УСТАНОВКА ДЛЯ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА ТРУБОПРОВОДОВ

Установка для восстановительной термической обработки металла трубопроводов
Полезная модель относится к устройствам для восстановительной термической обработки металла трубопроводов и может быть использована при восстановлении металла паропроводов, особенно выполненных из толстостенных труб.
Известна установка для восстановительной термической обработки металла трубопроводов, выполненная в виде печи для термической обработки труб паропроводов (см. книгу П.А.Антикайн Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов. - М.: «Энергоатомиздат, 1990, с. 299).
Недостаток этого решения - громоздкость установки исключает ее широкое распространение, что суш,ественно повышает расходы на восстановление металла за счет резкого роста транспортной составляюш,ей этого процесса и увеличивает его продолжительность.
Известна также установка для восстановительной термической обработки металла трубопроводов содержап,ая индукционный нагреватель (см. статью Злепко В.Ф. и др. Влияние восстановительной термической обработки на свойства стали 12Х1МФ, ж-л Теплоэнергетика, 2001, , с. 68).
Недостаток этого решения определяется тем, что при проведении восстановительной термической обработки на воздухе происходит уменьшение толш;ины стенки труб метала на 0,3 - 0,4 мм. Номимо этого в процессе многолетней эксплуатации паропроводов происходит утонение их стенок. Уже после 28000 часов эксплуатации паропроводов оксидная пленка составляет снаружи 0,2 мм, внутри -до 0,13 мм. Уменьшение толщины стенки паропровода происходит не только в результате взаимодействия с газопаровой фазой при температуре, превышаюп :ей 400°С, но также при механической зачистке под операции ультразвукового и металлографического контроля. Это ограничивает возможность применения
МКИ F 17 D 1/06
гРЖагс Д;
С 21 D 9/08
восстановительной термической обработки в окислительной атмосфере. Кроме того, проведение восстановительной термической обработки в окислительной атмосфере вызывает интенсивное окалинообразование внутри паропровода, что делает необходимым операцию удаления образовавшегося слоя окалины (обычно продувку сухим паром или химическую промывку), так как нри эксплуатации оборудования оторвавшиеся частицы окалины способствуют интенсивному износу лопаток турбины. Кроме того, известно, что эффективность процесса восстановительной термической обработки определяется как температурой нагрева, так и скоростью охлаждения, что особенно актуально при восстановлении массивных толстостенных труб (более 30 мм).
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в исключении окалинообразования и обеспечении оптимальных режимов охлаждения в процессе восстановительной термической обработки металла трубопроводов.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи выражается в исключении необходимости операции удаления слоя окалины по завершении операции восстановительной термической обработки металла трубопроводов и устранении причины интенсивного износа лопаток турбины, а также обеспечении возможности эффективной работы с толстостенными трубами.
Поставленная задача решается тем, что установка для восстановительной термической обработки металла трубопроводов, содержашая индукционный нагреватель, отличается тем, что она снабжена охлаждаюш;им блоком, и средствами его подключения к обрабатываемому участку трубопровода, при этом охлаждающий блок содержит теплообменник, установленный последовательно с ним вентилятор и генератор защитной атмосферы, при этом, средство подключения охлаждаюшего блока к обрабатываемому участку трубопровода выполнено в виде подключенных, на вход и выход охлаждающего блока.
трубопроводов, выполненных из термостойкого материала, свободные концы которых снабжены фланцами с уплотнениями, нри этом в качестве входа и выхода охлаждающего блока использованы, соответственно, вход теплообменника и выход вентилятора, кроме того, генератор защитной атмосферы включен параллельно вентилятору, причем на выходе охлаждающего блока установлено средство регулирования расхода охлаждающего газа. Кроме того, генератор защитной атмосферы содержит горелку, снабженную регуляторами подачи воздуха и топлива, форсунка которой размещена в газосмесительной камере полость которой подключена параллельно вентилятору. Кроме того, средство регулирования расхода охлаждающего газа, выполнено в виде щиберной заслонки. Кроме того, параллельно вентилятору, включен дополнительный вентилятор. Кроме того, последовательно вентилятору, включен дополнительный вентилятор.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию новизна.
Признаки отличительной части формулы полезной модели обеспечивают решение поставленной задачи, а именно обеспечение оптимальных режимов охлаждения в процессе восстановительной термической обработки металла трубопроводов и исключение окалинообразования в процессе восстановительной термической обработки металла трубопроводов.
На фиг.1 схематически показана схема проведения восстановительной термической обработки металла трубопровода при параллельной установке дополнительного вентилятора; на фиг.2 схематически показана схема проведения восстановительной термической обработки металла трубопровода при последовательной установке дополнительного вентилятора.
На чертежах показаны участок восстанавливаемого трубопровода 1, с фланцами 2, индукционный нагреватель 3, охлаждающий блок 4, средства подключения охлаждающего блока к восстанавливаемому участку
трубопровода, выполненные в виде трубопроводов 5 (диаметром не менее 273 мм), выполненных из термостойкого материала (предпочтительно, металла), подключенных, на вход 6 и выход 7 охлаждающего блока 4. Свободные концы трубопроводов 5 снабжены фланцами 8 с уплотнениями (на чертежах не показаны). Фланцевое соединение должно обеспечить герметичность. Допускается применение резинового уплотнения. Конструкция и размеры фланца, согласуются по месту. Охлаждающий блок 4 содержит теплообменник 9, установленный последовательно с ним вентилятор 10, генератор защитной атмосферы 11, содержащий горелку 12, снабженную регуляторами 13 и 14, соответственно, подачи воздуха и топлива, форсунка 15 которой размещена в газосмесительной камере 16, полость которой подключена параллельно вентилятору 10. Дополнительный вентилятор 17 устанавливают параллельно или последовательно вентилятору 10, в зависимости от конкретных условий работы и рабочих характеристик вентиляторов, имеющихся в распоряжении. Его целесообразно использовать в том случае, когда параметры восстанавливаемых трубопроводов различаются настолько сильно, что глубина регулирования расхода воздуха, обеспечиваемая шиберной заслонкой 18, не может быть достигнута при использовании одного вентилятора.
В качестве вентиляторов 10 и 17 могут быть использованы вентиляторы известной конструкции, например, типа Ц-07-11,5-45 (Q  13 000 , п  3000 об/мин, N  16,8 кВт). В качестве генератора защитной атмосферы 11 используют устройство обеспечивающее сжигание углеводородного топлива в условиях недостатка воздуха, позволяющее создать атмосферу (СО + СО2 + Н2О + Н2) с пониженной концентрацией свободного кислорода.
В качестве теплообменника 9 используют водогазовый теплообменник
индукционный нагреватель 3, выполненный в виде неподвижного индуктора (длина нагреваемых участков 3 - 6 м). Контроль и регулировку газового потока осуществляют с помощью запорной и регулирующей арматуры и стандартных измерительных приборов (на чертежах не показаны).
Заявленное устройство работает следующим образом.
Вначале проводят подготовительные работы, связанные с опорноподвесной системой трубопровода (паропровода), подлежащего восстановительной термической обработке:
отключают трубопровод от работающего оборудования и трубопроводов, при этом, до начала работ трубопровод должен быть обеспарен, все дренажи и байпасы на обрабатываемом участке 1 должны быть обрезаны с целью исключения заброса в него конденсата из коллектора дренажей;
-перед снятием изоляции с паропровода устанавливают стяжки (на чертежах не показаны) на штатных пружинах подвесок обрабатываемого участка 1 (при их установке температура металла паропровода не должна превышать 50 °С;
-снимают теплоизоляцию со всего обрабатываемого участка 1;
-устанавливают временные опоры под обрабатываемый участок 1, после чего демонтируют хомуты штатных опор.
- стыкуют фланцы 8 трубопроводов 5 охлаждающего блока 4 с фланцами 2 участка восстанавливаемого трубопровода 1 обрабатываемого участка (направление движения газового потока роли не играет и выбирается исходя из удобства монтажа трубопроводов и расположения оборудования), тем самым, единый замкнутый контур, включающий охлаждающий блок 4.
-на трубопроводе 5, вблизи шиберной заслонки 18, вваривают патрубок длинной 100 мм диаметром 18 мм (на чертежах не показан), который нужен для проведения опрессовки единого замкнутого контура и для отбора защитной атмосферы на анализ.
Затем обеспечивают заполнение единого замкнутого контура защитной атмосферой, для чего вытесняют воздух из внутреннего объема труб с помощью продуктов сжигания топлива в горелке 12. Для сжигания топлива оптимально использовать (на первом этапе) воздух изнутри единого замкнутого контура, а в дальнейшем промывать его газами, образующимися при сжигании топлива в газосмесительной камере 16, в режиме недостатка кислорода. Топливо сгорает в нагретом объеме или в горелке, оборудованной соответствующими контрольными и регулирующими приспособлениями (на чертежах не показаны), обеспечивающими необходимый режим сгорания и безопасность ее работы.
На связывание 1 кг кислорода требуется 0,37 кг углерода или 0,12 кг водорода (при работе по созданию необходимой защитной атмосферы наиболее рационально, для оценки парциального давления кислорода, использовать электрохимический твердоэлектролитный датчик, который представляет собой вакз мно-плотную керамику из оксидов циркония и иттрия, разделяющую измеряемую газовую среду и эталонную (обычно воздух), при этом, градиент потенциала кислорода (Ро2) по обе стенки электролита рождает разность электрических потенциалов, который легко оценить). После заполнения единого замкнутого контура защитной атмосферой, начинают нагрев обрабатываемого участка 1.
Режим нагрева и число циклов назначаются согласно руководящих указаний по восстановительной термической обработке (при этом температура нагрева варьирует в пределах 950 - 1080 С).
После завершения процесса нагрева включают в работу охлаждающий блок 4. Регулирование скорости охлаждения производится изменением расхода газа с помощью шиберной заслонки 18 и/или включением или выключением дополнительного вентилятора 17.
При следующем цикле нагрева все повторяется.
металл компонентов в активном состоянии в газовой и твердой фазах и также экранирующего действия исходной оксидной пленки (толщина оксидной пленки на полированной поверхности контрольных образцов, помещенных в зону обработки, менее 0,1 мм. Степень обезуглероживания поверхностного слоя металла внутри труб уменьщается на 60 - 50% относительно металла внещней поверхности, находивщегося в контакте с воздухом).
Таким образом, предлагаемое устройство способно:
-обеспечить оптимальные скорости охлаждения металла;
-получить высокое качество восстановления металла;
-снизить толщину оксидной пленки и глубину обезуглероженного слоя в 3-3,5 раза.
Авторы-заявители 10.11.03г.
Черныщев В.Г.
Горнов Д.А.
Киосов А.Д.
- Худоложкин В.О.
Звонарев М.И.