一種新型轉(zhuǎn)架式鋼管吹吸灰設(shè)備的研制

譙正武 ，李秀全 ，胡三恩，劉玲

（1.甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，甘肅 蘭州 730070；2.上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司，上海 201518）

鋼管吹吸灰設(shè)備主要用于鋼管預(yù)精整生產(chǎn)線，或鋼管熱處理生產(chǎn)線上，針對(duì)鋼管內(nèi)壁氧化皮、粉塵等雜質(zhì)進(jìn)行清除處理。目前，大多數(shù)鋼管生產(chǎn)廠在清除鋼管內(nèi)壁氧化皮方面的工藝水平較低[1-2]，設(shè)備落后，經(jīng)常是鋼管內(nèi)壁氧化皮清除不干凈，影響下一道探傷工序的準(zhǔn)確性。 吹出的氧化皮及浮塵等雜質(zhì)收集困難， 排放不達(dá)標(biāo)，造成工廠環(huán)境污染嚴(yán)重。 另外，生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)同一臺(tái)設(shè)備無(wú)法適應(yīng)鋼管直徑大小不同的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了鋼管處理效率。 為此，筆者總結(jié)國(guó)內(nèi)現(xiàn)役吸灰設(shè)備的缺陷，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型轉(zhuǎn)架式鋼管吹吸灰設(shè)備， 極大地提高了鋼管處理效率。采用吹、吸相結(jié)合的技術(shù)，能夠徹底清除鋼管內(nèi)表面的氧化鐵皮及雜質(zhì)。先進(jìn)的除塵工藝保證排放達(dá)標(biāo)， 消除了環(huán)境污染。 本文以處理鋼管φ140～φ340 mm 的轉(zhuǎn)架式鋼管吹吸灰設(shè)備為背景，（以下簡(jiǎn)稱φ340 mm 的鋼管吹吸灰設(shè)備）詳細(xì)介紹該新型設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理及除塵工藝流程，為今后我國(guó)鋼管熱處理線及鋼管預(yù)精整線吹吸灰設(shè)備的設(shè)計(jì)探索了一個(gè)新的發(fā)展方向。

1 設(shè)計(jì)要求

φ340 mm 鋼管吹吸灰設(shè)備將鋼管內(nèi)表面的鐵屑、氧化皮及灰塵清除干凈，并且具有收集鐵屑及氧化鐵皮的功能， 保持生產(chǎn)車間內(nèi)不受污染，排放后的煙塵要達(dá)標(biāo)。

1.1 待處理鋼管的主要技術(shù)參數(shù)

外 徑 φ140～φ340 mm

壁 厚 6.0～35.0 mm

長(zhǎng) 度 4000～13500 mm

鋼管狀態(tài) 熱軋、矯直、鋸切（預(yù)精整線）

淬火回火、矯直、冷卻（熱處理線）

1.2 生產(chǎn)能力與排放要求

鋼管最大處理量 不小于120 根/h

煙塵處理后排放濃度 ≤20 mg/Nm3

2 設(shè)備總體結(jié)構(gòu)及組成

鋼管吹吸灰設(shè)備安裝在鋼管熱處理線冷床，或預(yù)精整線定尺切管機(jī)后，用于對(duì)熱處理后的鋼管進(jìn)行吹灰和吸灰處理， 清除鋼管內(nèi)表面的鐵屑、氧化鐵皮及灰塵。

鋼管吹吸灰設(shè)備主要由壓縮空氣包、轉(zhuǎn)架式主機(jī)、除塵系統(tǒng)及電控系統(tǒng)等組成。 機(jī)械總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 轉(zhuǎn)架式鋼管吹吸灰設(shè)備機(jī)械總體結(jié)構(gòu)

3 主要機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 壓縮空氣包

主要由空壓機(jī)、 儲(chǔ)氣罐和控制閥門等組成，主要作用是為吹吸灰設(shè)備提供吹氣氣源及輔助動(dòng)力[4]。

3.2 轉(zhuǎn)架式主機(jī)

轉(zhuǎn)架式主機(jī)是鋼管吹吸灰設(shè)備的核心部件，與傳統(tǒng)及同類型設(shè)備相比主要差異如下：

（1）采用帶制動(dòng)的變頻制動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)，可根據(jù)生產(chǎn)狀況調(diào)節(jié)變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變鋼管處理效率；

（2） 在變頻制動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)架中間增設(shè)制動(dòng)器，采用制動(dòng)器和變頻電機(jī)自帶制動(dòng)器雙重制動(dòng)可精確鎖定鋼管預(yù)停留位置；

（3）采用手輪調(diào)節(jié)式吹氣頭結(jié)構(gòu)，使吹氣頭中心與待處理鋼管中心對(duì)中，更利于形成強(qiáng)大的文丘里效應(yīng)，增強(qiáng)鋼管處理效果；

（4）采用周向6 個(gè)等分U 型腔室布置，并在每個(gè)腔室布置根據(jù)適應(yīng)一定管徑范圍相切的包絡(luò)線設(shè)計(jì)的U 型聚氨酯托架， 外加可調(diào)艙蓋和密封薄橡膠板，不僅可消除鋼管進(jìn)入轉(zhuǎn)架時(shí)碰撞的噪聲， 也能適應(yīng)處理管徑大范圍變化的鋼管，同時(shí)可將待處理鋼管置于密閉空間， 有效避免吹、吸灰時(shí)浮塵泄漏，引起生產(chǎn)車間污染。

（5）吸灰頭總成采用伸縮式結(jié)構(gòu)，安裝在除塵系統(tǒng)的吸入口上，鋼管到達(dá)吸灰位置時(shí)，伸縮式吸灰頭伸出將鋼管端部封住，利于吸灰，同時(shí)避免灰塵泄露。

（6） 采用在6 個(gè)U 型腔室周向布置徑向滾輪系統(tǒng)，使整個(gè)轉(zhuǎn)架由支撐架扶正，確保在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中平穩(wěn)可靠，避免了處理大管徑鋼管時(shí)由于鋼管過(guò)重引起轉(zhuǎn)架彎曲變形，轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活。

新型轉(zhuǎn)架式主機(jī)結(jié)構(gòu)組成如圖2、 圖3 所示。

3.3 除塵系統(tǒng)

針對(duì)鋼管熱處理線及鋼管預(yù)精整線上現(xiàn)役的吹吸灰設(shè)備排放達(dá)不到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)這一現(xiàn)狀，新型轉(zhuǎn)架式吹吸灰設(shè)備除塵系統(tǒng)采用重力除塵設(shè)備、旋風(fēng)除塵器及布袋脈沖式除塵三級(jí)除塵的先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)。 其機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

除塵工藝流程： 吸灰頭→重力除塵設(shè)備→旋風(fēng)除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙道排出。

（1）重力除塵器。 在伸縮式吸灰頭后部串聯(lián)布置一套重力預(yù)除塵器，用來(lái)捕集大于40 μm 的粉塵，重力除塵裝置下部安裝有自動(dòng)卸料器。

（2）旋風(fēng)除塵器。 鋼管內(nèi)的粉塵經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵器，較大的顆粒分離進(jìn)入下部灰斗內(nèi)，安裝在下部的自動(dòng)卸料器定期清除，較小顆粒粉塵進(jìn)入布袋脈沖除塵器再次分離。

（3）布袋除塵系統(tǒng)。 布袋脈沖除塵系統(tǒng)選擇脈沖式袋除塵器。 由于高壓逆氣流的反吹作用，使濾袋外壁上的粉塵落入下部灰斗內(nèi)，通過(guò)自動(dòng)卸料器排出機(jī)體。 脈沖閥由PLC 清灰程序控制器自動(dòng)控制，脈沖時(shí)間和脈沖間隔根據(jù)含塵量能夠進(jìn)行調(diào)整。在除塵裝置出風(fēng)口處設(shè)置引風(fēng)機(jī)一臺(tái)，以提高系統(tǒng)的排風(fēng)效率。

3.4 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)完成鋼管的吹、吸灰控制、旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)架主機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，通過(guò)PLC、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件和人機(jī)界面完成鋼管的上料、下料、吹灰、吸灰的自動(dòng)控制[5-6]。 PLC 選用西門子公司S7-300系列。 配兩塊DP/DP COUPLER， 一塊以太網(wǎng)卡。 具有與其他設(shè)備通訊功能。 具有自動(dòng)和手動(dòng)控制功能。

3.5 新型轉(zhuǎn)架式吹吸灰設(shè)備工作原理

以處理單根鋼管為例，其工作原理可簡(jiǎn)化描述為：鋼管經(jīng)進(jìn)料架上料時(shí)，檢測(cè)開(kāi)關(guān)元件檢測(cè)到后，發(fā)出指令，可調(diào)節(jié)吹氣頭就位，變頻制動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)，鋼管經(jīng)進(jìn)料架進(jìn)入轉(zhuǎn)架的U 型腔室內(nèi)并被置于U 型聚氨酯托架上， 隨著轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)鋼管到達(dá)A-A 剖面中最頂端，位置檢測(cè)元件發(fā)出指令，變頻制動(dòng)電機(jī)停止工作，并利用自帶的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)制動(dòng)，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定延遲時(shí)間后，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，制動(dòng)器制動(dòng)，轉(zhuǎn)架停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼管位置被精確鎖定在A-A 剖面中最頂端， 鋼管中心與可調(diào)節(jié)吹氣頭中心對(duì)中。 控制系統(tǒng)發(fā)出指令，壓縮空氣包打開(kāi)開(kāi)關(guān)， 壓縮空氣快速通過(guò)鋼管內(nèi)壁，并產(chǎn)生強(qiáng)大的文丘里效應(yīng)，將鋼管內(nèi)壁氧化皮及粉塵帶走，并經(jīng)過(guò)吸灰頭、重力除塵器、旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器三級(jí)過(guò)濾后，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，排出廠外。鋼管吹吸灰處理結(jié)束。此時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，制動(dòng)器制動(dòng)松開(kāi)復(fù)位，變頻制動(dòng)電機(jī)復(fù)位開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，下一根鋼管進(jìn)料架上料，剛被處理的鋼管由于自重將通過(guò)出料架出料。 如此循環(huán)作業(yè)，設(shè)備利用率較高，大大提高了生產(chǎn)效率。

4 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工業(yè)考核結(jié)果

適應(yīng)鋼管規(guī)格 φ 140 ～φ 340 mm

圖3 轉(zhuǎn)架式主機(jī)端面圖

圖4 除塵系統(tǒng)

適應(yīng)鋼管長(zhǎng)度 7 000 ～13 500 mm

處理鋼管能力 150 根/h

供氣量 18 000 m3/h

氣壓 6 500 Pa

總裝機(jī)功率 45 kW

處理后粉塵濃度 ＜15 g/m3

設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明， 在鋼管熱處理生產(chǎn)線中使用該新型旋轉(zhuǎn)式吹吸灰設(shè)備能有效提高鋼管處理效率， 同時(shí)大大降低了工廠環(huán)境污染，達(dá)到了真正的節(jié)能減排。

5 結(jié)論

（1）研制開(kāi)發(fā)的φ 340 mm 鋼管吹吸灰設(shè)備，已成功應(yīng)用在建龍某無(wú)縫管廠，經(jīng)過(guò)半年多的生產(chǎn)證明，具有生產(chǎn)效率高和鋼管內(nèi)壁除塵效果好的優(yōu)點(diǎn)，排放的煙塵顆粒度小于15 g/m3，完全達(dá)到了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

（2）在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，雖然采用可伸縮式吸灰頭設(shè)計(jì)，但當(dāng)處理鋼管長(zhǎng)度較短時(shí)容易因伸縮式吸灰頭適應(yīng)困難，需清理積灰，從而降低了設(shè)備的生產(chǎn)效率， 這是生產(chǎn)過(guò)程中遇到的新問(wèn)題，也是下一步需要革新的一項(xiàng)新技術(shù)——自動(dòng)適應(yīng)管徑變化的吸灰頭。

（3） 本設(shè)備創(chuàng)造性地集成了三項(xiàng)新技術(shù)：吹氣和吸氣相結(jié)合的新技術(shù)；重力、旋風(fēng)及脈沖式布袋三級(jí)除塵新工藝；吹灰頭自動(dòng)適應(yīng)鋼管長(zhǎng)度和管徑變化的新技術(shù)。徹底清除了鋼管內(nèi)表面氧化皮等雜質(zhì)，成功地解決了鋼管在吸灰過(guò)程中存在環(huán)境污染的難題，有效提高了鋼管熱處理線和精整線的生產(chǎn)效率，為我國(guó)鋼管熱處理生產(chǎn)線吹吸灰設(shè)備研究探索了一個(gè)發(fā)展方向。

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