石化反應器外調圓工裝及在齊聚反應器制造中的應用

李輝林 劉 恒

（茂名重力石化裝備股份公司，茂名 525024）

1 背景簡介

對于普通石化反應器，筒體要滿足強度或者換熱要求，而對筒體內徑的橢圓度要求不高，即使工作一段時間后產生適度彈性變形也在可接受范圍內。隨著國內石化行業的發展，反應器的結構日益復雜，制造要求也不斷提高。筒體橢圓度越小，應力集中越小，設備使用越安全。因此，在設計上一般要求筒體橢圓度不高于“0.5%×內徑”。焊接是引起變形的主要因素。焊接過程中，焊縫部位升溫降溫產生的熱脹冷縮會導致工件在焊后存在焊接變形。過大的焊接變形將影響結構尺寸。為了減少焊接變形，往往在焊接前，在需要調節的部位附近進行米字形支撐，焊接完成后再通過千斤頂等方式微調筒體，整體熱處理消除應力后再割除支撐結構[1]。

傳統針對大直徑筒體的調圓作業，通常是帶有液壓缸的調圓機構從內外部對其筒體的兩側同時進行擠壓，使其滿足橢圓度需求[2]。然而，調圓機構結構復雜，不易調節，在使用過程中容易對某部分薄壁筒體造成過度擠壓。為適應不同直徑的筒體，調圓機構需制作成不同規格，造成成本較高。而后出現了其他結構的筒體內部調圓工裝，包括外支撐體、內支撐體、多個支撐件、多根調節桿。外支撐體呈環狀，上沿周向分布有多個定位部；內支撐體位于外支撐體的內部中心處；多個支撐件呈周向間隔分布，各支撐件分別連接外支撐體和內支撐體；多根調節桿一一沿外支撐體的徑向可活動地與定位部對應連接，各調節桿的外端設有一彈性抵頂部，以用于彈性抵頂筒體的內壁。該筒體調圓工裝在使用時位于筒體內部，通過外支撐體、內支撐體和支撐件有效支撐起筒體內部，防止筒體變形，有效保證筒體的圓度。

但是，齊聚反應器采用帶夾套容器結構形式，內部安裝有攪拌器，使液體、氣體介質強迫對流并均勻混合[3]。介質反應會產生大量熱量，單靠夾套散熱不能滿足需求，因此在內筒內壁設置盤管冷卻結構。盤管安裝完畢后，內筒不能再進行內調圓。同時，運行過程中，由于攪拌器對內筒產生較大的循環應力，內筒的橢圓度會發生變化，影響反應器持續安穩運行。結晶反應器尺寸較大，但是筒體壁厚較小，容易在焊接等制造過程中產生變形。筒體內設置了轉動的刮板，通過刮板的不斷旋轉將筒體內壁的結晶體刮下，在刮板預組裝完成后就不能再進行內調圓。運行過程中，刮板會對筒體內壁產生較大的擠壓應力，導致筒體內壁的橢圓度發生變化，進而改變刮板與內壁之間的間隙，影響反應器持續安穩運行，降低刮料效率。因此，迫切需要開發一種能夠在外面調整筒體內壁橢圓度的工裝[4]。橢圓度指橫截面上存在外徑不等的現象，即存在不一定互相垂直的最大外徑和最小外徑，則最大外徑與最小外徑之差即為橢圓度。

2 設備結構

以齊聚反應器為例，齊聚反應指含不飽和鍵的化合物在催化劑的作用下反應生成低分子量聚合物的過程，其中同分子單體稱為均聚，不同分子單體稱為共聚。齊聚反應廣泛應用于有機合成，可以使反應產物的分子量變大，從而提升產物的力學性能、熱穩定性等。

茂名重力石化裝備股份公司承接了某石化公司合成基礎油項目齊聚反應器的國產化研制任務，目標是基于試驗模型解決混合、傳質、傳熱等問題，成功研制出連續攪拌釜式反應器（包括攪拌器），滿足工業裝置建設需要。該齊聚反應器基本設計參數如表1、表2 所示。該設備工作溫度和工作壓力都不高，但是介質具有毒性且易爆，屬于Ⅱ類壓力容器。另外，攪拌器及其相關結構的設計參數如表3 所示。

表1 基本設計參數

表2 操作介質的設計參數

表3 攪拌器及其相關結構的設計參數

該齊聚反應器結構具有外筒體和內筒體，其中內筒體內壁安裝有盤管，中心設置有攪拌器，因此在盤管安裝完畢后內筒不能再進行內調圓。

3 工裝介紹

在齊聚反應器研制過程中，為了解決該反應器和其他類似反應器在某一制造環節后無法內調圓的實際困難和在實際工作中筒體還要調圓的需求，研究開發了一種能夠在外面調整筒體內壁橢圓度且起到加強定位作用的石化反應器外調圓工裝，如圖1 所示。該調圓工裝設置于筒體外側，包括沿圓筒體的軸向方向布置的多個調圓裝置。每個調圓裝置具體包括均布在筒體外側的支撐架和安裝于支撐架并分隔環布的多條調節柱。調節柱螺紋連接于支撐架，并抵頂筒體的外側壁。

圖1 外調圓工裝

在設備制造時，該外調圓工裝可以根據需要調整軸向上布置的多個調圓裝置，通過旋轉多條調節柱不同程度抵頂筒體外壁，以調節筒體內壁的橢圓度，確保筒體內壁與其內的攪拌器或刮板配合更精細，提高攪拌或刮料效率。調圓裝置可以保留安裝于圓筒體外，在不改變原有圓筒體壁厚保障換熱效率基礎上，增強圓筒體強度。另外，在反應器工作一段時間后，可根據需要再次操作調節柱進行調節，維護便捷。

4 應用過程

該外調圓工裝具體包括沿圓筒體軸向方向布置的多個調圓裝置。單個調圓裝置包括固定在圓筒體外側的呈圓環狀的支撐架和安裝于支撐架的多條調節柱。支撐架采用工字鋼環繞而成。多條調節柱均勻分隔環布于圓筒體外側，也可以采用非均勻布置。調節柱為螺栓，支撐架固定有供調節柱旋入的螺母，從而實現調節柱螺紋連接于支撐架并抵頂圓筒體的外側壁。調節柱還可替換為其他活動鉚接結構。中部螺紋與螺母配合。

安裝使用時，通過觀察圓筒體內部的攪拌器或刮板與圓筒體內壁之間的縫隙是否過大或過小，旋轉多條調節柱以不同程度抵頂圓筒體的外壁，調節圓筒體內壁的橢圓度，確保圓筒體內壁與其內的攪拌器或刮板配合更精細，提高攪拌或刮料效率。在換熱器工作一段時間后，如果出現攪拌器或刮板與圓筒體內壁間隙不符合要求的問題，可以破壞焊接結構再次擰動調節柱進行調節。另外，調圓裝置保留安裝于圓筒體外，在不改變原有圓筒體壁厚，保障換熱效率基礎上，增強圓筒體強度[5]。

5 應用效果

在齊聚反應器研制過程中，應用該外調圓工裝效果顯著，成功確保了內筒體內壁橢圓度。該設備通過不同液位的不帶壓運轉試驗和帶壓試運轉試驗后，最終順利出廠。

6 結語

針對齊聚反應器和其他類似反應器在某一制造環節后無法內調圓的實際困難，以及在實際工作中筒體還要調圓的需求，研究開發了一種能夠在外面調整筒體內壁橢圓度且起到加強定位作用的石化反應器外調圓工裝。該工裝在齊聚反應器制造過程中應用，保證了內筒體內壁橢圓度，順利完成了反應器的研制任務且順利出廠，具有一定的推廣價值。