超大型臺車式熱處理爐的開發(fā)研制

超大型臺車式熱處理爐的開發(fā)研制

1現(xiàn)用的熱處理爐隨著石油和天然氣裝置的大規(guī)模開發(fā)，所使用的加工設(shè)備也日益增多。陜西延長石油化建股份有限公司在靖邊化工園區(qū)超限設(shè)備組裝廠房建設(shè)了一臺超大型的臺車式熱處理爐,主要用于超限壓力容器等專用設(shè)備的焊后焊接應(yīng)力消除和焊后消氫的熱處理工藝。該熱處理爐超寬并且裝載量大,要求鋼骨架設(shè)計(jì)必須注意控制超寬爐體的橫梁剛性,爐內(nèi)溫度均勻、供熱能力高、安全節(jié)能。中國聯(lián)合工程公司承擔(dān)了該臺車式熱處理爐的開發(fā)研制,該熱處理爐經(jīng)試燒檢驗(yàn),各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。2主要部分組成該熱處理爐主要由爐體(包括爐襯)、爐門、爐車及行走裝置、燃燒系統(tǒng)、各管路及壓力自控系統(tǒng)、爐壓自控及排煙余熱回收系統(tǒng)、密封裝置、溫度控制及記錄系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等主要部分組成。熱處理典型工件為直徑?8m,長度24m,重500t的超限壓力容器,燃料為輕柴油,爐體采用型鋼+鋼板和鋼桁架組合結(jié)構(gòu)。其主要技術(shù)參數(shù)如下:爐膛內(nèi)尺寸25000mm×10000mm×10000mm溫度范圍全爐最高溫度950℃,爐內(nèi)20點(diǎn)控溫,600℃以上溫度均勻性確?！堋?0℃爐車裝載量最大裝載量500t(不含墊鐵),電動自行走3熱處理爐的技術(shù)由于該爐要求的爐膛尺寸和裝載能力很大,且控溫精度、自動化水平和節(jié)能技術(shù)等要求都很高,故該熱處理爐必須采用相應(yīng)的技術(shù),以達(dá)到熱處理爐的性能要求。3.1高效運(yùn)行的調(diào)溫控制板該熱處理爐超寬并裝載量大,燃燒系統(tǒng)應(yīng)保證爐內(nèi)溫度的均勻性和穩(wěn)定的供熱能力;還應(yīng)具有燃燒系統(tǒng)的安全性、寬廣的調(diào)節(jié)性、良好的自控操作性。為保證爐膛中心溫度的均勻性和供熱能力,全爐采用GSY-100-Ⅲ型大容量高速調(diào)溫自控?zé)煜到y(tǒng)20套。大火狀況時,燃燒后不單是氣流速度可達(dá)100m/s以上,并且也大大提高了其動能,配以先進(jìn)的脈動燃燒方法,起到了爐內(nèi)氣體強(qiáng)制循環(huán)和強(qiáng)化對流傳熱的效果,保證了爐膛中心溫度的均勻性和傳熱效率,提高了加熱質(zhì)量、縮短了加熱時間。3.2提高爐車穩(wěn)定性由于爐門面積大于100m2,自重很大,采用“輕型防變形鋼結(jié)構(gòu)門框”,既滿足了大型爐門的剛度要求,又減輕了爐門的重量,同時可防止在高溫爐氣泄漏時的變形。門架兩側(cè)安裝電動機(jī)和減速機(jī)加配重的提升方式,平衡兩個門柱的受力,提高門柱穩(wěn)定性。爐車設(shè)有進(jìn)出行程雙保險限位機(jī)構(gòu)及與爐門的連鎖機(jī)構(gòu),爐車進(jìn)出有聲光警示,確保安全操作。采用“可調(diào)纖維裙邊爐門密封結(jié)構(gòu)”、“多點(diǎn)壓力可調(diào)結(jié)構(gòu)”、“輕型防變形鋼結(jié)構(gòu)門框”等技術(shù),結(jié)合氣缸壓緊軟邊密封裝置,在爐門下部設(shè)有自動耐火纖維密封塊與爐車壓緊密封,確保爐門密封性能。3.3提高爐車的剛度超寬、超重大型爐車由耐火材料、車架、電動自行機(jī)構(gòu)、車輪裝置、供電裝置等組成,標(biāo)高1650mm,一次最大可裝載500t(不含墊鐵),要求重載爐車鋼結(jié)構(gòu)具有良好的剛性和耐沖擊能力;從結(jié)構(gòu)方面,爐車縱梁采用“組合式焊接梁”,橫梁采用“變截面魚腹式焊接梁”,根據(jù)橫梁受力的大小合理地采用不同的斷面高度,確保橫梁剛性,既滿足爐車鋼架整體的剛性要求,又降低了爐車高度,安全可靠。爐車自重與工件總質(zhì)量約700t,為確保主動輪與軌車有足夠的附著力,保證車輪的承載能力不超過允許的最大極限,爐車采用了10套“平衡架式組合車輪結(jié)構(gòu)”,既保證在任何情況下主動輪有足夠的附著驅(qū)動能力,同時又使整臺爐車的重量適當(dāng)均布,使車輪裝置合理分布輪壓,保證了車輪的強(qiáng)度和使用壽命。4套電動自行機(jī)構(gòu),電動機(jī)采用變頻調(diào)速,使重載爐車起動、停止平穩(wěn)安全。使用380V直接供電的坦克鏈?zhǔn)揭苿与娎|架結(jié)構(gòu),安全可靠,地面平整。3.4電液溫度控制系統(tǒng)—計(jì)算機(jī)集散式中央控制系統(tǒng)中國聯(lián)合工程公司開發(fā)的工業(yè)爐專用控制系統(tǒng)采用西門子S7-300PLC多回路控制器,主要由溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)及故障檢測報警系統(tǒng)組成,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集散式中央控制。上位機(jī)采用DELL工控機(jī),配上組態(tài)監(jiān)控軟件,可實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)流程圖,工藝曲線設(shè)定、實(shí)時監(jiān)控以及查詢打印歷史數(shù)據(jù)記錄。并可通過網(wǎng)絡(luò)與下位高性能和高可靠性的西門子S7-300控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集散式控制,避免計(jì)算機(jī)中央系統(tǒng)出現(xiàn)故障,導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓的事故發(fā)生?！熬?xì)化控溫”技術(shù)可有效提高爐膛的溫度均勻性,降低熱處理時間,節(jié)能效果顯著。在爐長方向細(xì)分為20個控溫區(qū),一對一精密控制。分別將20區(qū)溫度信號、燃油壓力、助燃風(fēng)的溫度、壓力信號送入西門子S7-300控制器,按照PID控制理論,經(jīng)過一系列運(yùn)算,輸出信號至燒嘴控制器,伺服操作器,去調(diào)節(jié)各個閥門,達(dá)到控制溫度的目的。針對國際上對熱處理過程中的降溫冷卻控制日益重視,為保證壓力容器熱處理質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率,熱處理爐裝有計(jì)算機(jī)降溫控制系統(tǒng),對各降溫階段實(shí)現(xiàn)控制。3.5爐襯鋼板的安裝爐襯采用具有優(yōu)良隔熱保溫性能的全硅酸鋁耐火纖維毯,經(jīng)壓縮打包制作成折疊單元塊,通過鉚固件固定在爐體鋼板上組裝成爐襯。層鋪+折疊單元塊結(jié)構(gòu),在爐襯鋼板內(nèi)側(cè)平鋪2層20mm耐火纖維毯,并壓縮到30mm,外用190mm纖維毯折疊單元塊,兵列式排列,用耐熱鋼螺栓組件安裝,形成組合爐襯。耐熱鋼螺栓組件側(cè)墻焊接,爐頂螺栓聯(lián)接。爐襯總厚度220mm。采用全耐火纖維大板塊鉚固件結(jié)構(gòu)的爐體,可節(jié)能25%。4設(shè)備應(yīng)用效果(1)采用超大容量的高速燒嘴和“精細(xì)化控溫”技術(shù),使?fàn)t內(nèi)氣體充分地?zé)嵫h(huán),可保證該熱處理爐爐膛中心溫度,有效提高全爐溫度的均勻性。(2)采用“可調(diào)纖維裙邊爐門密封結(jié)構(gòu)”、“多點(diǎn)壓力可調(diào)結(jié)構(gòu)”、“輕型防變形鋼結(jié)構(gòu)門框”等技術(shù)和使用氣缸壓緊軟邊密封裝置,實(shí)現(xiàn)熱處理中的全部密封,可防止高溫爐氣泄漏導(dǎo)致的爐