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大口径钢管淬火系统研制与应用

1针对现有油井管淬火装置存在的问题,研制了大口径钢管淬火系统。该系统可自动控

制钢管在进料机构上前进及落下,使钢管正好落在旋转轮上,完成受料过程。淬火过程无链条传动,大大降低了淬火机构的故障率,延长了淬火机构的使用寿命。根据APISpec5CT要求对调质处理后钢管进行力学性能试验和尺寸检验,结果表明,用该系统进行淬火处理的钢管均符合API标准要求。生产应用表明,大口径钢管淬火系统完全有能力处理规格为<(13917~34010)mm×(415~2210)mm×(6000~12300)mm、钢级为N80、L80及P110钢管。  关键词 大口径钢管 热处理 淬火系统 、冷却水池、冷

[]

、槽内淬火和槽外淬火3种方式。淬火环淬火是用淬火环对钢管外表面或内外表面进行喷淬,钢管在辊道上一边前进一边淬火。这种方式生产效率较低,生产规格单一。槽内淬火虽然简单,但钢管上下部的冷却速度不一致,容易使钢管弯曲,另外钢管表面产生的蒸汽膜容易导致淬火作用消失。槽外淬火是钢管在空气中水淬,有钢管外表面喷水、钢管内表面喷水和钢管内外表面喷水3种方式,钢管的旋转有助于径向冷却均匀。为得到完全的钢管淬火组织,对钢管内喷水量、外喷水量及钢管旋转速度都有一定的要求。国内钢管热处理厂现在大都采用台架式淬火装置,这种淬火装置在钢管压紧后旋转的同时,内表面轴流喷水、外表面层流喷水。但由于使用链条传动机构,大大影响了装置使用寿命。

鉴于此,2005年胜利油田高原石油装备有限公司建立了1条大口径钢管热处理生产线,生产线上使用的是公司自主研发的淬火系统,并于2007年5月完成生产线的安装调试。

内喷泵、外淋泵及冷却塔供水泵。淬火水池位于淬火机构底部,其中淬火冷却水通过水槽流入冷却水池。冷却水池由回水水池、一次沉淀池、二次沉淀池和取水池组成。所有水泵均放置在水泵房内,水管线均埋于地下。内喷使用2根管线同时供水,主要泵均有备用,以防止意外事故的发生

 

图1 淬火系统结构示意图

1—回火炉;2—回火炉进料辊道;3—料架;4—淬火机构;5—

淬火水池;6—淬火炉;7—冷却水池;8—水泵房;9—冷却塔;

10—内喷泵;11—冷却塔供水泵;12—外淋泵;13—水泵控制柜

技 术 分 析

11结构

  21工作原理

淬火机构如图2所示。利用西门子S7—300作为下位机对整套系统进行控制,PC机作为上位机对淬火炉、淬火系统、回火炉进行监测。控制系统对整个淬火系统实现全自动控制,高效、安全、可靠。

淬火系统结构见图1,由水循环系统和淬火机

1—基础架;2—堵水机构;3—进料机构;4—出料机构;5—旋转机构;6—压紧机构;7—高位水箱;8—挡水机构;9—内喷机构;10—三通球阀;11—外淋管;12—内喷支管

  根据待处理管的规格,确定所需泵的数量。开启泵后,内喷水由三通球阀引入内喷支管,外淋水

由外淋泵泵入外淋管,并流入高位水箱。高位水箱水通过外淋缝,经挡水板导流流出,水池;进料机构升起,,,钢管前移。,将钢管运送至淬火位置后停止。此时进料机构落下,钢管正好落在旋转机构上。旋转机构启动,压紧机构下放,钢管被压紧在旋转机构上,由主动旋转轮带动钢管旋转。当旋转机构到达设定转速后,三通球阀启动,内喷水通过内喷机构高速喷射进入钢管。挡水机构缩回,挡水板处于垂直状态,外淋水喷淋到钢管上。为防止钢管弯曲,外淋水须晚于内喷水的开启。淬火完成后,启动三通球阀,内喷水进入高位水箱,挡水机构伸出,外淋水流入淬火水池。旋转机构停转,压紧机构升起。启动出料机构,将钢管翻至料架。系统检测到淬火位置无钢管后,起升进料机构,堵水机构拉起,进入下一循环。在料架上的钢管经控水后,由回火炉进料辊道将钢管送入回火炉。钢管冷却水到达淬火水池后,通过水槽进入冷却水池,经回水池、一次沉淀池、二次沉淀池后到达取水池。此时的水已经过充分的沉淀和冷却,可以作为钢管冷却用水。

31主要参数及性能指标

生产钢管规格<(13917~34010)mm×(415~2210)mm×(6000~12300)mm,生产能力80~200s/根,冷却能力30~70℃/s,淬后钢管每

41主要特点

(1) 1个电动

;系统可自,使钢管正好落在旋转机。

(2)旋转机构 旋转机构可使钢管平直及冷却均匀,主要由电动机、主动旋转轮和被动旋转轮构成。主动旋转轮通过轴及联轴器联接;旋转电动机可进行无级调速,以适应不同钢管的需要。

(3)压紧机构 压紧机构由压紧油缸、压紧轮等组成。压紧轮的压力通过调节系统油压进行控制,以适应不同钢管的要求。每个压紧油缸上的进油口都有调速阀,可防止压紧轮压紧速度过快冲击钢管。

(4)挡水机构 由油缸、挡水板组成,可调节外淋水流方向,防止非淬火时外淋水流向钢管。

(5)出料机构 由油缸、翻料板组成。用于将淬火后钢管翻至料架上进行控水。

(6)高位水箱 高位水箱横跨外淋管和内喷支管,2个管的底部开有圆孔,大小根据离进水口的远近而不同。高位水箱底板的外淋水缝可调节,以适应不同钢管对外淋水的需要。

为避免高压、大流量内喷泵的频繁启动,在内喷管路上装有气动三通球阀,淬火时内喷水通过内喷机构高速喷向钢管内,非淬火时气动三通球阀将水引向内喷支管,流向高位水箱。

此淬火系统与其他台架式淬火机构的最大区别在于取消了斯惠顿受料装置,无链条传动机构,降低了淬火机构的故障率,延长了淬火机构的使用寿命。

米弯曲度≤2mm,内喷水流速度8~15m/s,每米

3

外淋水流量210m/min,旋转速度40~100r/min。

性 能 试 验

研制的淬火系统在大口径热处理生产线安装调试完成后,对表1中3种规格钢管进行了淬火试

钢管规格

(mm×mm)

验。同时根据APISpec5CT要求对调质处理后钢

管进行了力学性能试验和尺寸检验。

11钢管水淬平直度

3种规格的钢管淬火后,除6根<13917mm钢

管由于淬火机构部分动作失误造成钢管弯曲外,其

外淋水流量/m3

712015195表1 3种钢管淬火参数表

内喷泵数量/台

12外淋泵数量/台

11内喷水流速/(m・s-1)

1511211110钢管转速/(r・min-1)

100108412淬火周期/s

90130淬火时间/s

1520<13917×7172<244148×11105余经肉眼观察,不存在淬火弯曲问题。21通径检验

分别用<121108mm×152mm、<222125mm×305mm和<31111mm×315mm通径规对3种钢管

的外径进行测量,测量位置在两端、进水端2m和

压紧轮处。结果表明,处理后钢管外径都符合API要求的外径偏差(-015%~+011%)D范围,椭圆度变化范围-01005~01006。

41力学性能试验

、伸长率,除2根I标准要求外,其I。表2为部分钢管的力学性能参数。

冲击功/J

971006259107120117121123132125133

进行检验。有15根<13917mm管次端部进不去(主要集中在出水端),经修磨后可通过;有3根<244148mm和2根<33917mm管次端部进不去(主要集中在出水端),31外径检验

对<1试样号

10-D10-X15-D16-X19-D20-D21-X22-D2-D2-X3-D3-X

表2 钢管的力学性能参数

屈服强度/MPa

577597672681834828850866687658677662

抗拉强度/MPa

671730764775897897939923797765790768

伸长率/%

271926192313231720172217191521132517271426172712

硬度/HBS

219238247236287275305294254249252247

备 注

规格:<13917mm×7172mm钢级:N80Q材质:30Mn5

规格:<244148mm×11105mm钢级:P110材质:25Mn2V

规格:<33917mm×12119mm钢级:N80Q材质:34Mn6

    注:D表示淬火时钢管的东头(出水端),X表示淬火时钢管的西头(进水端)。

理,2003,18(3):10-151

结 束 语

大口径钢管淬火生产线于2007年5月完成安

装调试,至今已累计处理钢管2万多吨。处理后的钢管都符合APISpec5CT标准及厂家要求。1年多的生产表明,大口径钢管淬火系统完全有能力处理规格为<(139170~340)mm×(415~22)mm×(6000~12

 

300)mm、钢级为N80、L80及P110钢管,且这种淬火系统结构简单、安全可靠。

 

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点击次数:  更新时间:2014-12-11 20:09:01  【打印此页】  【关闭
   
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