PDF《台车 式弯管热处理炉设计》

焊管.

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2 卷第9 期.2009年9 月工艺与设备台车 式弯管热处理炉设计郭孟齐 ,徐刚,王 鑫 ,郝永伟 ,刘涛,鲁传林 ( 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 ,天津

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5 7 ) 摘要:为改善热煨 弯管的力学性能, 设计 了台车式弯管热处理 炉.介绍了热处理炉的主体 设计特点 , 说 明了热处理炉控制 系统的主要 内容 , 包括 炉 内温度控制、 炉膛压力控制等.实际 使用结果表 明, 该设计炉型提 高了热处理效率, 实现 了理想的温控效果 , 改善 了热煨弯管的力 学性能, 满足 了西气东输二线工程对大直径、 厚壁 弯管的性能要求. 关键词 :弯管 ;

热处理炉;

烧嘴 中图分 类号 :T G

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5 .

1 文献 标 志码 :B 文章编 号:1

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3 De s i g n o f Tr o l l e y Be n d Pi p e He a t Tr e a t m e nt Fur na c e GUO Me n g ― q i , XU Ga n g, W ANG Xi n, HAO Yo n g ― we i , LI U T a o, LU Ch u a n・ l i n ( C N P C B o h a i E q u i p m e n t Ma n u f a c t u r i n g C o . , L t d . , T i a n j i n

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5 8 , C h i n a ) Abs t r ac t : F o r i mp r o v i n g t he me c ha n i c a l p r o pe r t i e s o f ho t be n d p i p e, t he t r o l l e y he a t t r e a t me n t f ur n a c e wa s de s i g ne d . T h e ma i n d e s i g n c h a r a c t e r i s t i c s o f h e a t t r e a t me n t f u r n a c e a n d i t s c o n t r o l s y s t e m ma i n c o n t e n t s we r e i n t r o d u c e d, i n c l u ― d i n g t e mp e r a t ur e i n f ur n a c e c o n t r o l a nd he a r th pr e s s ur e c o n t r o

1 . Th e pr a c t i c a l us a g e r e s u l t i n di c a t e d t h a t t h i s k i n d o f f ur na c e i mp r o v e d h ea t t r e a t me nt e f f ic i e n c y, r e a l i z e d t e mpe r a t u r e c o n t r o l t o a c h i e v e t h e i d ea l r e s u l t s,i mp r o v e d me c h ni ― c a l p r o p e r t y o f h o t be nd p i p e, a n d i t c a n me e t pr o pe r t y r e q u i r e me n t s o f be n d pi p e us e d i n t h e S ec o nd W e s t t o Ea s t Ga s P i p e l i n e P r o j e c t . Ke y wo r ds: b e nd pi pe;

f u r n a c e f o r h e a t t r e a t me n t ;

bu r n e r 西气东输二线、 中俄 、 中亚等大直径管道工程 建设需要用到大量高钢级 、 大直径 、 厚壁 的弯管 , 为了进一步改善热煨后弯管 的力学性 能,需要对 热煨后的弯管做 回火处理.为此 , 设计 了适用于 大直径 、 厚壁弯管 的台车式弯管热处理炉.炉膛 尺寸12000nlmx4400mm*5

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0 m m( 长 *宽 * 高) , 以天然气为介质, 通过高速烧嘴燃烧加热 , 最 高工作温度

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0 o C.台车式弯管热处理炉现场照 片见 图1.图1台车式弯管热处理 炉现场照片

1 热处 理炉主体设计 传统台车式 热处理 炉炉型采用 大跨度 炉拱 顶,加强型侧立柱 .但是 , 较多的横梁钢架加固和 热变形易导致炉侧的整体变形 , 损坏炉衬 , 影响炉 子的使用寿命 , 因此对传统炉体结构进行 了以下 改进 .

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1 浮动式全 纤 维炉顶 为保证炉子高温状态下变形小且均匀 , 减少 挠度 , 首先是确保耐火纤维的良好砌筑 , 提高绝热 性,尽量降低 炉顶钢结构 的温度 以减少变形.这 种炉型的炉顶两端直接放置在炉顶 的边梁上 , 不 加固定 , 形成 浮动式 炉顶 .每块 炉顶之间用耐火 纤维板密封 .这种 炉顶是横 向平面 自由支撑结 构,当炉顶受热变形时 , 各板块的热变形易于释放 和抵消 , 使炉顶整体变形减小 , 延长了炉顶 的使用 寿命 , 且这种浮动式炉顶还兼备泄爆功能 . 焊管2009年9 月1.2高铝 耐 火纤维 炉衬 炉体骨架由多种大中型型钢现场组合焊接而 成,炉衬全部采用高铝耐火纤维 , 与耐火砖相比导 热系数小 , 热容量小 , 所以耐火层的厚度小 , 且吸 热性大大降低 , 节能效果好 .

1 .

3 组合 框 架结构 炉门炉门的压 紧装 置是影响炉 子气密性、炉温均匀性的最主要因素.由于现场空问高度 的限制, 无法采用常规的提升压紧式炉门, 将炉 门与台车 设计成一体式 . 炉 门采用高铝全纤维耐火甩丝毯与型钢组合 框架结构 , 炉门密封机构采用长短杠杆弹簧式 自 动压紧凸轮机构和软边密封装置.

1 .

4 台车骨 架组合 焊接 台车骨架是 由多种大型工字钢、 槽钢、 角钢及 厚钢板等组合焊接而成的.台车驱动可靠, 其传动 系统采用电机 一减速机, 安装方式为轴装式 , 结构 紧凑 , 装配牢固, 进出灵活, 操作简单 , 维修方便. 台车耐火砌体采用高铝定型砖结构, 与炉体 密封效果好 , 耐压强度高.台车面搁置垫铁供堆 放工件用.台车帮板全部采用浇筑件 , 保证车体 不变形及耐用性.台车与炉衬的密封采用 自动压 紧结构 .

1 .

5 炉体烟道设置在保温过程中, 炉膛 内温度达到

5 5 0℃, 排出烟气温度较高 , 需设空气换热器 , 回收烟气余热 , 节约燃料.经多种方案 比较 和分析 , 预热空气温 度200~

2 5 0℃ 为宜 . 具体布置 : 由炉后墙引出排烟 口, 与金属管式 换热器相连 , 设一台高压离心风机供应助燃风 , 换 热器烟气 出口引入烟道 , 由烟囱集中排烟 , 烟囱前 烟道设置烟气碟 阀, 由角行程执行器调节 炉压. 该炉压既可远程 自动调节 , 也可手动调节 .

2 热处理炉控 制系统设计 热处理 炉控制系统主要 由可编控制器 P L C 和烧嘴控制箱等组成 , 主要包括炉内温度控制 、 炉 膛压力控制 、 安全连锁等.热处理炉控制系统结 构示 意如 图 2所 示.2.1炉内温 度控制炉体上下两排布置高速烧嘴 , 每2 个烧嘴为 图2热处理炉控制系统结构示意图 一区,每区设有

1 个热电偶检测温度 , 采用分区炉 温控制 .P L C、 测温元件、烧嘴、智能温控仪组成温度闭环控制.通过调节烧嘴的天然气和空气流 量,实现炉 内温度控制 . 温度控制系统有全套的点火 、 大小火运行 、 火 焰检测 、 熄火报警 、 熄火切断和再点火功能 , 且每 套烧嘴各有

1 个 独立 的控制箱 , 能够做到单独控 制.在部分设备出现故 障或维修的过程 中, 热处 理炉仍能工作 , 很好地实现了温控 , 大大提高了热 处 理炉 的可用 性.高速烧嘴的特点是燃料在烧嘴的燃烧室 内完 全燃烧后产生的烟气在高温下急剧膨胀 , 在喷 口 形成高速气流, 当烧嘴满负荷时 , 喷出的气流速度 最高 , 为了充分利用高速烧嘴的这一特性 , 提出了 对烧嘴实现大小火控制的要求. 通过调节进入烧嘴的燃料流量, 实现对烧嘴的 连续调节 , 从而达到调节烧嘴燃烧功率 的目的.进 入烧嘴的燃料流量越大 , 烧嘴输出的热功率也就越 高,反之越小, 燃料的流量对应烧嘴的输出功率. 取单 位 时间 内进 入烧嘴燃 料 的平 均流量,对其进行最大和最小 2段分配 , 使其平均流量 和烧 嘴在这段 时间内所 需要 的能 量相匹配,同样 可以实现对烧嘴燃烧功率的调节 , 燃料流量控制原理 示 意如 图 3所 示.由此可见 , 选择合适的控制周期 , 用大小火可 同样达到连续调节 的效果 , 大小火脉冲控制所构 成的系统简单 , 维护方便 , 造价低廉 , 同时, 由于充 分利用了高速烧嘴的特点 , 使炉 内热气流加速对 流扰动 , 加剧了炉内工件的热交换强度 , 提高了炉 内温度均匀性 , 有利于保证产 品质量. 第32卷第 9期 郭孟齐等 : 台车式弯管 热处理炉设计 ( a)连续控制 . ( b)脉冲控制 图3燃料 流量控制原理示意 图2.2炉膛压力控制炉压的高低对加热炉 的使用效果影响很大 , 炉压高时炉气会 冲出炉体的各密封间隙形成气流 冲刷 , 对采用纤维材料密封的炉门及炉底影 响较 大,同时 , 高温气流对炉体周围环境和控制器件也 会造成影 响.而炉压 低时冷 空气 从密 封间隙 吸入,除增加工件 的氧化外还会使 炉内高温被负压 迅速抽出造成燃料浪费.所以, 使炉压保持在零 位或微正压状态 , 可使炉气不外泄 , 冷气不 内渗 , 燃烧产生的热能能够有效地被利用. 台车式弯管热处理炉实现 了炉压 自动控制 , 即通过压力 变送器把 炉膛压力信 号与设定 值比较,输出信号传到烟囱的执行器 , 通过改变烟囱的 开度 自动控制炉膛 内的压力.

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3 安全连锁在仪表柜上设有 温度 、 炉压 、 各烧嘴 、 各管路 参数的操作值显示和异常情况报警及紧急保护措 施,确保操作安全.空气 、 天然气压力 、 压缩 空气 的压力达不到规定要求 时, 烧嘴的燃烧将 不能启 动,若正在燃烧时则安全关闭 , 同时设有天然气总 管快速切断装置.

3 控 制结果 回火处理温度控制过程 曲线如图 4所示, 整个 过程包括升温 一保温 一降温.升温 、 降温过程温度 按照设定时间直线变化 , 整个保温过程温度被控制 在550±

3 c I = , 满足了对钢管回火热处理的要求. 图4回火过程温度控 制示意图

4 结语台车式弯管热处理炉安装调试完成后的实际 使用结果表 明, 通过合理地调整升 温 一保温 一降 温热处理曲线 , 在保证热处理工艺的基础上 , 提高 了热处理效率 , 实现 了理想的温控效果 , 提高 了热 煨弯管的性能 , 满足 了西气东输二线工程对 大直 径、厚壁弯管的性能要求 . 参 考文 献:[1]张伟. 热处 理炉 的安 装、调试 与维修 [ M] . 北京:化学 工业出版社 ,

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0 7 . [

2 ] 黄 忠柱 , 李军. 脉 冲燃烧 控制 系统 在 台车 式热处 理炉 上的应用 [ J ] . 工业加热 ,

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6 . 作者 简介 : 郭孟 齐(

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6 1一) , 男,1982年 毕业 于西安 交通 大学 , 高级 工程 师,主要研 究方向为机械 工艺与设计 . 收稿 日期 :

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5 编辑 : 谢淑霞 器网 _ i ........