平衡锤

利用平衡锤滑轮组对转化炉管的支承技术

平衡锤是指利用平衡锤滑轮组对转化炉管的支承技术。恒力支承是一种支承力不随支承力方向的位移发生变化的柔性支承。最简单的方案就是平衡锤和滑轮组组合，平衡锤可以在整个炉管伸缩范围内提供真实可靠的恒定载荷支承。

简介

以轻烃为原料，采用蒸汽转化法生产氢气、甲醇原料气或合成氨原料气，在制氢、甲醇、合成氨等工业部门中具有十分重要的地位。转化炉是轻烃蒸汽转化过程中的核心设备，而转化炉内的炉管又是转化炉的关键部件。这些炉管在转化炉内承受1000℃以上的火焰辐射，最高管壁温度通常都在800℃以上，工作条件十分苛刻：高温、中压、临氢，因此炉管的支承十分重要。

转化炉管支承技术是随着转化炉技术的发展、变化逐步定型的，现在的主流技术一是采用恒力弹簧，二是采用平衡锤滑轮组。

转化炉管恒力弹簧支承

恒力弹簧的重要性能指标是恒定度（规定载荷离差）。NB/T　47038—2013《恒力弹簧支吊架》给出的恒定度（规定载荷离差）定义是：恒力弹簧支吊架用机械或辅助弹簧补偿由动摩擦和制造偏差等因素造成的载荷偏差。NB/T　47038—2013要求，恒力弹簧支吊架在上下位移的整个行程范围内的规定载荷离差（包括摩擦力）不大于6%。

目前，采用恒力弹簧支承转化炉管的主流技术，以法国德西尼布（Technip）转化炉为代表。

德西尼布（Technip）对转化炉管恒力弹簧的恒定度要求在2% 以内，超出了标准NB/T47038—2013要求，非常苛刻。

拟德西尼布（Technip）出口管系结构的应力计算结果：当规定载荷离差为2%时，管系（结构1）的一次应力急剧增加，己超过标准许用值；当规定载荷离差增大到6%时，管系（结构1）的应力值己达到许用应力的3倍多。因此，德西尼布（Technip）对转化炉管恒力弹簧的恒定度要求在2%以内是必要的。

转化炉管平衡锤支承

恒力支承是一种支承力不随支承力方向的位移发生变化的柔性支承。最简单的方案就是平衡锤和滑轮组组合，平衡锤可以在整个炉管伸缩范围内提供真实可靠的恒定载荷支承。

平衡锤滑轮组恒力支承转化炉管并不是一项新技术，早在1960年代，英国的帝国化学工业公司（ICI）合成氨一段转化炉就采用了此技术。其平衡锤设置在炉顶平台上方，一组平衡锤同时悬吊多排炉管。

目前，采用平衡锤滑轮组恒力支承转化炉管的主流技术，以法液空德国鲁奇（Lurgi）转化炉为代表。

鲁奇（Lurgi）转化炉平衡锤布置在炉底，平衡锤牵拉的钢丝绳通过炉顶滑轮组与多排炉管吊架连接，为多排转化炉管在整个伸缩范围内，同时提供真实可靠的恒定载荷支承。国内某转化炉采用平衡锤滑轮组技术的实例。

转化炉多组平衡锤滑轮组中的一组平衡锤滑轮组恒力支承转化炉管的典型布置。平衡锤设置在炉顶平台一侧。钢丝绳一端连接平衡锤，另一端固定在炉顶横梁上，中间穿过滑轮组中的多个定滑轮和动滑轮悬吊4排炉管。

定滑轮定位在炉顶横梁上，动滑轮与炉管吊杆连接，通过动滑轮的升降吸收炉管的热胀冷缩，而动滑轮的升降是由平衡锤牵动钢丝绳完成的。

一组平衡锤的载荷由动滑轮悬吊的炉管载荷决定。如果不考虑钢丝绳和动滑轮的质量，那么，平衡锤的载荷就等于动滑轮悬吊载荷的一半。实际工程中，由于炉管的制造偏差，导致每根炉管的质量可能都不一样，另外，每根炉管装填催化剂质量也有偏差，所以，每个动滑轮悬吊的载荷都不一致。因此，要尽量选用炉管质量相近的炉管由一组平衡锤滑轮组支承。另外，装填催化剂时，也要考虑纠正炉管的质量偏差，在保证催化剂有效装填的情况下，用催化剂的装填量弥补炉管的质量偏差，使每根炉管质量加上其装填催化剂的质量之和都相等或接近相等，这样，就可以选择合适的平衡锤载荷，保证每根炉管的支承载荷一致。

平衡锤支承的优点

1　可方便有效的现场调节载荷

通过增减平衡锤中平衡块的数量，平衡锤的载荷就可以很方便的匹配炉管的载荷。现场调节转化炉平衡锤载荷至关重要。

众所周知，转化炉管的支承载荷是根据炉管设计规格、壁厚确定的。但转化炉管壁厚铸造偏差为正，实际到货炉管的重量比理论值重，因此，转化炉管的支承载荷需要根据实际到货炉管的质量来调整。采用恒力弹簧支承时，需要专业人员调整弹簧载荷。而平衡锤载荷调整过程比较简单，直接增加平衡块的数量就可以匹配炉管的增重，不需要像恒力弹簧载荷调节那样的专业人员就可以完成。

另外，转化炉的烘炉过程极大地考验了转化炉管的恒力支承。因此转化炉烘炉是非常重要的环节。

在一般情况下，转化炉烘炉前，转化炉管内不装填催化剂，烘炉后再装填。这就造成了转化炉管支承载荷烘炉前后不一致。通常，每根转化炉管装填的催化剂量在100kg左右，因此，烘炉前后，转化炉管支承载荷变化很大。

采用恒力弹簧支承，烘炉前，需要专业人员现场调节，减少弹簧载荷。烘炉后，装填催化剂，根据装填催化剂的实际重量，再调节恒力弹簧，增加相应的弹簧载荷。两次调节，都需要专业人员操作，而且由于恒力弹簧众多，工作量很大。

采用平衡锤支承，烘炉前，通过减少平衡块数量减小平衡锤载荷，烘炉后，装填催化剂，根据装填催化剂的实际重量，通过增加平衡块数量增加平衡锤载荷，与转化炉管实际需要的支承载荷匹配。两次调节，都不需要专业人员操作。由于一组平衡锤滑轮组可以同时悬吊多排炉管，因此，需要的平衡锤数量很少，调节工作量很小。

2 平衡锤真实可靠的恒定载荷

与恒力弹簧相比，平衡锤可以在整个炉管伸缩范围内提供真实可靠的恒定载荷支承，而不需要像恒力弹簧一样进行常规的调整。

平衡锤支承问题中减小滑轮组的摩擦力方法

采用摩擦系数小的滑轮是减小滑轮组摩擦力的有效方法。

将轴和滑轮的滑动配合改为滚动配合，在滑轮中心孔位置增加一套滚动轴承，使原来轴和滑轮之间的滑动摩擦改为滚动摩擦，滚动摩擦系数远低于滑动摩擦系数，滑轮的摩擦力自然就降低了。

另外，在轴支撑板上设置轴的滚动轴承也可以取得同样的效果，而且由于滚动轴承外露，更容易为其补充润滑油。

随着科技进步，未来采用永磁体的磁悬浮轴承滑轮也是有可能实现的，果真如此，滑轮组的摩擦力将降到最小或直接消失，平衡锤滑轮组支承技术将会更加完善。

总结