平衡錘是指利用平衡錘滑輪組對轉化爐管的支承技術。恆力支承是一種支承力不隨支承力方向的位移發生變化的柔性支承。最簡單的方案就是平衡錘和滑輪組組合，平衡錘可以在整個爐管伸縮範圍內提供真實可靠的恆定載荷支承。
基本介紹
- 中文名：平衡錘
- 外文名：counter weight
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 作用：轉化爐管支承技術
- 始於：1960年
簡介,轉化爐管恆力彈簧支承,轉化爐管平衡錘支承,平衡錘支承的優點,平衡錘支承問題中減小滑輪組的摩擦力方法,總結,
簡介
以輕烴為原料，採用蒸汽轉化法生產氫氣、甲醇原料氣或合成氨原料氣，在制氫、甲醇、合成氨等工業部門中具有十分重要的地位。轉化爐是輕烴蒸汽轉化過程中的核心設備，而轉化爐內的爐管又是轉化爐的關鍵部件。這些爐管在轉化爐內承受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。
轉化爐管支承技術是隨著轉化爐技術的發展、變化逐步定型的，現在的主流技術一是採用恆力彈簧，二是採用平衡錘滑輪組。
轉化爐管恆力彈簧支承
恆力彈簧的重要性能指標是恆定度（規定載荷離差）。NB/T 47038—2013《恆力彈簧支吊架》給出的恆定度（規定載荷離差）定義是：恆力彈簧支吊架用機械或輔助彈簧補償由動摩擦和製造偏差等因素造成的載荷偏差。NB/T 47038—2013要求，恆力彈簧支吊架在上下位移的整個行程範圍內的規定載荷離差（包括摩擦力）不大於6%。
目前，採用恆力彈簧支承轉化爐管的主流技術，以法國德西尼布（Technip）轉化爐為代表。
德西尼布（Technip）對轉化爐管恆力彈簧的恆定度要求在2% 以內，超出了標準NB/T47038—2013要求，非常苛刻。
擬德西尼布（Technip）出口管繫結構的應力計算結果：當規定載荷離差為2%時，管系（結構1）的一次應力急劇增加，己超過標準許用值；當規定載荷離差增大到6%時，管系（結構1）的應力值己達到許用應力的3倍多。因此，德西尼布（Technip）對轉化爐管恆力彈簧的恆定度要求在2%以內是必要的。
轉化爐管平衡錘支承
恆力支承是一種支承力不隨支承力方向的位移發生變化的柔性支承。最簡單的方案就是平衡錘和滑輪組組合，平衡錘可以在整個爐管伸縮範圍內提供真實可靠的恆定載荷支承。
平衡錘滑輪組恆力支承轉化爐管並不是一項新技術，早在1960年代，英國的帝國化學工業公司（ICI）合成氨一段轉化爐就採用了此技術。其平衡錘設定在爐頂平台上方，一組平衡錘同時懸吊多排爐管。
目前，採用平衡錘滑輪組恆力支承轉化爐管的主流技術，以法液空德國魯奇（Lurgi）轉化爐為代表。
魯奇（Lurgi）轉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線，為多排轉化爐管在整個伸縮範圍內，同時提供真實可靠的恆定載荷支承。國內某轉化爐採用平衡錘滑輪組技術的實例。
轉化爐多組平衡錘滑輪組中的一組平衡錘滑輪組恆力支承轉化爐管的典型布置。平衡錘設定在爐頂平台一側。鋼絲繩一端連線平衡錘，另一端固定在爐頂橫樑上，中間穿過滑輪組中的多個定滑輪和動滑輪懸吊4排爐管。
定滑輪定位在爐頂橫樑上，動滑輪與爐管吊桿連線，通過動滑輪的升降吸收爐管的熱脹冷縮，而動滑輪的升降是由平衡錘牽動鋼絲繩完成的。
一組平衡錘的載荷由動滑輪懸吊的爐管載荷決定。如果不考慮鋼絲繩和動滑輪的質量，那么，平衡錘的載荷就等於動滑輪懸吊載荷的一半。實際工程中，由於爐管的製造偏差，導致每根爐管的質量可能都不一樣，另外，每根爐管裝填催化劑質量也有偏差，所以，每個動滑輪懸吊的載荷都不一致。因此，要儘量選用爐管質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，也要考慮糾正爐管的質量偏差，在保證催化劑有效裝填的情況下，用催化劑的裝填量彌補爐管的質量偏差，使每根爐管質量加上其裝填催化劑的質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。
平衡錘支承的優點
1 可方便有效的現場調節載荷
通過增減平衡錘中平衡塊的數量，平衡錘的載荷就可以很方便的匹配爐管的載荷。現場調節轉化爐平衡錘載荷至關重要。
眾所周知，轉化爐管的支承載荷是根據爐管設計規格、壁厚確定的。但轉化爐管壁厚鑄造偏差為正，實際到貨爐管的重量比理論值重，因此，轉化爐管的支承載荷需要根據實際到貨爐管的質量來調整。採用恆力彈簧支承時，需要專業人員調整彈簧載荷。而平衡錘載荷調整過程比較簡單，直接增加平衡塊的數量就可以匹配爐管的增重，不需要像恆力彈簧載荷調節那樣的專業人員就可以完成。
另外，轉化爐的烘爐過程極大地考驗了轉化爐管的恆力支承。因此轉化爐烘爐是非常重要的環節。
在一般情況下，轉化爐烘爐前，轉化爐管內不裝填催化劑，烘爐後再裝填。這就造成了轉化爐管支承載荷烘爐前後不一致。通常，每根轉化爐管裝填的催化劑量在100kg左右，因此，烘爐前後，轉化爐管支承載荷變化很大。
採用恆力彈簧支承，烘爐前，需要專業人員現場調節，減少彈簧載荷。烘爐後，裝填催化劑，根據裝填催化劑的實際重量，再調節恆力彈簧，增加相應的彈簧載荷。兩次調節，都需要專業人員操作，而且由於恆力彈簧眾多，工作量很大。
採用平衡錘支承，烘爐前，通過減少平衡塊數量減小平衡錘載荷，烘爐後，裝填催化劑，根據裝填催化劑的實際重量，通過增加平衡塊數量增加平衡錘載荷，與轉化爐管實際需要的支承載荷匹配。兩次調節，都不需要專業人員操作。由於一組平衡錘滑輪組可以同時懸吊多排爐管，因此，需要的平衡錘數量很少，調節工作量很小。
2 平衡錘真實可靠的恆定載荷
與恆力彈簧相比，平衡錘可以在整個爐管伸縮範圍內提供真實可靠的恆定載荷支承，而不需要像恆力彈簧一樣進行常規的調整。
平衡錘支承問題中減小滑輪組的摩擦力方法
採用摩擦係數小的滑輪是減小滑輪組摩擦力的有效方法。
將軸和滑輪的滑動配合改為滾動配合，在滑輪中心孔位置增加一套滾動軸承，使原來軸和滑輪之間的滑動摩擦改為滾動摩擦，滾動摩擦係數遠低於滑動摩擦係數，滑輪的摩擦力自然就降低了。
另外，在軸支撐板上設定軸的滾動軸承也可以取得同樣的效果，而且由於滾動軸承外露，更容易為其補充潤滑油。
隨著科技進步，未來採用永磁體的磁懸浮軸承滑輪也是有可能實現的，果真如此，滑輪組的摩擦力將降到最小或直接消失，平衡錘滑輪組支承技術將會更加完善。
總結
轉化爐管的恆力支承，關係到轉化爐管的自由伸縮和管系的應力變化。為了在整個轉化爐管伸縮範圍內，獲得真實可靠的恆定載荷，建議：
1）優先選用平衡錘滑輪組；
2）採用平衡錘滑輪組時，應優先選用摩擦係數小的滾動軸承滑輪或者永磁體的磁懸浮軸承滑輪；
3）必須選用恆力彈簧時，應優先選用恆定度（規定載荷離差）小於2%的恆力彈簧。
