скрыть подразделы

Главная страница » Экономия энергоносителей при термическом упрощении обсадных труб на основе модернизации устройств закалочного охлаждения


Экономия энергоносителей при термическом упрощении обсадных труб на основе модернизации устройств закалочного охлаждения

Характеристика оборудования для закалки труб на базовом предприятии

Для осуществления закалки трубы охлаждают в струйном спрейере. На участке охлаждения установлены 3 секции спрейера. Длина каждой секции составляет 1 м. Между секциями спрейера расположены колесные пары, шаг которых составляет 1500 мм. На рис.1 представлена схема спрейера заводской конструкции, который использовался для охлаждения труб. Наружный кольцевой коллектор имеет диаметр 830 мм, внутренний – 700 мм. В каждый из десяти продольных коллекторов внутренним диаметром 28 мм вварено по 12 сопел диаметром 8 мм, установленных под углом 45° к оси трубы. Шаг установки сопел – 80 мм.

Закалка заготовок для муфт на обсадные трубы проводится при работе всех секций спрейера, при охлаждении обсадных труб допускается отключение третьей секции спрейера. Исходя из этого, активная зона охлаждения изменяется от 4 метров – для заготовок под муфты, до 2,5 м – для обсадных труб. Охлаждение труб производится при давлении 0,6…0,8 МПа, которое обеспечивается работой водяного насоса. Расход воды при этом составляет: для охлаждения заготовок под муфты – около 1200 м³/ч, обсадных труб – около 800 м³/ч.

Рис.1 Схема водяного струйного спрейера заводской конструкции

Используемое на участке охлаждения оборудование базового предприятия для закалки труб весьма несовершенно, подвод воды к охлаждаемым трубам осуществляется сплошными струями с динамическим контактом струи с охлаждаемой поверхностью только в сравнительно узкой зоне, определяемой площадью проекции сечения струи на охладаемую поверхность трубы с последующим растеканием охладителя по поверхности. Это приводит к недостаточной интенсивности охлаждения несмотря на сравнительно высокую скорость истечения струй и большой суммарный и удельный расход воды.

Разработка конструкций новых типов охлаждающих устройств

Новый способ охлаждения должен был обеспечить получение диспергированных потоков воды. Охлаждение диспергированными потоками воды по сравнению с охлаждением сплошными струями имеет следующие преимущества. Прежде всего, уменьшается термодинамическая устойчивость воды против испарения вследствие диспергирования потока охладителя на капли малого объема с большим радиусом кривизны поверхности раздела вода - воздух. Поэтому даже при одинаковом времени контакта сплошной струи и диспергированного потока с охлаждаемой поверхностью  во втором случае большее количество воды успевает превратиться в пар, что естественно резко увеличивает интенсивность отбора тепла. Отрицательное воздействие возникающего пара здесь сводится к минимуму, поскольку постоянно поступающие в очаг охлаждения новые «массивы» капелек имеют достаточно высокую кинетическую энергию и разрывают паровую рубашку. Вторым преимуществом охлаждения диспергированными потоками является дополнительная возможность регулирования интенсивности охлаждения не только за счет расхода охладителя и его кинетической энергии (скорости истечения), но и за счет изменения степени диспергирования  размера капель охладителя. Третьим преимуществом рассматриваемого способа является сравнительная простота, с которой можно обеспечить достаточно большую площадь поверхности контакта единичного потока с охлаждаемой поверхностью, что с одной стороны увеличивает, естественно, равномерность охлаждения, а с другой существенно уменьшает количество устройств, формирующих поток охладителя и направляющих его на охлаждаемую поверхность.

В качестве закалочного устройства, формирующего диспергированные потоки воды, разработали систему форсуночных спрейеров оригинальной конструкции, схема которой показана на рис.2.

Рис.2. Общий вид новой системы охлаждения для термического упрочнения обсадных труб

а – со щелевым спрейером;

б – система форсуночных спрейеров;

1, 2, 3, 4 – форсуночные спрейера; 5 – упрочняемая труба; 6 – подводящие патрубки; 7 – манометр; 8 – вентиль; 9 – коллектор;10 – центробежные форсунки

В охлаждающих устройствах для металлопродукции вообще и для труб в частности, само устройство и узлы его, формирующие поток охладителя, как правило, неподвижны, в то время как охлаждаемое изделие находится в поступательном, возвратно-поступательном или поступательно-вращательном движении. Если одномоментно создать условия для перемещения охлаждающего устройства по определенной траектории относительно охлаждаемого изделия, то появятся новые возможности для увеличения как интенсивности охлаждения за счет появления дополнительной составляющей скорости потока охладителя относительно охлаждаемой поверхности, так и более тонкой и менее инерционной регулировки указанной интенсивности за счет той же дополнительной составляющей скорости, а также  для увеличения равномерности охлаждения благодаря большему усреднению потока охладителя по охлаждаемой поверхности. Для случая ускоренного охлаждения труб, как тел вращения, естественной траекторией движения охлаждающего устройства относительно охлаждаемой поверхности является круговая траектория, создаваемая вращением осесимметричного охлаждающего устройства вокруг охлаждаемой трубы, причем осью вращения устройства (и трубы, если она вращается) должна быть продольная ось симметрии трубы. Здесь следует подчеркнуть, что частота вращения спрейера вследствие возникновения центробежных сил должна оказывать влияние и на формирование окончательной ориентации потока охладителя, определенной скоростью истечения (давлением воды), ориентацией выходного отверстия узла, формирующего поток охладителя относительно охлаждаемой поверхности и кинетической энергией создаваемой центробежными силами вследствие вращения спрейера с определенной частотой. Если спрейер неподвижен, а труба, проходящая через спрейер находится в поступательно-вращательном движении, то элементы поверхности трубы движутся по своеобразной спирали, расстояние между витками которой при данной скорости поступательного движения определяется частотой вращения трубы. «Витки спирали» будут тем ближе друг к другу и тем выше, при прочих равных условиях, равномерность охлаждения, чем выше частота вращения трубы. Это вполне подтверждается практикой термического упрочнения труб: вращение труб начинает заметно сказываться на равномерности охлаждения, только начиная с определенной частоты вращения. Однако, вращение труб с большой частотой наталкивается на значительные технологические трудности, особенно для длинномерных труб с повышенной массой погонного метра: при высоких частотах вращения таких труб возникает повышенное биение охлаждаемого изделия вследствие всегда имеющих место отклонений по геометрии. Поэтому предельные используемые частоты вращения труб не превышают 30…40 об/мин. В то же время частота вращения спрейера при тщательном механическом изготовлении его узлов практически не ограничена и может на порядок и более превосходить отмеченную выше предельную частоту вращения трубы. Поэтому, охлаждая трубы с помощью вращающегося спрейера, можно сделать «витки спирали» более плотными и тем самым заметно повысить равномерность охлаждения. Кроме того, использование вращающегося спрейера обеспечивает оптимальную конфигурацию потока охладителя и регулирование скорости его перемещения относительно охлаждаемой поверхности не за счет изменения давления воды (инерционной гидравлической системы), а за счет изменения частоты вращения камеры охлаждения (менее инерционной и легко регулируемой механической системы). Вращающийся спрейер разработанной конструкции позволял изменять таким образом скорость потока охладителя относительно поверхности трубы в интервале 1…10 м/с, т.е. именно в том интервале этого параметра охладителя, в котором его влияние на скорость охлаждения наиболее существенно.

Результаты использования в производстве закалочных устройств различных типов

Использование систем форсуночных спрейеров и вращающегося спрейера для термического упрочнения обсадных труб в условиях действующего производства базового предприятия показало, что новые закалочные устройства стабильно обеспечивают получение свойств групп прочности «Е» и «Л» по соответствующим стандартам. При этом, как показывают рис. 3  5, новые системы закалочного охлаждения уменьшают разброс значений механических характеристик в пределах партии по сравнению с ранее используемой на базовом предприятии технологией закалочного охлаждения. Это подтверждает реализацию повышения интенсивности и равномерности охлаждения при внедрении закалочных устройств новых типов.



Рис.3. Частотные кривые распределения значений стандартных механических характеристик ( а – предела текучести, б – предела прочности,

в – удлинения), упрочненных на группу прочности Е струйными спрейерами при Р = 0,6 МПа (1), форсуночными спрейерами при Р = 0,3 МПа (2)

Рис.4. Соотношение между пределом текучести и относительным удлинением металла обсадных труб, упрочненных на группу прочности Л

1 – струйными спрейерами при Р = 0,6…0,7 МПа;

2 – форсуночными спрейерами при Р=0,3…0,4 МПа

Рис.5. Соотношение между пределом прочности и относительным удлинением металла обсадных труб, упрочненных на группу прочности Л по режиму двойной обработки

1 – струйными спрейерами при Р=0,6…0,7 МПа;

2 – форсуночными спрейерами при Р=0,3…0,4 МПа

Данные в таблице 1 сравнительной эффективности закалочных устройств использованных типов непосредственно свидетельствуют о достигаемой существенной интенсификации охлаждения с переходом к новым конструкциям закалочных устройств. Особо необходимо подчеркнуть, что интенсификация охлаждения труб обеспечивается при весьма значительном (в несколько раз!) уменьшении расхода охладителя, плотности орошения, а также снижения давления в гидравлической системе.

Таблица 1

Сравнительная эффективность использования типов охлаждающих устройств при закалке обсадных труб

Тип охлаждающего устройства

Типоразмер труб, мм

Давление в подв. сети, МПа

Расход воды, м³/ч

Плотность орошения, м³/ч·м²

Длина участка охлаждени, м

Среднемассовая скорость охлаждения, °С

Струйный спрейер

168х8

0,6

800

600

3,0

25

Форсуночный спрейер с неподвижной камерой охлаждения

168х8

0,3 - 0,4

230

430

1,5

50

Форсуночный спрейер с вращающейся камерой охлаждения

146х10

≤0,15

35

110

0,7

70

Получаемые эффекты связаны с увеличением степени использования меньшей секундной массы охладителя путем увеличения теплосъема за счет парообразования и увеличения скорости движения потока воды относительно охлаждаемой поверхности.

Выводы

1. На примере закалочного охлаждения нестационарным охладителем при термическом упрочнении труб нефтяного сортамента в поточных линиях показана принципиальная важность диспергирования такого охладителя, формирования оптимальной геометрии потоков охладителя и увеличения скорости движения этих потоков относительно охлаждаемой поверхности.

2. Использование новых типов охлаждающих устройств, обеспечивающих выполнение положений п.1, дает существенный эффект повышения интенсивности и равномерности закалочного охлаждения при одновременном значительном (в несколько раз) снижении

расхода воды, уменьшении ее давления и существенном сокращении длины участка закалочного охлаждения.

3. Новые типы устройств для закалочного охлаждения при указанных вышеих технико-экономических преимуществах стабильно гарантируют выполнение требований действующих стандартов по группам прочности Е и Л с увеличением однородности механических свойств труб в пределах партии.

УДК 621.78.061:621.753.5:001.2

Экономия энергоносителя при термическом упрочнении обсадных труб на основе модернизации устройств закалочного охлаждения / Гуль Ю.П., Чмелева В.С. // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. трудов. Вып. ?? ч.??. -

Дн-вск., ПГАСА, 2009.- C.???? табл.???.- рис.???. - Библиогр.:(???? назв.)

На примере термического упрочнения обсадных труб в производственных условиях показана реализация повышения интенсивности и равномерности закалочного охлаждения при использовании закалочных устройств, обеспечивающих охлаждение труб диспергированными потоками воды при оптимизации формирования этих потоков относительно охлаждаемой поверхности и повышения их скорости более 1 м/с. Указанные эффекты достигаются при уменьшении расхода воды в 4…20 раз, плотности орошения в 1,5…5 раз по сравнению с базовым вариантом.

Просмотров: 3336    Создан: 2012-08-13    Источник: Трубные технологии

Оцените статью: 1 2 3 4 5


Система Orphus