環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置的研制

1、環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置的研制602011年第5期tianjinscience&technol0gy環(huán)保前線劉明珠(中國石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院天津300451)環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置的研制【摘要】針對當(dāng)前管道鋪設(shè)現(xiàn)場除銹存在的除銹效率低,原料消耗量大,環(huán)境污染嚴(yán)重等問題,開展了環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置的研制.介紹了噴砂除銹的工作原理以及常規(guī)噴砂除銹作業(yè)中存在的問題;敘述了噴砂除銹裝置的主要組成結(jié)構(gòu).【關(guān)冀詞】管道噴砂除銹環(huán)保0引言隨著我閏管道建設(shè)的迅速發(fā)展,管道施工技術(shù)取得了日新月異的進(jìn)步,除銹方式逐漸由傳統(tǒng)的鋼絲刷除銹,電動鋼絲刷除銹轉(zhuǎn)變?yōu)閲娚俺P.多年來,管道鋪設(shè)過程中外壁

2、防腐作業(yè)前的表面除銹清理一直采用人_r開放式的噴砂除銹作業(yè).這種方法雖然能夠滿足管道表面清理質(zhì)量的要求,但是施工效率極低,且由于砂料噴向管道表面后不回收,現(xiàn)場砂料消耗量很大,造成原料的較大浪費(fèi).更為嚴(yán)重的是,在噴砂過程中現(xiàn)場粉塵彌漫,環(huán)境污染非常嚴(yán)重,對操作一人的生命安全和身體健康都造成極大威脅,同時會對周同其他作業(yè)t種的正常施工帶來不利影響.隨著我國管道建設(shè)步伐的加快,越來越多的管道需要進(jìn)行現(xiàn)場除銹清理二作.而多年來,管道自動噴砂除銹技術(shù)和產(chǎn)品一直被國外專業(yè)公司壟斷,國內(nèi)在這方面起步較晚,基本處于空白狀態(tài).針對管道除銹清理作業(yè)的特殊環(huán)境要求,研制了既可改善噴砂作業(yè)環(huán)境,減輕勞動強(qiáng)度,提高噴砂

3、除銹作業(yè)效率,又能降低原材料成本的環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置.1噴砂除銹的工作原理及存在問題1.1噴砂除銹工作原理管道噴砂除銹是以壓縮空氣為動力,將磨料(噴丸玻璃珠,鋼丸,鋼砂,石英砂,金剛砂,鐵砂,海ek-)高速噴射到需要處理的管道表面.由于磨料的沖擊和切削作用,管道表面的機(jī)械性能得到了改善,管道的抗疲勞性提高,增加了管道表面和涂層之間的附著力,延長了涂膜的耐久性,也有利于涂料的平和裝飾.在清除掉表面的雜質(zhì),雜色及氧化層的同時,使介質(zhì)表面粗化,減少基材表面的殘余應(yīng)力,提高基材表面硬度.圖1給出了常規(guī)噴砂除銹設(shè)備各部分的組成,在噴砂除銹過程中,空氣通過車載式壓縮機(jī)加至0.40.6mpa后儲存于

4、儲氣罐中,開啟閥門,儲氣罐中排的高壓氣體吹動車載式砂罐,從車載式砂罐中流出的石英砂形成高壓粒子流,經(jīng)高壓軟管和噴槍不斷地噴射,依靠石英砂的沖擊和摩擦作用除去鋼管表面的污垢,氧化皮,鐵銹,油漆涂層和泥土等附著物,使金屬表面重現(xiàn)收稿日期:20l10906光澤,并具有一定的粗糙度.管道圖1管道野外噴砂除銹示意圖1.2噴砂除銹作業(yè)中存在的問題噴砂除銹作業(yè)處510m的范同內(nèi)布滿了石英砂粉塵,影響了莊稼的生長,造成農(nóng)作物的減產(chǎn).噪音約有100db,造成作業(yè)人員的聽力受到損害.作業(yè)人員在施工時完全被粉塵包裹,尤其是在夏季施工,厚重的防護(hù)服會使作業(yè)人員嚴(yán)重失水,而發(fā)生中暑.常規(guī)噴砂除銹是開放式施工作業(yè),石英砂

5、一般不回收.以一條直徑為813mm,長為360km的管道為例,全線焊口數(shù)約為30000個,每個焊口消耗石英砂120kg,全線共需石英砂3600t,以500元/t計(jì)算,僅購買石英砂材料就需要花費(fèi)180萬元.2環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置的結(jié)構(gòu)原理針對常規(guī)噴砂除銹中存在的問題,設(shè)計(jì)了環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置.該裝置采用了直插式快速裝卡機(jī)構(gòu)和數(shù)字驅(qū)動控制技術(shù),以及雙噴頭采用渦流負(fù)壓回收技術(shù)同時作業(yè),實(shí)現(xiàn)了高效環(huán)保的噴砂除銹,鐵砂與粉塵等清理物的自動回收分選分離,鐵砂的循環(huán)使用,銹污,毒害油漆的徹底清理等功能.如圖2所示,環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置由外框機(jī)構(gòu),旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和擺動機(jī)構(gòu)組成.其中,外框機(jī)構(gòu)起到

6、整體的定位和支撐作用,兩個外框機(jī)構(gòu)之間通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連接.旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在外框機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向輪槽中,通過其上的驅(qū)動電機(jī)作用可使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞管道中心軸線進(jìn)行240.旋轉(zhuǎn),以此來實(shí)現(xiàn)裝置對管道周圍的噴砂除銹功能.擺動機(jī)構(gòu)固定在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌上,其上安裝有噴砂槍.在擺動電機(jī)的驅(qū)動下,可沿導(dǎo)軌軸向運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)裝置對管道軸向的噴砂除銹功能.1231.夕框板2.齒圈3.導(dǎo)向輪4.定位支撐圖2環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置結(jié)構(gòu)圖2.1外框機(jī)構(gòu)外框機(jī)構(gòu)如圖3所示,它是由外框板,齒圈,導(dǎo)向輪和定位支撐組成的.外框機(jī)構(gòu)是整個裝置的支撐體,其主要功能是支撐和聯(lián)接各個部件,確保各部件間及各部件與管道的相對位置精度.其中,齒圈通過螺

7、栓連接固定在外框板上.每個外框板上均布了14個導(dǎo)向輪,內(nèi)圈均布5個導(dǎo)向輪,外圈均布9個導(dǎo)向輪.其通過軸套安裝在外框板上的安裝孔內(nèi),軸套通過螺栓與外框板連接.同時,導(dǎo)向輪內(nèi)部采用了偏心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過調(diào)整偏心可以調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的相對位置,確保其相切.兩個定位支撐分別通過螺栓連接安裝在外框板上的安裝孔內(nèi),起到整體定位與支撐的作用.12341-夕框機(jī)構(gòu)2.旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3.擺動機(jī)構(gòu)圖3外框機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖2_2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖4所示,它是南旋轉(zhuǎn)板,導(dǎo)軌軸套,大齒輪,驅(qū)動齒輪,傳動軸,導(dǎo)軌,齒條,聯(lián)桿和聯(lián)桿墊片等組成的.其中,兩個旋轉(zhuǎn)板通過10根聯(lián)桿固定連接在一起,聯(lián)桿兩端分別插入旋轉(zhuǎn)板上的安裝孔,并

8、在聯(lián)桿端部通過聯(lián)桿墊片與旋轉(zhuǎn)板螺栓連接.行走電機(jī)通過連接板安裝在旋轉(zhuǎn)板上部,其輸出軸通過平鍵與小齒輪連接,通過驅(qū)動小齒輪的轉(zhuǎn)動,帶動與其嚙環(huán)保前線2011年第5期tianjlnscience&technology合的大齒輪.同時,大齒輪安裝在傳動軸上,傳動軸通過軸承安裝在兩個旋轉(zhuǎn)板之間,大齒輪的轉(zhuǎn)動帶動傳動軸的旋轉(zhuǎn).驅(qū)動齒輪通過平鍵與傳動軸相連接,傳動軸的旋轉(zhuǎn)同時帶動驅(qū)動齒輪的旋轉(zhuǎn),其與外框機(jī)構(gòu)中固定在外框板上的齒圈相嚙合,由此來實(shí)現(xiàn)整體旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞管道中心軸線的旋轉(zhuǎn).導(dǎo)軌通過兩端的導(dǎo)軌軸套安裝在旋轉(zhuǎn)板的安裝孔內(nèi),導(dǎo)軌軸套與旋轉(zhuǎn)板通過螺栓相連接.同時,齒條也通過兩端的軸套安裝在旋轉(zhuǎn)板的安

9、裝孑l內(nèi),軸套與旋轉(zhuǎn)板通過螺栓相連接.旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過兩個旋轉(zhuǎn)板安裝在外框機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向輪槽中,其上的驅(qū)動齒輪與外框機(jī)構(gòu)的齒圈相嚙合,以此來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞管道中心軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動1.旋轉(zhuǎn)板2.導(dǎo)軌軸套3.大齒輪4.驅(qū)動齒輪5.傳動軸6.擺動機(jī)構(gòu)7.導(dǎo)軌8.齒條9.聯(lián)桿1o.聯(lián)桿墊片圖4旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖2.3擺動機(jī)構(gòu)l234561.噴砂槍2.擺動電機(jī)3.連接板4.行程開關(guān)5.限位板6.防護(hù)罩7.擺動齒輪8.直線軸承9.支撐板10.夾板11.夾持座圖5擺動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖擺動機(jī)構(gòu)如圖5所示,它是由噴砂槍,擺動電機(jī),連接板,行程開關(guān),限位板,防護(hù)罩,擺動齒輪,直線軸承,支撐板,夾板和夾持座等組成的.其中,擺動電機(jī)安裝

10、在支撐板上,其輸出軸與擺動齒輪通過平鍵連接.4個直線軸承通過螺栓連接固定在61622011年第5期tianjinscience&technology環(huán)保前線支撐板上,通過直線軸承將擺動機(jī)構(gòu)安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌上,由擺動電機(jī)驅(qū)動擺動齒輪的轉(zhuǎn)動.由于擺動齒輪與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的齒條相嚙合,以此實(shí)現(xiàn)擺動機(jī)構(gòu)沿管道軸線方向的運(yùn)動.限位板通過螺栓連接固定在支撐板上,起到機(jī)械限位的作用.行程開關(guān)安裝在限位板上,通過調(diào)節(jié)其行程來實(shí)現(xiàn)對管道噴砂范圍的調(diào)節(jié)功能.連接板通過夾板與支撐板下端的矩形槽進(jìn)行螺栓連接,通過矩形槽的結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)安裝在連接板上的噴砂槍沿管道徑向的距離,夾持座通過螺栓連接固定在連接板的末端,

11、起到支撐夾持噴砂槍的作用.3中試應(yīng)用2011年3月在中海油施1-現(xiàn)場進(jìn)行了環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置的中試應(yīng)用.3.1試驗(yàn)過程3.1.1將足量的石英砂加入砂罐中,在空壓機(jī)未加壓的情況下進(jìn)行裝置的旋轉(zhuǎn),擺動等空載運(yùn)行試驗(yàn).在正常的工作狀態(tài)下運(yùn)行一段時間,不存在不穩(wěn)定因素,運(yùn)行也很平穩(wěn),驗(yàn)證無誤后,達(dá)到載荷運(yùn)行條件.3.1.2裝置停止運(yùn)行,啟動空壓機(jī),待壓力達(dá)到試驗(yàn)要求,打開空壓機(jī)閥門,進(jìn)行噴砂試驗(yàn),檢查噴砂氣管路是否暢通,并驗(yàn)證除塵器的除塵效果.3.1.3將裝置安裝到管道的適當(dāng)位置,啟動空壓機(jī),同時啟動自動噴砂除銹裝置進(jìn)行管道補(bǔ)口的除銹作業(yè).3.1.4運(yùn)行過程中記錄運(yùn)行參數(shù),工作一段時間后,停止

12、除銹作業(yè).檢測除銹質(zhì)量,計(jì)算除銹效率.重復(fù)以上試驗(yàn)過程至少3次,以保證檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性.3.2測試結(jié)果試驗(yàn)測試數(shù)據(jù):空壓機(jī)功率為38kw,氣源壓力為0.8mpa,_丁作時氣源壓力為0.6mpa,排氣量為5.0m3/min.旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)速度為017.8cm/s可調(diào),除銹錨紋深度為5075t-lm,除銹質(zhì)量達(dá)到sa3.0級,最大工作效率為18mvh.環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置運(yùn)行平穩(wěn),旋轉(zhuǎn)靈活,作安全可靠.噴砂密封性良好,回收凈化充分.3.3試驗(yàn)結(jié)論環(huán)保型管道自動噴砂除銹裝置的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)了管道補(bǔ)口的自動噴砂除銹,同時可對砂粒進(jìn)行自動回收,改善了管道噴砂作業(yè)的工作環(huán)境,減少了對周圍環(huán)境的污染程度,且減輕了施工人員的勞動強(qiáng)度,提高了管道噴砂除