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摘要：一段转化炉是合成氨装置中的核心设备, 弹簧吊架的测试，计算和调整又直接关系到炉管系统的寿命,也就关系到一段转化炉的整体使用寿命。本文介绍了对旧弹簧的检查和测试弹簧K值，在此基础上计算调校值并对弹簧进行调整。
关键词：合成氨装置一段转化炉弹簧吊架检测计算调校
中图分类号：C35文献标识码： A
0引言：
一段转化炉是合成氨装置中的核心设备, 弹簧吊架的测试，计算和调整又直接关系到炉管系统的寿命,也就关系到一段转化炉的整体使用寿命,这里以川化股份公司二化一段炉为例对弹簧吊架进行介绍,一段炉辐射段是热底式顶烧炉,外形为方箱形管式炉,由10排竖琴管排组成,每排竖琴管排有40根转化管,悬挂在炉顶钢结构上的弹簧吊架承受竖琴管系的荷载,每2根转化管由1个弹簧吊架悬挂,整个一段炉竖琴管排系统由200套弹簧吊架悬挂支承，弹簧的检验、标定和调整，是为了使整个弹簧所受的力刚好等于所承受的转化管、弹簧吊架、猪尾管、吊耳、下集气管、保温及转化管所装触媒的重量之和，从而使下集气管不承受额外的附加弯矩、使转化管不承受额外的附加应力。这里介绍了对旧弹簧的检查和测试弹簧K值，在此基础上计算调校值并对弹簧进行调整。
1 弹簧吊架结构形式:
转化管弹簧安装示意图如下:
2 弹簧的检查:
对已编号的弹簧按顺序进行宏观检查。
2.1检查弹簧的腐蚀情况。
2.2检查花兰螺丝是否完好。
2.3检查吊杆是否垂直。
3 弹簧的检测：
3.1用精度0.5%以上的测力计,在弹簧专用测试装置上给弹簧加力，从0～2000Kg，测力计的指针必须连续线性平稳上升；当卸掉外力时，测力计的指针必须不停顿地下降至“0”；在加载与卸载的过程中，弹簧不得有任何卡涩现象。在弹簧指针达到“0”位时，记录弹簧的载荷，缓慢卸载至999 Kg，记录弹簧的标尺并卡死。
3.2弹簧位移量的测试：
标尺零位时的载荷F( Kg),为起点位置；
第一次加力至F1 Kg，测定并记录距起点的位移量ΔL1（mm）；
第二次加力至F2 Kg，测定并记录距起点的位移量ΔL2（mm）；
3.3弹簧K值的计算：
△L3=△L2-△L1
K1=（F1-F）÷△L1 Kg/mm
K2=（F2- F1）÷△L3Kg/mm
K3=（F2-F）÷△L2 Kg/mm
K =（K1 +K2 +K3）÷3
式中 K 、K1、K2、K3——弹簧常数，单位是Kg/mm
4 弹簧K值测定记录及合格标准：
将测试数据和计算结果填在记录表一内（二化一段炉改造，K值测定时弹簧载荷是根据实际情况取值，每根弹簧载荷取值不一），上好弹簧卡。经校验，K值变化率＞±20%原值的弹簧或者在测试过程中有碰擦卡涩等现象的弹簧不能使用,应予更换，合格的弹簧吊架应用记号笔作好标记。
编号 原始K值（Kg/mm) 标尺零位时的载荷F（Kg) 位移实测记录mm K值计算值Kg/ mm K值变化率 是否合格
ΔL1
及对应力(Kg） ΔL2及对应力(Kg） ΔL3 K1 K2 K3 K
1-1 5.357 1258 -26/1099 +9/
1306 35 6.11 5.91 5.33 5.78 7.9% 合格
1-2 5.357 1203 -20/1105 +16/1298 36 4.9 5.36 5.94 5.4 0.8% 合格
1-3 5.357 1260 -30/1100 +12/1322 42 5.33 5.29 5.17 5.26 1.7% 合格
1-4 5.357 1215 -24/1097 +16/1310 40 4.92 5.33 5.94 5.4 0.7% 合格
1-5 5.357 1250 -31/1090 +10/1309 41 5.16 5.34 5.9 5.47 2% 合格
1-6 5.357 1310 -40/1103 -4/
1295 36 5.17 5.33 3.75 4.75 11.3% 合格
1-7 5.357 1252 -27/1108 +10/1304 37 5.33 5.30 5.2 5.28 1.5% 合格
1-8 5.357 1226 -25/1097 +16/1317 41 5.16 5.37 5.69 5.4 0.9% 合格
1-9 5.357 1248 -30/1095 +10/1317 40 5.1 5.55 6.9 5.85 9.2% 合格
1-10 5.357 1250 -35/1096 +9/
1299 44 4.4 4.61 5.44 4.8 10.4% 合格
1-11 5.357 1272 -31/1095 +10/1298 41 5.71 4.95 2.6 4.42 17.5% 合格
1-12 5.357 1280 -27/1107 +9/
1303 36 6.41 5.44 2.6 4.82 10% 合格
1-13 5.357 1265 -30/1099 +7/
1307 37 5.53 5.62 6 5.72 6.7% 合格
1-14 5.357 1252 -28/1094 +12/1300 40 5.27 5.03 4 4.77 11% 合格
1-15 5.357 1246 -30/1099 +10/1297 40 4.9 4.95 5.1 4.98 7% 合格
1-16 5.357 1274 -24/1094 +7/
1308 31 7.5 6.9 4.86 6.42 19.8% 合格
1-17 5.357 1263 -26/1100 +14/1306 40 6.27 5.15 3.07 4.83 9.8% 合格
1-18 5.357 1263 -27/1096 +10/1307 37 6.19 5.70 4.4 5.43 1.4% 合格
1-19 5.357 1247 -25/1108 +11/1298 36 5.56 5.28 4.6 5.16 3.7% 合格
1-20 5.357 1257 -31/1106 +8/
1317 39 4.87 5.41 7.5 5.9 10.6% 合格
5 弹簧调校值的确定
5.1 弹簧的最终理论工作载荷见表二：
表二弹簧的最终理论工作载荷单位：Kg
转化管及下集气管的重量(含保温） 催化剂重量 吊杆、耳座的重量 猪尾管及保温重量 合计
831 120 30 18 999
注：以上是转化管一个双管弹簧应承受的最终理论工作载荷为999 Kg，但測定时所有重量以实际称重结果为准，竖琴管排称重在全部弹簧K值校验之后进行。
5.2每排弹簧的最终实际工作总载荷：
Pi=Σ（Aij + Cij Kij）
式中Pi——第i排竖琴总重量，Kg
Aij——第i排j号弹簧原零点的测定载荷，Kg
Kij——第i排j号弹簧测定的K值，Kg/mm
Cij——第i排j号弹簧调校前的冷态读数， mm
i——弹簧排数，i=1~10
j——弹簧号数，j =1~20
5.3每排每个弹簧平均分配载荷：
Pij‘= Pi÷20
式中Pij‘——调校后第i排j号弹簧的计算载荷，Kg
5.4每个弹簧调校后应调到的冷态读数：
H=( Pij－Q0)/ Kij
式中：H—为弹簧最终工作载荷刻度值，从标准工作载荷（零点）到最终工作载荷之刻度值，mm；
Q0—刻度为“0”的工作载荷，Kg
按上述方法，依据弹簧K值测定记录表和弹簧调整记录表数据，计算出每个弹簧应调到的冷态读数刻度值，并在弹簧筒体标尺上画出标记，并以此值进行调整，将计算值填入表三。
表三 弹簧应调到的冷态读数单位：mm
编号 实测K值 计算值 备注
Pij‘实际弹簧平均荷重Kg H应调到的冷态值mm
1-1 5.78 969.4 -49.9
1-2 5.4 969.4 -43.3
1-3 5.26 969.4 -55.2
1-4 5.4 969.4 -45.5
1-5 5.47 969.4 -51.3
1-6 4.75 969.4 -71.7
1-7 5.28 969.4 -53.5
1-8 5.4 969.4 -47.5
1-9 5.85 969.4 -47.6
1-10 4.8 969.4 -58.5
1-11 4.42 969.4 -68.5
1-12 4.82 969.4 -64.4
1-13 5.72 969.4 -51.7
1-14 4.77 969.4 -59.2
1-15 4.98 969.4 -55.5
1-16 6.42 969.4 -47.4
1-17 4.83 969.4 -60.8
1-18 5.43 969.4 -54
1-19 5.16 969.4 -53.8
1-20 5.9 969.4 -48.7
6 现场安装及调整：
由于转化管与上升管、管排、触媒装填时都进行了称重，所以空管状态下就无需进行调整，只进行满载状态下的调整。弹簧调整时要注意以下问题。
（1）所有焊接工作完成后，拆除管排上的吊装器具，取下卡子。
（2）检查弹簧的垂直偏差，其值≤1.6mm。
（3）检查炉膛内管排，不准有任何重物、坐人或架子卡住等现象。
（4）弹簧调整时应轻轻晃动一下炉管，不得有任何阻碍。
（5）由技术人员对弹簧编号与所处位置是否一致进行核对确认。
（6）按照计算得出应调到的冷态值及弹簧标记对弹簧逐个进行调整并记录。调整顺序是以上升管为中心由多人同时向两边同时进行调整。
（7）如调整前弹簧指针与计算值相差超过25mm,应分2~3次进行调整，最终达到与应调到的冷态读数±0.5mm。
7 结束语
通过以上方法对弹簧吊架进行检测调校后，竖琴管排受力均匀，在近两年的大修中，由永鑫设备厂对一段炉开炉检查测量炉管蠕胀发现，下集气管及转化管的蠕胀及直线度变化不大，能满足生产需求，表明竖琴管排处于受控状态。
参考文献
[1] HG25701-93《一段转化炉检维修规程》
[2] 化学工业出版社，李祉川《化工廠机械手册——化工设备的维护检修》第7章氮肥工业用设备部分，1989，404~478
作者简介:伍海波(1983-) ,男 , 眉山市仁寿县人,助理工程师
本科助理工程师1983.1.20四川仁寿化工设备技术
关键词：合成氨装置一段转化炉弹簧吊架检测计算调校
中图分类号：C35文献标识码： A
0引言：
一段转化炉是合成氨装置中的核心设备, 弹簧吊架的测试，计算和调整又直接关系到炉管系统的寿命,也就关系到一段转化炉的整体使用寿命,这里以川化股份公司二化一段炉为例对弹簧吊架进行介绍,一段炉辐射段是热底式顶烧炉,外形为方箱形管式炉,由10排竖琴管排组成,每排竖琴管排有40根转化管,悬挂在炉顶钢结构上的弹簧吊架承受竖琴管系的荷载,每2根转化管由1个弹簧吊架悬挂,整个一段炉竖琴管排系统由200套弹簧吊架悬挂支承，弹簧的检验、标定和调整，是为了使整个弹簧所受的力刚好等于所承受的转化管、弹簧吊架、猪尾管、吊耳、下集气管、保温及转化管所装触媒的重量之和，从而使下集气管不承受额外的附加弯矩、使转化管不承受额外的附加应力。这里介绍了对旧弹簧的检查和测试弹簧K值，在此基础上计算调校值并对弹簧进行调整。
1 弹簧吊架结构形式:
转化管弹簧安装示意图如下:
2 弹簧的检查:
对已编号的弹簧按顺序进行宏观检查。
2.1检查弹簧的腐蚀情况。
2.2检查花兰螺丝是否完好。
2.3检查吊杆是否垂直。
3 弹簧的检测：
3.1用精度0.5%以上的测力计,在弹簧专用测试装置上给弹簧加力，从0～2000Kg，测力计的指针必须连续线性平稳上升；当卸掉外力时，测力计的指针必须不停顿地下降至“0”；在加载与卸载的过程中，弹簧不得有任何卡涩现象。在弹簧指针达到“0”位时，记录弹簧的载荷，缓慢卸载至999 Kg，记录弹簧的标尺并卡死。
3.2弹簧位移量的测试：
标尺零位时的载荷F( Kg),为起点位置；
第一次加力至F1 Kg，测定并记录距起点的位移量ΔL1（mm）；
第二次加力至F2 Kg，测定并记录距起点的位移量ΔL2（mm）；
3.3弹簧K值的计算：
△L3=△L2-△L1
K1=（F1-F）÷△L1 Kg/mm
K2=（F2- F1）÷△L3Kg/mm
K3=（F2-F）÷△L2 Kg/mm
K =（K1 +K2 +K3）÷3
式中 K 、K1、K2、K3——弹簧常数，单位是Kg/mm
4 弹簧K值测定记录及合格标准：
将测试数据和计算结果填在记录表一内（二化一段炉改造，K值测定时弹簧载荷是根据实际情况取值，每根弹簧载荷取值不一），上好弹簧卡。经校验，K值变化率＞±20%原值的弹簧或者在测试过程中有碰擦卡涩等现象的弹簧不能使用,应予更换，合格的弹簧吊架应用记号笔作好标记。
编号 原始K值（Kg/mm) 标尺零位时的载荷F（Kg) 位移实测记录mm K值计算值Kg/ mm K值变化率 是否合格
ΔL1
及对应力(Kg） ΔL2及对应力(Kg） ΔL3 K1 K2 K3 K
1-1 5.357 1258 -26/1099 +9/
1306 35 6.11 5.91 5.33 5.78 7.9% 合格
1-2 5.357 1203 -20/1105 +16/1298 36 4.9 5.36 5.94 5.4 0.8% 合格
1-3 5.357 1260 -30/1100 +12/1322 42 5.33 5.29 5.17 5.26 1.7% 合格
1-4 5.357 1215 -24/1097 +16/1310 40 4.92 5.33 5.94 5.4 0.7% 合格
1-5 5.357 1250 -31/1090 +10/1309 41 5.16 5.34 5.9 5.47 2% 合格
1-6 5.357 1310 -40/1103 -4/
1295 36 5.17 5.33 3.75 4.75 11.3% 合格
1-7 5.357 1252 -27/1108 +10/1304 37 5.33 5.30 5.2 5.28 1.5% 合格
1-8 5.357 1226 -25/1097 +16/1317 41 5.16 5.37 5.69 5.4 0.9% 合格
1-9 5.357 1248 -30/1095 +10/1317 40 5.1 5.55 6.9 5.85 9.2% 合格
1-10 5.357 1250 -35/1096 +9/
1299 44 4.4 4.61 5.44 4.8 10.4% 合格
1-11 5.357 1272 -31/1095 +10/1298 41 5.71 4.95 2.6 4.42 17.5% 合格
1-12 5.357 1280 -27/1107 +9/
1303 36 6.41 5.44 2.6 4.82 10% 合格
1-13 5.357 1265 -30/1099 +7/
1307 37 5.53 5.62 6 5.72 6.7% 合格
1-14 5.357 1252 -28/1094 +12/1300 40 5.27 5.03 4 4.77 11% 合格
1-15 5.357 1246 -30/1099 +10/1297 40 4.9 4.95 5.1 4.98 7% 合格
1-16 5.357 1274 -24/1094 +7/
1308 31 7.5 6.9 4.86 6.42 19.8% 合格
1-17 5.357 1263 -26/1100 +14/1306 40 6.27 5.15 3.07 4.83 9.8% 合格
1-18 5.357 1263 -27/1096 +10/1307 37 6.19 5.70 4.4 5.43 1.4% 合格
1-19 5.357 1247 -25/1108 +11/1298 36 5.56 5.28 4.6 5.16 3.7% 合格
1-20 5.357 1257 -31/1106 +8/
1317 39 4.87 5.41 7.5 5.9 10.6% 合格
5 弹簧调校值的确定
5.1 弹簧的最终理论工作载荷见表二：
表二弹簧的最终理论工作载荷单位：Kg
转化管及下集气管的重量(含保温） 催化剂重量 吊杆、耳座的重量 猪尾管及保温重量 合计
831 120 30 18 999
注：以上是转化管一个双管弹簧应承受的最终理论工作载荷为999 Kg，但測定时所有重量以实际称重结果为准，竖琴管排称重在全部弹簧K值校验之后进行。
5.2每排弹簧的最终实际工作总载荷：
Pi=Σ（Aij + Cij Kij）
式中Pi——第i排竖琴总重量，Kg
Aij——第i排j号弹簧原零点的测定载荷，Kg
Kij——第i排j号弹簧测定的K值，Kg/mm
Cij——第i排j号弹簧调校前的冷态读数， mm
i——弹簧排数，i=1~10
j——弹簧号数，j =1~20
5.3每排每个弹簧平均分配载荷：
Pij‘= Pi÷20
式中Pij‘——调校后第i排j号弹簧的计算载荷，Kg
5.4每个弹簧调校后应调到的冷态读数：
H=( Pij－Q0)/ Kij
式中：H—为弹簧最终工作载荷刻度值，从标准工作载荷（零点）到最终工作载荷之刻度值，mm；
Q0—刻度为“0”的工作载荷，Kg
按上述方法，依据弹簧K值测定记录表和弹簧调整记录表数据，计算出每个弹簧应调到的冷态读数刻度值，并在弹簧筒体标尺上画出标记，并以此值进行调整，将计算值填入表三。
表三 弹簧应调到的冷态读数单位：mm
编号 实测K值 计算值 备注
Pij‘实际弹簧平均荷重Kg H应调到的冷态值mm
1-1 5.78 969.4 -49.9
1-2 5.4 969.4 -43.3
1-3 5.26 969.4 -55.2
1-4 5.4 969.4 -45.5
1-5 5.47 969.4 -51.3
1-6 4.75 969.4 -71.7
1-7 5.28 969.4 -53.5
1-8 5.4 969.4 -47.5
1-9 5.85 969.4 -47.6
1-10 4.8 969.4 -58.5
1-11 4.42 969.4 -68.5
1-12 4.82 969.4 -64.4
1-13 5.72 969.4 -51.7
1-14 4.77 969.4 -59.2
1-15 4.98 969.4 -55.5
1-16 6.42 969.4 -47.4
1-17 4.83 969.4 -60.8
1-18 5.43 969.4 -54
1-19 5.16 969.4 -53.8
1-20 5.9 969.4 -48.7
6 现场安装及调整：
由于转化管与上升管、管排、触媒装填时都进行了称重，所以空管状态下就无需进行调整，只进行满载状态下的调整。弹簧调整时要注意以下问题。
（1）所有焊接工作完成后，拆除管排上的吊装器具，取下卡子。
（2）检查弹簧的垂直偏差，其值≤1.6mm。
（3）检查炉膛内管排，不准有任何重物、坐人或架子卡住等现象。
（4）弹簧调整时应轻轻晃动一下炉管，不得有任何阻碍。
（5）由技术人员对弹簧编号与所处位置是否一致进行核对确认。
（6）按照计算得出应调到的冷态值及弹簧标记对弹簧逐个进行调整并记录。调整顺序是以上升管为中心由多人同时向两边同时进行调整。
（7）如调整前弹簧指针与计算值相差超过25mm,应分2~3次进行调整，最终达到与应调到的冷态读数±0.5mm。
7 结束语
通过以上方法对弹簧吊架进行检测调校后，竖琴管排受力均匀，在近两年的大修中，由永鑫设备厂对一段炉开炉检查测量炉管蠕胀发现，下集气管及转化管的蠕胀及直线度变化不大，能满足生产需求，表明竖琴管排处于受控状态。
参考文献
[1] HG25701-93《一段转化炉检维修规程》
[2] 化学工业出版社，李祉川《化工廠机械手册——化工设备的维护检修》第7章氮肥工业用设备部分，1989，404~478
作者简介:伍海波(1983-) ,男 , 眉山市仁寿县人,助理工程师
本科助理工程师1983.1.20四川仁寿化工设备技术