[科普中國]-附平衡錘索

平衡錘是指利用平衡錘滑輪組對轉(zhuǎn)化爐管的支承技術(shù)。恒力支承是一種支承力不隨支承力方向的位移發(fā)生變化的柔性支承。最簡單的方案就是平衡錘和滑輪組組合，平衡錘可以在整個(gè)爐管伸縮范圍內(nèi)提供真實(shí)可靠的恒定載荷支承。

概述以輕烴為原料，采用蒸汽轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣、甲醇原料氣或合成氨原料氣，在制氫、甲醇、合成氨等工業(yè)部門中具有十分重要的地位。轉(zhuǎn)化爐是輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化過程中的核心設(shè)備，而轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的爐管又是轉(zhuǎn)化爐的關(guān)鍵部件。這些爐管在轉(zhuǎn)化爐內(nèi)承受1000℃以上的火焰輻射，最高管壁溫度通常都在800℃以上，工作條件十分苛刻：高溫、中壓、臨氫，因此爐管的支承十分重要。

轉(zhuǎn)化爐管支承技術(shù)是隨著轉(zhuǎn)化爐技術(shù)的發(fā)展、變化逐步定型的，現(xiàn)在的主流技術(shù)一是采用恒力彈簧，二是采用平衡錘滑輪組。1

轉(zhuǎn)化爐管恒力彈簧支承恒力彈簧的重要性能指標(biāo)是恒定度（規(guī)定載荷離差）。NB/T 47038—2013《恒力彈簧支吊架》給出的恒定度（規(guī)定載荷離差）定義是：恒力彈簧支吊架用機(jī)械或輔助彈簧補(bǔ)償由動(dòng)摩擦和制造偏差等因素造成的載荷偏差。NB/T 47038—2013要求，恒力彈簧支吊架在上下位移的整個(gè)行程范圍內(nèi)的規(guī)定載荷離差（包括摩擦力）不大于6%。

目前，采用恒力彈簧支承轉(zhuǎn)化爐管的主流技術(shù)，以法國德西尼布（Technip）轉(zhuǎn)化爐為代表。

德西尼布（Technip）對轉(zhuǎn)化爐管恒力彈簧的恒定度要求在2% 以內(nèi)，超出了標(biāo)準(zhǔn)NB/T47038—2013要求，非常苛刻。

擬德西尼布（Technip）出口管系結(jié)構(gòu)的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：當(dāng)規(guī)定載荷離差為2%時(shí)，管系（結(jié)構(gòu)1）的一次應(yīng)力急劇增加，己超過標(biāo)準(zhǔn)許用值；當(dāng)規(guī)定載荷離差增大到6%時(shí)，管系（結(jié)構(gòu)1）的應(yīng)力值己達(dá)到許用應(yīng)力的3倍多。因此，德西尼布（Technip）對轉(zhuǎn)化爐管恒力彈簧的恒定度要求在2%以內(nèi)是必要的。2

轉(zhuǎn)化爐管平衡錘支承恒力支承是一種支承力不隨支承力方向的位移發(fā)生變化的柔性支承。最簡單的方案就是平衡錘和滑輪組組合，平衡錘可以在整個(gè)爐管伸縮范圍內(nèi)提供真實(shí)可靠的恒定載荷支承。

平衡錘滑輪組恒力支承轉(zhuǎn)化爐管并不是一項(xiàng)新技術(shù)，早在1960年代，英國的帝國化學(xué)工業(yè)公司（ICI）合成氨一段轉(zhuǎn)化爐就采用了此技術(shù)。其平衡錘設(shè)置在爐頂平臺(tái)上方，一組平衡錘同時(shí)懸吊多排爐管。

目前，采用平衡錘滑輪組恒力支承轉(zhuǎn)化爐管的主流技術(shù)，以法液空德國魯奇（Lurgi）轉(zhuǎn)化爐為代表。

魯奇（Lurgi）轉(zhuǎn)化爐平衡錘布置在爐底，平衡錘牽拉的鋼絲繩通過爐頂滑輪組與多排爐管吊架連接，為多排轉(zhuǎn)化爐管在整個(gè)伸縮范圍內(nèi)，同時(shí)提供真實(shí)可靠的恒定載荷支承。國內(nèi)某轉(zhuǎn)化爐采用平衡錘滑輪組技術(shù)的實(shí)例。

轉(zhuǎn)化爐多組平衡錘滑輪組中的一組平衡錘滑輪組恒力支承轉(zhuǎn)化爐管的典型布置。平衡錘設(shè)置在爐頂平臺(tái)一側(cè)。鋼絲繩一端連接平衡錘，另一端固定在爐頂橫梁上，中間穿過滑輪組中的多個(gè)定滑輪和動(dòng)滑輪懸吊4排爐管。

定滑輪定位在爐頂橫梁上，動(dòng)滑輪與爐管吊桿連接，通過動(dòng)滑輪的升降吸收爐管的熱脹冷縮，而動(dòng)滑輪的升降是由平衡錘牽動(dòng)鋼絲繩完成的。

一組平衡錘的載荷由動(dòng)滑輪懸吊的爐管載荷決定。如果不考慮鋼絲繩和動(dòng)滑輪的質(zhì)量，那么，平衡錘的載荷就等于動(dòng)滑輪懸吊載荷的一半。實(shí)際工程中，由于爐管的制造偏差，導(dǎo)致每根爐管的質(zhì)量可能都不一樣，另外，每根爐管裝填催化劑質(zhì)量也有偏差，所以，每個(gè)動(dòng)滑輪懸吊的載荷都不一致。因此，要盡量選用爐管質(zhì)量相近的爐管由一組平衡錘滑輪組支承。另外，裝填催化劑時(shí)，也要考慮糾正爐管的質(zhì)量偏差，在保證催化劑有效裝填的情況下，用催化劑的裝填量彌補(bǔ)爐管的質(zhì)量偏差，使每根爐管質(zhì)量加上其裝填催化劑的質(zhì)量之和都相等或接近相等，這樣，就可以選擇合適的平衡錘載荷，保證每根爐管的支承載荷一致。2

平衡錘支承的優(yōu)點(diǎn)可方便有效的現(xiàn)場調(diào)節(jié)載荷通過增減平衡錘中平衡塊的數(shù)量，平衡錘的載荷就可以很方便的匹配爐管的載荷?，F(xiàn)場調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化爐平衡錘載荷至關(guān)重要。

眾所周知，轉(zhuǎn)化爐管的支承載荷是根據(jù)爐管設(shè)計(jì)規(guī)格、壁厚確定的。但轉(zhuǎn)化爐管壁厚鑄造偏差為正，實(shí)際到貨爐管的重量比理論值重，因此，轉(zhuǎn)化爐管的支承載荷需要根據(jù)實(shí)際到貨爐管的質(zhì)量來調(diào)整。采用恒力彈簧支承時(shí)，需要專業(yè)人員調(diào)整彈簧載荷。而平衡錘載荷調(diào)整過程比較簡單，直接增加平衡塊的數(shù)量就可以匹配爐管的增重，不需要像恒力彈簧載荷調(diào)節(jié)那樣的專業(yè)人員就可以完成。

另外，轉(zhuǎn)化爐的烘爐過程極大地考驗(yàn)了轉(zhuǎn)化爐管的恒力支承。因此轉(zhuǎn)化爐烘爐是非常重要的環(huán)節(jié)。

在一般情況下，轉(zhuǎn)化爐烘爐前，轉(zhuǎn)化爐管內(nèi)不裝填催化劑，烘爐后再裝填。這就造成了轉(zhuǎn)化爐管支承載荷烘爐前后不一致。通常，每根轉(zhuǎn)化爐管裝填的催化劑量在100kg左右，因此，烘爐前后，轉(zhuǎn)化爐管支承載荷變化很大。

采用恒力彈簧支承，烘爐前，需要專業(yè)人員現(xiàn)場調(diào)節(jié)，減少彈簧載荷。烘爐后，裝填催化劑，根據(jù)裝填催化劑的實(shí)際重量，再調(diào)節(jié)恒力彈簧，增加相應(yīng)的彈簧載荷。兩次調(diào)節(jié)，都需要專業(yè)人員操作，而且由于恒力彈簧眾多，工作量很大。

采用平衡錘支承，烘爐前，通過減少平衡塊數(shù)量減小平衡錘載荷，烘爐后，裝填催化劑，根據(jù)裝填催化劑的實(shí)際重量，通過增加平衡塊數(shù)量增加平衡錘載荷，與轉(zhuǎn)化爐管實(shí)際需要的支承載荷匹配。兩次調(diào)節(jié)，都不需要專業(yè)人員操作。由于一組平衡錘滑輪組可以同時(shí)懸吊多排爐管，因此，需要的平衡錘數(shù)量很少，調(diào)節(jié)工作量很小。

平衡錘真實(shí)可靠的恒定載荷與恒力彈簧相比，平衡錘可以在整個(gè)爐管伸縮范圍內(nèi)提供真實(shí)可靠的恒定載荷支承，而不需要像恒力彈簧一樣進(jìn)行常規(guī)的調(diào)整。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)