(nèi)筒長期使用產(chǎn)生重要影響。

2.1 C1內(nèi)筒

C1內(nèi)筒為整體筒式結(jié)構(gòu)。C1旋風(fēng)筒工作溫度在300℃左右，溫度較低，不易損壞，故一般采用整體的筒式結(jié)構(gòu)。

2.2 C2、C3內(nèi)筒

C2、C3內(nèi)筒為掛片筒式結(jié)構(gòu)。C2和C3旋風(fēng)筒內(nèi)溫度在550～750℃之間，內(nèi)筒受熱腐蝕損壞幾率較大，需要階段性更換。為此，采用懸掛式大掛片等分圓周式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以保證掛片間隙均勻分布，便于安裝調(diào)整，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。安裝前，應(yīng)仔細(xì)校對(duì)旋風(fēng)筒出風(fēng)口處內(nèi)筒支架的相關(guān)尺寸和螺栓孔定位尺寸，若制作尺寸偏差較大應(yīng)做必要的修整。第一排掛片安裝完成后，要求掛片間隙均勻。

后續(xù)掛片安裝時(shí)不但要保證相鄰兩塊掛片之間的環(huán)向間隙達(dá)到最佳，而且與上一排掛片之間的豎直間隙也要保證均勻。安裝時(shí)應(yīng)避免掛片受斜拉，因?yàn)檫@種情況容易導(dǎo)致掛片間隙上下不均勻，進(jìn)而影響下一排的掛片縫隙。為避免出現(xiàn)這些情況，應(yīng)先進(jìn)行試掛，將尺寸不合適的地方拆下來打磨或修補(bǔ)，達(dá)到要求后方可使用。

掛完之后的內(nèi)筒整體應(yīng)呈規(guī)則的正圓柱形，相鄰兩塊掛片之間的間隙均勻，不存在零間隙情況，也不能有過大間隙。間隙過大，料流和氣流短路，會(huì)降低旋風(fēng)筒的分離效率；間隙過小甚至沒有間隙往往會(huì)使C2和C3掛片因受擠壓而斷裂，從而降低內(nèi)筒的使用壽命。2.3C4、C5內(nèi)筒

C4及C5旋風(fēng)筒內(nèi)筒通常為鑲嵌式組合小掛片的結(jié)構(gòu)。C4和C5旋風(fēng)筒內(nèi)工作溫度增加到750～950℃，工況環(huán)境非常惡劣，高溫和堿性環(huán)境易使內(nèi)筒腐蝕和變形。為此，C4和C5內(nèi)筒采用鑲嵌式耐熱鋼鑄造小掛片結(jié)構(gòu)，便于不定期更換。

C4、C5掛片的安裝首先要進(jìn)行內(nèi)筒支架及頂蓋的檢查工作。與安裝C2和C3內(nèi)筒類似，安裝時(shí)應(yīng)確保第一排每塊掛片豎直平整，掛片之間的周向縫隙均勻，掛片搭接處不存在擠壓情況，第一排掛片調(diào)整合格后方可進(jìn)行后續(xù)掛片的掛接。

雖然C4、C5掛片尺寸小，安裝、調(diào)整方便，但掛片安裝過程中仍然需要隨時(shí)檢查周向和縱向的掛片間隙。掛片間隙過大，在運(yùn)行中如遇氣流劇烈波動(dòng)或偶然爆燃、塌料等工藝故障，容易使掛片的掛鉤脫落，甚至掛片脫落，造成下料管堵塞或熟料破碎機(jī)損壞；掛片間隙過小，在熱膨脹后易出現(xiàn)內(nèi)筒變形等。

綜上所述，預(yù)熱器旋風(fēng)筒內(nèi)筒掛片的正確安裝是保證內(nèi)筒正常使用的前提條件。下面，筆者介紹一下因未正確安裝及使用掛片而帶來的一些故障案列，并就此分析一下故障的原因。

3 預(yù)熱器旋風(fēng)筒內(nèi)筒掛片的常見故障及原因分析

圖1 C3掛片受擠壓開裂

3.1 C3掛片的開裂及脫落（見圖1）

3.1.1 故障現(xiàn)象描述

在南方某現(xiàn)場，C3掛片使用不到半年的時(shí)間即出現(xiàn)碎裂甚至脫落的現(xiàn)象。其中，C3內(nèi)筒第一環(huán)掛片損壞共計(jì)12塊，第二環(huán)損壞共計(jì)2塊（見圖1所示）。

3.1.2 故障原因分析

掛片在正常使用時(shí)，主要受到三個(gè)外力作用：（1）掛片自身重力；（2）物料的沖刷力；（3）旋風(fēng)筒內(nèi)的風(fēng)壓。掛片失效通常是在物料沖刷及熱腐蝕綜合作用下逐步減薄形成的。C3掛片的設(shè)計(jì)厚度是16mm，現(xiàn)場人員通過測量損壞掛片的端面尺寸，發(fā)現(xiàn)掛片的厚度至少有15mm，從圖1也可清晰看出，掛片厚度幾乎沒有磨損、減薄且厚度均勻。因此可以判斷：C3掛片碎裂非掛片厚度嚴(yán)重減薄強(qiáng)度下降所致。

前文強(qiáng)調(diào)，在安裝C2、C3掛片時(shí)必須保證每塊掛片之間的熱膨脹間隙。C3內(nèi)筒掛片的材質(zhì)是含Ni的雙相耐熱鋼，雖然韌性優(yōu)良，但在沒有膨脹間隙的情況下仍會(huì)受到熱膨脹力的擠壓而斷裂。研究資料表明：這個(gè)熱膨脹應(yīng)力是個(gè)很大的力。在實(shí)驗(yàn)室做高溫拉伸試驗(yàn)時(shí)，將一根? 10mm、長70mm、與掛片同材質(zhì)的試棒加熱到600℃時(shí)，熱膨脹力不低于30kN。C3掛片的長度是該試棒的10倍左右，厚度是試棒直徑的2倍，其熱膨脹應(yīng)力不言而喻。

圖1照片顯示：該處損壞的掛片在冷態(tài)時(shí)已經(jīng)頂死，這說明掛片是被擠壓斷裂的。究其原因是在冷態(tài)安裝時(shí)，掛片的膨脹間隙沒有達(dá)到圖紙的設(shè)計(jì)要求甚至掛片根本就沒有膨脹間隙，這就是此現(xiàn)場較短使用時(shí)間內(nèi)掛片即斷裂的原因。

3.1.3 故障解決方法

更換損壞的掛片，同時(shí)仔細(xì)調(diào)整C3每環(huán)掛片之間的間隙，達(dá)到圖紙的設(shè)計(jì)要求，符合掛片安裝規(guī)范。考慮到現(xiàn)場操作的實(shí)際情況，對(duì)于那些間隙確實(shí)不好調(diào)整的掛片，采取補(bǔ)焊或切割的方法來滿足掛片間隙的圖紙要求，即：對(duì)間隙較大的掛片補(bǔ)焊耐熱圓鋼，把掛片間隙補(bǔ)償?shù)綀D紙要求尺寸；對(duì)間隙過小甚至沒有間隙的掛片，利用等離子切割設(shè)備或氣刨條，把掛片間隙切割到圖紙要求尺寸。

3.2 C4、C5掛片的脫落

3.2.1 故障現(xiàn)象描述

某廠在投料運(yùn)行幾個(gè)月后即出現(xiàn)這兩級(jí)最下邊兩環(huán)的部分掛片（含T型連接塊、帶孔小掛片、小掛片）有脫落?？蛻舭l(fā)現(xiàn)該故障現(xiàn)象后，即找到安裝公司相關(guān)人員對(duì)脫落掛片進(jìn)行了補(bǔ)掛，然而運(yùn)行不久又發(fā)生上述故障現(xiàn)象（見圖2、圖3）。

圖2 現(xiàn)場掛片間隙均勻

3.2.2 故障原因分析

C4、C5掛片由于尺寸小便于安裝、調(diào)整，安裝時(shí)很容易達(dá)到圖紙的技術(shù)要求。因此，這兩級(jí)的掛片出現(xiàn)脫落、擠裂的故障現(xiàn)象很少見。（1）對(duì)脫落掛片進(jìn)行了尺寸測量，獲知掛片、帶孔小掛片及T型連接塊外觀良好無明顯磨損痕跡，且厚度減薄最多1mm，由此判斷：上述零件的脫落并非過度磨損減薄所致；（2）各掛片之間的間隙符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，說明掛片等零件的脫落不是由于膨脹間隙小受擠壓所致；（3）從現(xiàn)場圖片看，最下端一圈帶孔小掛片后面的內(nèi)孔圓周內(nèi)只是點(diǎn)焊而沒有滿焊，當(dāng)受到物料沖刷特別是風(fēng)壓的沖擊時(shí)，由于小掛片沒有與T型連接塊滿焊牢固，導(dǎo)致T型連接塊首先脫落而起不到鎖片的作用，從而造成帶孔小掛片及部分其他掛片的脫落，這就是前述故障發(fā)生的原因。

3.2.3 故障解決方法

將脫落的掛片按照?qǐng)D紙要求重新補(bǔ)掛好，并且達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的間隙要求。同時(shí)，重點(diǎn)對(duì)T型連接塊應(yīng)該焊接的部位仔細(xì)進(jìn)行操作，確保每一T型連接塊焊接可靠、牢固。經(jīng)過這次檢修，該現(xiàn)場小掛片脫落的故障現(xiàn)象消除，保證了熱工系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行（見圖4）。

圖4C4、C5易脫落的帶孔小掛片、T型連接塊及其焊接示意部位

圖5 內(nèi)筒嚴(yán)重變形

圖6 掛片磨損情況

3.3 旋風(fēng)筒內(nèi)筒的嚴(yán)重變形

3.3.1 故障現(xiàn)象描述

這是一條利用化工廠的生產(chǎn)廢料電石渣作為原料生產(chǎn)水泥的2500t/d生產(chǎn)線，其預(yù)熱器為兩級(jí)，一級(jí)內(nèi)筒為大掛片，二級(jí)內(nèi)筒為小掛片，點(diǎn)火投料運(yùn)行期間工藝系統(tǒng)正常，產(chǎn)量穩(wěn)定在2500t/d左右。該生產(chǎn)線運(yùn)行半年后，一級(jí)內(nèi)筒大掛片嚴(yán)重變形（掛片由耐熱鋼板制成非鑄鋼件），導(dǎo)致燒成系統(tǒng)停產(chǎn)。

正常生產(chǎn)時(shí)，C1出口壓力在-2300～-2800Pa之間，出口溫度在580～640℃之間；C2出口壓力在-650～-800Pa之間，出口溫度在840～890℃之間，產(chǎn)量穩(wěn)定在2500t/d左右。

故障發(fā)生的當(dāng)天從18：15開始，C1出口壓力從-2854Pa不斷上升，在23：30己達(dá)到-4282Pa，轉(zhuǎn)天上午9點(diǎn)停窯檢查發(fā)現(xiàn)：預(yù)熱器C1內(nèi)筒己完全變形成扁平狀，不能通風(fēng)（見圖5、圖6）。

3.3.2 故障原因分析

現(xiàn)場實(shí)物照片清晰顯示，內(nèi)筒掛片的壁厚減薄嚴(yán)重，大部分掛片的壁厚尺寸只有2～3㎜，大大削弱了內(nèi)筒的整體剛度，在系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)壓不停的作用下最終導(dǎo)致嚴(yán)重變形。由此判斷，內(nèi)筒掛片的過快磨損、嚴(yán)重減薄是內(nèi)筒產(chǎn)生變形故障的原因。下面，分析一下掛片磨損過快的原因。

掛片減薄一般情況下是在物料沖刷及熱腐蝕綜合作用下產(chǎn)生的。此外，還有一個(gè)不容忽視的減薄原因是物料中含腐蝕性元素對(duì)掛片帶來的磨損，其中對(duì)掛片使用壽命影響較大的是Cl元素。相關(guān)資料表明：入預(yù)熱器系統(tǒng)的水泥生產(chǎn)原料中的Cl元素會(huì)在溫度場的作用下離析出來，由于氯離子有很強(qiáng)的可被金屬吸附的能力，在氯離子環(huán)境中很容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，從而生成可溶性物質(zhì)，加速掛片的腐蝕。因此，生產(chǎn)中對(duì)Cl元素含量的正?？刂品秶鷳?yīng)低于0.015%。由于該生產(chǎn)線水泥原料中含有化工廠的生產(chǎn)廢料，其Cl元素成分含量大約在0.03%左右，是Cl元素正常控制范圍的2倍，故加速了掛片的磨損。

3.3.3 故障解決方法

現(xiàn)場采取臨時(shí)補(bǔ)救措施：（1）把已收縮變形的內(nèi)筒拉開、調(diào)圓、找正；（2）內(nèi)筒基本找好圓度后，在內(nèi)筒里圈最薄弱部位先焊接一圈耐熱鋼筋板，然后在其上焊接“米”字支撐筋以加強(qiáng)內(nèi)筒的剛度；（3）客戶應(yīng)及時(shí)訂購新內(nèi)筒掛片，一俟備件到貨后立即更換。

對(duì)此，我們建議：（1）盡量優(yōu)化、控制水泥原料組分，即盡可能降低生產(chǎn)原料中Cl元素含量；（2）加強(qiáng)對(duì)預(yù)熱器內(nèi)筒掛片磨損情況的檢查，每個(gè)月有停窯檢修的機(jī)會(huì)時(shí)要對(duì)掛片進(jìn)行檢查，而且兩次檢查的間隔時(shí)間最長不能超過3個(gè)月；（3）在Cl元素含量不能有效改善的情況下，建議在掛片材質(zhì)中增加Mo、N元素或提高Ni含量，以降低Cl元素對(duì)奧氏體耐熱鋼掛片的熱腐蝕傷害；（4）庫存一套掛片備件。當(dāng)磨損后的掛片厚度尺寸超過設(shè)計(jì)尺寸的一半時(shí)就要考慮適時(shí)更換，以免影響正常生產(chǎn)。

4 結(jié)語

雖然預(yù)熱器是水泥廠燒成系統(tǒng)中重要的工藝設(shè)備，內(nèi)筒掛片產(chǎn)生故障會(huì)直接影響燒成系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，但由于內(nèi)筒在設(shè)備內(nèi)部為易損件，大家往往會(huì)忽略對(duì)內(nèi)筒掛片運(yùn)行情況的重視程度。希望通過本文對(duì)內(nèi)筒掛片安裝要求和幾起典型掛片故障的分析、處理過程的介紹，能引起大家對(duì)內(nèi)筒安裝、維護(hù)環(huán)節(jié)的重視，最大限度地延長內(nèi)筒的使用壽命。■

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10011001--61716171（20142014）0505--00410041--0303

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2014-02-07；編輯：呂光