臺(tái)車式彎管熱處理爐的設(shè)計(jì)

臺(tái)車式彎管熱處理爐的設(shè)計(jì)

在西方的大直徑管道項(xiàng)目建設(shè)中，如西氣東輸線、俄羅斯和中亞的大直徑管道項(xiàng)目需要使用大量的高鋼球、大直徑和厚壁彎管。為了進(jìn)一步提高熱壓后彎管的強(qiáng)度和學(xué)習(xí)性，需要對熱壓后彎管進(jìn)行回族處理。為此,設(shè)計(jì)了適用于大直徑、厚壁彎管的臺(tái)車式彎管熱處理爐。爐膛尺寸12000mm×4400mm×5800mm(長×寬×高),以天然氣為介質(zhì),通過高速燒嘴燃燒加熱,最高工作溫度550℃。臺(tái)車式彎管熱處理爐現(xiàn)場照片見圖1。1強(qiáng)型側(cè)立柱傳統(tǒng)臺(tái)車式熱處理爐爐型采用大跨度爐拱頂,加強(qiáng)型側(cè)立柱。但是,較多的橫梁鋼架加固和熱變形易導(dǎo)致爐側(cè)的整體變形,損壞爐襯,影響爐子的使用壽命,因此對傳統(tǒng)爐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了以下改進(jìn)。1.1浮動(dòng)式爐頂爐頂為保證爐子高溫狀態(tài)下變形小且均勻,減少撓度,首先是確保耐火纖維的良好砌筑,提高絕熱性,盡量降低爐頂鋼結(jié)構(gòu)的溫度以減少變形。這種爐型的爐頂兩端直接放置在爐頂?shù)倪吜荷?不加固定,形成浮動(dòng)式爐頂。每塊爐頂之間用耐火纖維板密封。這種爐頂是橫向平面自由支撐結(jié)構(gòu),當(dāng)爐頂受熱變形時(shí),各板塊的熱變形易于釋放和抵消,使?fàn)t頂整體變形減小,延長了爐頂?shù)氖褂脡勖?且這種浮動(dòng)式爐頂還兼?zhèn)湫贡δ堋?.2爐襯的基礎(chǔ)材料爐體骨架由多種大中型型鋼現(xiàn)場組合焊接而成,爐襯全部采用高鋁耐火纖維,與耐火磚相比導(dǎo)熱系數(shù)小,熱容量小,所以耐火層的厚度小,且吸熱性大大降低,節(jié)能效果好。1.3爐門與有效確定爐門的布置原則爐門的壓緊裝置是影響爐子氣密性、爐溫均勻性的最主要因素。由于現(xiàn)場空間高度的限制,無法采用常規(guī)的提升壓緊式爐門,將爐門與臺(tái)車設(shè)計(jì)成一體式。爐門采用高鋁全纖維耐火甩絲毯與型鋼組合框架結(jié)構(gòu),爐門密封機(jī)構(gòu)采用長短杠桿彈簧式自動(dòng)壓緊凸輪機(jī)構(gòu)和軟邊密封裝置。1.4新技術(shù)及設(shè)備臺(tái)車骨架是由多種大型工字鋼、槽鋼、角鋼及厚鋼板等組合焊接而成的。臺(tái)車驅(qū)動(dòng)可靠,其傳動(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)-減速機(jī),安裝方式為軸裝式,結(jié)構(gòu)緊湊,裝配牢固,進(jìn)出靈活,操作簡單,維修方便。臺(tái)車耐火砌體采用高鋁定型磚結(jié)構(gòu),與爐體密封效果好,耐壓強(qiáng)度高。臺(tái)車面擱置墊鐵供堆放工件用。臺(tái)車幫板全部采用澆筑件,保證車體不變形及耐用性。臺(tái)車與爐襯的密封采用自動(dòng)壓緊結(jié)構(gòu)。1.5預(yù)熱空氣溫度在保溫過程中,爐膛內(nèi)溫度達(dá)到550℃,排出煙氣溫度較高,需設(shè)空氣換熱器,回收煙氣余熱,節(jié)約燃料。經(jīng)多種方案比較和分析,預(yù)熱空氣溫度200～250℃為宜。具體布置:由爐后墻引出排煙口,與金屬管式換熱器相連,設(shè)一臺(tái)高壓離心風(fēng)機(jī)供應(yīng)助燃風(fēng),換熱器煙氣出口引入煙道,由煙囪集中排煙,煙囪前煙道設(shè)置煙氣碟閥,由角行程執(zhí)行器調(diào)節(jié)爐壓。該爐壓既可遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié),也可手動(dòng)調(diào)節(jié)。2lc、燒敞控制箱熱處理爐控制系統(tǒng)主要由可編控制器PLC和燒嘴控制箱等組成,主要包括爐內(nèi)溫度控制、爐膛壓力控制、安全連鎖等。熱處理爐控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。2.1燃料流量控制爐體上下兩排布置高速燒嘴,每2個(gè)燒嘴為一區(qū),每區(qū)設(shè)有1個(gè)熱電偶檢測溫度,采用分區(qū)爐溫控制。PLC、測溫元件、燒嘴、智能溫控儀組成溫度閉環(huán)控制。通過調(diào)節(jié)燒嘴的天然氣和空氣流量,實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度控制。溫度控制系統(tǒng)有全套的點(diǎn)火、大小火運(yùn)行、火焰檢測、熄火報(bào)警、熄火切斷和再點(diǎn)火功能,且每套燒嘴各有1個(gè)獨(dú)立的控制箱,能夠做到單獨(dú)控制。在部分設(shè)備出現(xiàn)故障或維修的過程中,熱處理爐仍能工作,很好地實(shí)現(xiàn)了溫控,大大提高了熱處理爐的可用性。高速燒嘴的特點(diǎn)是燃料在燒嘴的燃燒室內(nèi)完全燃燒后產(chǎn)生的煙氣在高溫下急劇膨脹,在噴口形成高速氣流,當(dāng)燒嘴滿負(fù)荷時(shí),噴出的氣流速度最高,為了充分利用高速燒嘴的這一特性,提出了對燒嘴實(shí)現(xiàn)大小火控制的要求。通過調(diào)節(jié)進(jìn)入燒嘴的燃料流量,實(shí)現(xiàn)對燒嘴的連續(xù)調(diào)節(jié),從而達(dá)到調(diào)節(jié)燒嘴燃燒功率的目的。進(jìn)入燒嘴的燃料流量越大,燒嘴輸出的熱功率也就越高,反之越小,燃料的流量對應(yīng)燒嘴的輸出功率。取單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入燒嘴燃料的平均流量,對其進(jìn)行最大和最小2段分配,使其平均流量和燒嘴在這段時(shí)間內(nèi)所需要的能量相匹配,同樣可以實(shí)現(xiàn)對燒嘴燃燒功率的調(diào)節(jié),燃料流量控制原理示意如圖3所示。由此可見,選擇合適的控制周期,用大小火可同樣達(dá)到連續(xù)調(diào)節(jié)的效果,大小火脈沖控制所構(gòu)成的系統(tǒng)簡單,維護(hù)方便,造價(jià)低廉,同時(shí),由于充分利用了高速燒嘴的特點(diǎn),使?fàn)t內(nèi)熱氣流加速對流擾動(dòng),加劇了爐內(nèi)工件的熱交換強(qiáng)度,提高了爐內(nèi)溫度均勻性,有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量。2.2保持爐壓的零位微正壓爐壓的高低對加熱爐的使用效果影響很大,爐壓高時(shí)爐氣會(huì)沖出爐體的各密封間隙形成氣流沖刷,對采用纖維材料密封的爐門及爐底影響較大,同時(shí),高溫氣流對爐體周圍環(huán)境和控制器件也會(huì)造成影響。而爐壓低時(shí)冷空氣從密封間隙吸入,除增加工件的氧化外還會(huì)使?fàn)t內(nèi)高溫被負(fù)壓迅速抽出造成燃料浪費(fèi)。所以,使?fàn)t壓保持在零位或微正壓狀態(tài),可使?fàn)t氣不外泄,冷氣不內(nèi)滲,燃燒產(chǎn)生的熱能能夠有效地被利用。臺(tái)車式彎管熱處理爐實(shí)現(xiàn)了爐壓自動(dòng)控制,即通過壓力變送器把爐膛壓力信號(hào)與設(shè)定值比較,輸出信號(hào)傳到煙囪的執(zhí)行器,通過改變煙囪的開度自動(dòng)控制爐膛內(nèi)的壓力。2.3緊急保護(hù)及安全在儀表柜上設(shè)有溫度、爐壓、各燒嘴、各管路參數(shù)的操作值顯示和異常情況報(bào)警及緊急保護(hù)措施,確保操作安全。空氣、天然氣壓力、壓縮空氣的壓力達(dá)不到規(guī)定要求時(shí),燒嘴的燃燒將不能啟動(dòng),若正在燃燒時(shí)則安全關(guān)閉,同時(shí)設(shè)有天然氣總管快速切斷裝置。3溫度-保溫-降溫回火處理溫度控制過程曲線如圖4所示,整個(gè)過程包括升溫-保溫-降溫。升溫、降溫過程溫度按照設(shè)定時(shí)間直線變化,整個(gè)保溫過程溫度被控制在550±3℃,滿足了對鋼管回火熱處理的要求。4建立熱