螺旋焊管等離子煙塵除塵裝置的升級改造

陳延軍1,馬俊光1,張曉東2,李 軍2,韓 紅3

(1.中國石油集團渤海石油裝備巨龍鋼管有限公司,河北 青縣 062658;2.中國石油集團渤海石油裝備華油鋼管有限公司,河北 青縣 062658;3.河北華油鋼管設計研究院有限公司,河北 青縣 062658)

摘 要:為了解決Φ406 mm~Φ1 422 mm 螺旋埋弧焊管等離子切割煙塵收集和沉降的難題,對現有的等離子除塵設備在線切割時煙塵收集、處理存在的難點進行了分析,并對現用等離子除塵設備進行了技術改造。改造后的除塵設備合理設計了煙塵收集和沉降回收方式,改良了濕式除塵裝置的結構,工作時通過高壓水噴淋與干式濾筒的有機結合,將煙塵顆粒濕化,相比干式粉塵顆粒,極大地方便了后期的粉塵清理。生產線應用表明,改進后檢測口污染物濃度由160 mg/m3 降到1 mg/m3 以下,符合GB 16297—1996 《大氣污染物綜合排放標準》 的要求,達到了預期的效果。

關鍵詞:焊管;等離子切割;煙塵;收集;排放

近年來,空氣等離子切割技術因其切割速度快、安全可靠性高被廣泛應用在螺旋埋弧焊管生產線的飛剪工序,已逐步取代氧乙炔切割。但等離子切割過程中會產生大量有毒、有害煙塵,煙塵的主要成分為金屬蒸汽、臭氧、氮氧化物等固態、氣態粒子,這些有害氣體及煙塵粒徑非常細小(0.5 μm 以下的約占 70%),懸浮能力強,不易沉降,極易進入人體,對人體中樞神經、內臟、皮膚及呼吸道造成直接傷害。因此,有效回收、處理等離子切割過程中產生的煙塵問題刻不容緩。

1 在線切割時煙塵收集、處理難點

螺旋埋弧焊管在線切割產生的煙塵量與焊管的直徑和壁厚成正比,焊管直徑越大,煙塵越分散,且越不易被吸出。一般情況下,等離子槍切割嘴噴出的壓縮空氣使得切割煙塵從鋼管的兩端溢出,而安裝在鋼管一端的吸塵罩很難將煙塵全部收集。采用單純的濕式除塵法或干式除塵法都不能有效清除等離子切割過程中產生的大量有害有毒煙塵。

2 煙塵流向控制

2.1 改進思路

對現用除塵設備的分析發現,煙塵流向對除塵效果影響很大。如果要將煙塵有效地吸進除塵器,就要滿足以下條件:①除塵器吸入的風量大于等離子切割所產生的煙塵以及管道內部空氣的總量;②在鋼管內部形成一定量的負壓強;③同時外界空氣不能大量進入鋼管。

根據以上思路,分別嘗試用擋板和軸流風機對鋼管出管端切割煙塵進行封堵。

用擋板封堵時,在出管端距等離子切割點約500 mm 處設置擋板,該擋板安裝在鋼管內部隨行小車上,需要較為準確的定位。該方案理論上雖然可行,但在實施過程中存在一系列問題,如切割過程中鋼管旋轉、鋼管內部空間有限,安裝擋板較為困難,且不同規格鋼管需要放置不同規格的擋板等。

圖1 軸流風機安裝位置

用軸流風機封堵時,風機安裝位置如圖1 所示,用軸流風機在出管方向向鋼管內部切割點處吹風。切割鋼管時,風機偏轉一定角度對準鋼管內部(根據鋼管規格調整角度);進風量大小的調節標準為:將等離子切割煙塵阻滯于切管處附近,使切管端除塵風機產生的進風與等離子切割產生的向外飄散的熱煙塵氣在切管處附近達到動態平衡。軸流風機的吹風起到一個風幕的作用,其作用相當于一個擋板,同時減少了除塵風機的進風量。

實際應用結果表明:用軸流風機封堵切割煙塵的效果較好,能夠確保出管端煙塵不會外溢。

2.2 除塵風機的選配

2.2.1 除塵風量的核算

根據煙塵先擴散再上升的特點,在煙塵擴散前即對其進行收集效果最佳。切割煙塵收集裝置如圖2 所示。根據生產工藝狀況和鋼管直徑的變化,在鋼管內部設置的吸塵罩要有足夠的面積和罩口風速,以保證對切割煙塵的有效捕捉。通過計算可知,吸風量為8 000 m3/h 的吸塵罩完全能夠滿足排風的要求。

圖2 切割煙塵收集裝置示意圖

為了保證吸風罩口與煙塵的有效接觸面積,盡可能將吸風罩口放置在2#機臂上,并制作成喇叭口狀。如果鋼管直徑較小,可更換吸風罩,或將吸風管道端部改為分體的多管道吸口,將各個獨立的吸風管插入到成型器后部的煙塵溢出處。

2.2.2 風機的選擇

根據除塵系統所需風量和風壓,以及整個除塵系統管道的阻力損失,選擇KSDC-8609B 型通風機,風量 8 000 m3/h,全壓 2 628 Pa,配套電機 Y132S2-2(15 kW)。

出管端軸流風機和切管端通風機的配合使用,可以很好地控制煙塵流向,達到切割煙塵100%的收集效果。

3 煙塵沉降控制

3.1 濕式除塵法

國內通常的濕式除塵法是:將收集到的等離子煙塵通入凈水槽沉降。實際使用結果表明,剛開始使用該方法時,大部分煙塵能沉降到水槽中,但仍有一些煙塵外溢,治理效果不甚理想,且隨著水槽中污染物的增加,沉降效果將大大降低。

借鑒燃煤鍋爐煙氣處理裝置上的多道高壓螺旋噴嘴降塵原理,將其應用在等離子煙塵處理的濕式除塵過程中。螺旋噴嘴及其噴淋過程如圖3所示。

圖3 螺旋噴嘴及其噴淋過程示意圖

采用螺旋噴嘴濕化煙塵,高壓霧化水流與煙塵顆粒能充分融合,使煙塵濕化,密度增加,進而聚集成較大顆粒沉降,能達到更好的降塵效果。

3.2 干式濾筒除塵

巨龍鋼管有限公司先后購買了德國坎貝爾公司和蘇州凱深環保有限公司的煙塵處理設備,使用效果均不理想。而且存在日常維護清理繁瑣、備件易損等問題。通過對現有干式濾筒除塵設備的研究發現,干式除塵多采用褶皺式濾筒,國內脈沖濾筒除塵器大多采用文氏口反吹,其結構簡單,吹風量大,可有效吹掉粘附在褶皺濾芯上的粉塵,但當濾筒較長時,反吹效果欠佳。因此,在現有內反吹的基礎上增加一套外反吹機構,使內外反吹同時工作,提高反吹效果,以延長濾筒壽命。改造后,濾筒的使用壽命可延長至半年,節約了成本,減少了維護清理的工作量。

4 結束語

通過以上改進措施,Φ406 mm~Φ1 422 mm螺旋焊管等離子切割煙塵收集、沉降的難題得到有效解決。經檢測,改進后成型器周圍空氣污染物出口濃度由160 mg/m3 降到1 mg/m3 以下,達到甚至超越了GB 16297—1996 《大氣污染物綜合排放標準》 的要求。改造后的除塵裝置通過高壓水噴淋與干式濾筒的有機結合,將煙塵顆粒濕化,相比干式粉塵顆粒,極大地方便了后期的粉塵清理。同時,具有備件成本低、操作方便等優點,且處理后的空氣潔凈無味,符合國家環保要求。

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Upgrade of Spiral Welded Pipe Plasma Dust Removal Device

CHEN Yanjun1, MA Junguang1, ZHANG Xiaodong2, LI Jun2, HAN Hong3
(1.CNPC Bohai Equipment Julong Steel Pipe Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China;2.CNPC Bohai Equipment North China Petroleum Steel Pipe Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China;3.Hebei HUAGANG Design&Research Institute Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China)

Abstract: In order to solve the problems of Φ406 mm~Φ1 422 mm spiral submerged arc welding pipe plasma cutting dust collection and sedimentation, the existing difficulties in dust collection and treatment of plasma dust removal equipment during linear cutting were analyzed, and the present plasma dust removal equipment had been improved.The dust collection and sedimentation method of the modified dust removal equipment was designed, structure of wet dust removal device was improved, the dust particles were humidified through the combination of high-pressure water spraying and dry filter cylinder,which had great convenience for dust cleaning in the later stage compared with dry dust particles.Production line application indicated that the concentration of pollutants in the test port decreased from 160 mg/m3 to less than 1 mg/m3 after improvement, which met the requirements of GB 16297—1996 intergrated emission standard of air pollutants and achieved the expected transformation effect.

Key words: welded pipe; plasma cutting; dust; collection; discharge

中圖分類號:TG434.4

文獻標識碼:B

DOI: 10.19291/j.cnki.1001-3938.2019.8.008

作者簡介:陳延軍(1972—),工程師,主要從事彎管新工藝、新技術的開發等研究工作。

編輯:謝淑霞

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