高亚虎，左昌
（伊犁新天煤化工有限责任公司，新疆 伊宁835000）
［摘 要］伊犁新天煤化工有限责任公司煤制天然气装置气化系统设有22台赛鼎工程（鲁奇）碎煤加压气化炉（外径4 000 mm），实际生产中，其下锥体因多次防腐堆焊导致母材性能劣化，下锥体需进行整体更换。针对碎煤加压气化炉下锥体更换过程中存在框架空间狭小、组对精度要求严苛、吊装安全风险突出的问题，新天煤化设计了一种集支撑、旋转、移动等多重功能于一体的下锥体更换专用组对工装——以笼式移动架为核心主体，集成可水平旋转的转盘装置、自锁式万向轮及高强度吊耳。2025年3月新天煤化采用专用组对工装对2台气化炉下锥体进行整体更换，实践表明，该工装可实现下锥体的安全转运、精准对位与稳定安装，显著提升施工效率与作业安全保障水平，大幅缩减下锥体更换作业时间与费用。此举可为鲁奇气化炉下锥体及类似大型设备的更换作业提供一些参考与借鉴。
［关键词］碎煤加压气化炉；下锥体失效；下锥体更换；专用组对工装；关键部件设计；工装制作；应用；效果评估
［中图分类号］TQ545 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）03-0023-04
0 引 言
伊犁新天煤化工有限责任公司（简称新天煤化）20×108 m3/a煤制天然气装置于2017年3月投产，总体运行情况较好，其气化系统设有22台赛鼎工程（鲁奇）碎煤加压气化炉（气化炉外径4 000 mm、内径3 800 mm、高度28 m，正常生产中气化炉十八开四备），设计操作压力3.3～4.0 MPa，单台气化炉设计耗氧量为5 740 m3/h（标态）。实际生产中，碎煤加压气化炉下锥体因多次防腐堆焊导致母材性能劣化，下锥体需进行整体更换。下锥体更换作业面临多重技术难题——气化炉在框架内部有限的空间内，其下锥体位于3～4层平台（4层平台标高19.4 m），周围密布各类工艺管道与设备，吊装过程中极易发生碰撞，导致管道损坏泄漏等；下锥体外壁焊接有3根锅炉水降液管与1根气化剂混合管，组对时需要精确调整方位，确保管口与原有管道的对口偏差不超过1 mm；此外，传统更换工艺直接在下锥体母材上焊接吊耳进行吊装，不仅伤害母材，还可能因吊耳位置偏差导致管口组对精度下降而带来安全隐患。
当前，受限空间设备常规更换作业多采用多台电动葫芦协同或设置临时支撑结构辅助的方法，该方法在碎煤加压气化炉下锥体更换的特定场景下存在多台电动葫芦在狭小空间难以精确控制、临时支撑结构无法实现360°旋转对位的明显不足。针对碎煤加压气化炉下锥体更换过程中存在的框架空间狭小、组对精度要求严苛、吊装安全风险突出问题，新天煤化特设计了一种集支撑、旋转、移动等多重功能于一体的下锥体更换专用组对工装，该工装以笼式移动架为核心主体，集成可水平旋转的转盘装置、自锁式万向轮及高强度吊耳，通过结构优化设计，可实现下锥体的安全转运、精准旋转对位与稳定吊装作业。现场应用实践表明，该工装可有效规避下锥体与周边设备/管道的碰撞风险，确保锅炉水降液管与气化剂混合管对口合格率达100%，且可彻底消除直接焊接吊耳对下锥体母材力学性能的不利影响，显著提升施工效率与作业安全保障水平。以下对有关情况作一介绍。
1 气化炉下锥体失效原因分析
碎煤加压气化炉下锥体作为气化反应区的关键组成部分，其工作环境极为恶劣，除了承受高温高压的常规载荷外，还受到原料煤中复杂成分的化学腐蚀及固体颗粒的冲蚀磨损。在这种工况下，下锥体内筒体母材Q245R会因腐蚀减薄、热影响区性能劣化及应力状态恶化而致失效，当其失效发展到一定程度时，下锥体的结构完整性将无法保证，必须予以整体更换（实际生产中，新天煤化碎煤加压气化炉下锥体更换周期约为5～6 a），以保障气化炉的安全稳定运行。
2 下锥体更换组对工装整体结构设计
2.1 工装结构与工作原理
碎煤加压气化炉下锥体更换组对工装采用模块化设计理念，主要由笼式移动架、旋转装置、移动机构及吊装组件等四个核心部分组成——笼式移动架提供稳定的支撑环境与防碰撞保护，旋转装置实现下锥体在水平面内的精准定位，移动机构确保工装在狭小空间内的灵活移位，吊装组件则负责整个下锥体的安全吊运。各部件之间通过优化配置，形成一个功能完备的集成系统，实现下锥体的安全转运、精准对位与稳定安装。
2.2 关键部件设计
2.2.1 笼式移动架设计
笼式结构的优势在于能从四周全方位保护下锥体，有效避免转运过程中下锥体与周边设备/管道发生碰撞；同时，笼式移动架顶部开口设计便于下锥体吊装入内，为作业提供了便利。
1）移动架采用顶部开口的立方体笼式结构，主体由12根250工字钢焊接而成，经过结构优化最终确定其外形尺寸为4 290 mm×4 290 mm×2 328 mm（如图1）。这一尺寸经过精确计算，既可满足气化炉框架内的空间限制要求，又可为下锥体提供足够的容纳空间。
2）为提高结构的整体性与承载能力，在移动架四周每个竖直侧面上间隔1.5 m焊接2根同型号工字钢作为加强立柱；底部结构经过特殊设计，焊接2根平行布置的竖梁（间距2.5 m），并在竖梁之间增设2根加强横梁，形成了1个尺寸为1 400 mm×1 400 mm的方形框架，专门用于安装旋转装置。
3）焊接质量是确保结构可靠的关键，所有承重焊缝均采用双面开坡口焊接工艺，焊脚高度≥12 mm；焊接完成后，对所有主要焊缝进行100%无损检测[超声波检测（UT）+磁粉检测（MT）]，确保无任何超标缺陷。经有限元分析验证，移动架在承载34.6 t下锥体时最大挠度不超过3 mm，完全满足强度与刚度要求。
2.2.2 旋转装置设计
旋转装置是确保组对精度的核心部件，其设计直接关系到管口对中的准确性。旋转装置是由安装底座、定位内环、转盘及滚珠组成的一个完整的旋转系统。
1）安装底座采用30 mm厚Q345板材制造，尺寸为1 400 mm×1 400 mm，通过满焊工艺牢固固定在笼式移动架底部的方形框架上。底座上表面中央焊接有直径900 mm、高度20 mm的定位内环（材料同样为Q345），其作用是限制滚珠的径向位移，确保旋转运动的稳定性。
2）滚珠系统选用30颗直径60 mm的轴承钢滚珠，精度等级为P6。这些滚珠均匀布置在定位内环外侧的环形槽内，环形槽宽度62 mm、深度30 mm，经过精密加工确保其尺寸的一致性。滚珠的合理布置能有效承载下锥体重量，并将旋转摩擦阻力降至最低。
3）转盘组件由30 mm厚Q345板材制成，直径1 044 mm。转盘下表面边缘焊接有高度20 mm的定位外环，与定位内环形成间隙配合，配合间隙控制在1～2 mm范围内，这种设计既能保证转盘的自由旋转，又能有效限制滚珠的移动范围；转盘上表面均匀开设4个U型槽，专门用于容纳与固定下锥体下法兰，防止下锥体在旋转过程中发生滑动。
旋转装置组装完成后，转盘可绕定位内环中心实现360°自由旋转。测试结果表明，旋转阻力矩不超过50 N·m，仅需2个额定拉力5 t的倒链即可驱动转盘平稳旋转，实现下锥体方位的精确调整；滚珠与定位环的精密配合，可确保旋转过程中转盘中心偏移量不超过2 mm，完全满足管口对口精度要求。
2.2.3 移动机构设计
更多内容详见《中氮肥》2026年第3期