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        北京物流信息聯盟

        高頻焊管生產線水(乳化液)系統管理方法

        悅優薈 2021-07-24 07:24:07

        高頻焊管生產線水(乳化液)系統管理方法

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        在高頻焊管生產線中, 水(乳化液)作為不可缺少的介質和資源被大量使用, 其用途主要有以下幾個方面:

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        (1)粗成型輥、精成型輥、擠壓輥等軋輥與管坯之間的潤滑與冷卻;

        (2)鋼管或焊縫熱處理水冷介質;

        (3)內外毛刺切削、飛剪切削、切管平頭切削等的切割液;

        (4)鋼管內/外沖洗;

        (5)液壓站油液冷卻介質;

        (6)檢測設備(如超聲波)的耦合劑;

        (7)鋼管水壓機用循環水;

        (8)高中頻機內部循環冷卻水等。

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        水(乳化液)系統的管理對于HFW焊管生產線的運行具有非常大的影響, 但實際情況是并非每個焊管生產企業都具有這樣的意識, 而其管理的懈怠往往會造成如下的后果:

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        ①成型設備(主要是成型軋輥)的異常磨損和壽命的大幅下降;

        ②設備因冷卻潤滑不足而損壞, 造成頻繁停機;

        ③鋼管直度難以調整, 造成大量廢品或因矯直而影響生產效率;

        ④供水系統(管道)及設備內部管道的腐蝕和損壞;

        ⑤長期接觸水的設備加速腐蝕(包括對設備基準面的破壞)以及由此引起的二次事故(如軸承內干油的流失);

        ⑥因水質的惡化而造成高昂的處理成本(廢水處理成本遠高于油劑的購買成本)。

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        在上述水(乳化液)的8 項用途中, 除(5)一般使用自來水, (6)、(8)通常使用軟化水外, 其余(1)、(2)、(3)、(4)、(7)則使用乳化液。乳化液可以形成供給、回收、過濾、冷卻再供給的完整系統。筆者主要探討和分析乳化液的管理方法。

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        1 ?乳化液簡介

        乳化液是水溶性成型油劑的水溶液, 一般又分為可溶解乳化液(soluble)和乳狀乳化液(emulsion)兩大類,

        其在成分組成上基本相同, 但比例上有較大的區別。一般而言, 可溶解乳化液在冷卻性能、防腐性能、去

        污性能方面優于乳狀乳化液, 而在潤滑性能上乳狀乳化液則具有優勢。純凈的乳化液自身不會劣化, 但在

        現場使用環境中,有些因素會引起或促進乳化液的劣化, 主要因素見表1

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        表1 乳化液的主要影響因素分析

        上述因素對乳化液造成的綜合影響是:

        ①成形油劑的濃度下降, 阻礙成形油劑各種性能的發揮;

        ②水溶液pH值降低易造成腐化和生銹的環境;

        ③水硬度、磷酸根離子(PO3 -4 )、氯離子(Cl-)、硫酸根離子(SO2 -4 )和細菌數量的上升易引起腐化和生銹。

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        2 乳化液的管理

        乳化液的日常管理項目可分為質量管理、流量管理以及溫度管理。

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        2.1 乳化液的質量管理

        乳化液日常管理不善, 不僅不能發揮應有的作用, 反而還會起到影響生產、損壞設備、增加運行成本和破壞環境等反面效果。日常管理的目的是為了盡可能長地延續乳化液的使用壽命, 其使用要領有以下幾個方面:


        (1)根據當地稀釋液的原始水質和使用環境選擇合適的乳化液濃度。原則上水溶液中的油劑濃度越高, 腐化和生銹等現象越不容易發生, 但是過高的濃度會使成本提高。因此, 首先要獲得當地水質的信息, 由供貨商進行必要的試驗后, 確定合適的濃度(1.5% ~5.0%)。

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        (2)實施日常的濃度與pH值測量。初始設定的濃度與pH值由于前述的種種原因, 在使用過程中會逐漸下降。因而, 日常的測量制度是“防范于未然”管理體系的基礎。

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        (3)正確進行補液、稀釋、更液。當發現濃度下降到某一設定標準時, 必定要補充原液(成形油劑);使用過程中乳化液因蒸發和流失等原因,必定也要定期補充新的水溶液;經過長期使用后也需要對乳化液進行整體更換。在進行這些操作時, 其方法是否得當, 會大大影響乳化液的使用效果和使用壽命。正確的方法最終需要在供貨商的指導下確定, 在此簡要介紹通常的相關知識。

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        補液:

        ①根據測得的當前乳化液的濃度以及需要補充的量, 計算出補充液的濃度;

        ②按該濃度先調配出均勻的補充液, 然后再將補充液放入供給系統中;

        ③正確的補液方法是每天均勻地進行定量的補充, 使乳化液的總量和濃度始終處于滿足使用要求的狀態。務必避免以集中性的補充代替日常細水長流的補充;只單獨補充稀釋水;只單獨補充原液。

        上述的這3種補液方法容易破壞乳化液的穩定性, 同時也給微生物的繁殖提供了機會, 結果大大縮短了乳化液的壽命。

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        稀釋(配液):

        ①先在容器中投入水, 然后再慢慢地投入原液。這是因為原液的比重大于水,先投入原液會沉淀在底部而不容易形成均勻的水溶液。

        ②原液投入稀釋水中后馬上進行攪拌, 以形成均勻的水溶液, 避免部分原液始終處于沉淀狀態。


        更液:

        現場的經驗表明, 更液時只是簡單地抽取舊液后馬上放入新液, 則新液的使用壽命極短。

        正確的做法是抽取舊液后, 先對機械和各類容器進行去污和殺菌, 然后再清洗溝道和液池, 最后再投入新液。


        (4)連續停機較長時應添加適量防腐劑。


        (5)控制乳化液溫度。細菌的繁殖與溫度有很大關系。試驗結果表明, 溫度從10 ℃上升到25 ℃時, 細菌數量會增加到原來的100 倍左右,上升到35 ℃時則增加到原來的10 000倍。因此乳化液一般在2 ~ 27 ℃為宜。


        (6)配置乳化液時應注意水的硬度數值。硬度即每升水中所含硬度礦物質質量, 水的硬度一般在(100 ~ 200)×106 間為宜, 硬度過大的水影響乳化液的穩定性和防銹性, 春夏季節還會加快細菌的繁殖, 見表2。

        表2 春夏季節細菌繁殖情況


        (7)確立定期的水質檢查制度。當發現水質等出現異常時, 及時與供貨商聯系并采取有效措施。


        乳化液管理可分兩大類:上述(2)、(3)、(4)、(5)屬于自主管理項目, 而(1)、(6)則是配合供貨商實施的項目。在此需要強調的是, 乳化液的管理涉及到很多的專業知識和經驗, 沒有供貨商的指導和長期合作是難以實現的。選擇乳化液供貨商時, 除了技術和價格之外, 一個重大原則是能否提供技術指導和良好的售后服務。據調查, 在日本不提供技術指導和售后服務的乳化液供貨商是不被采用的。

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        2.2 乳化液的流量管理

        供給系統的總體和局部流量的保證, 一般不需要進行日常專門的管理、改進或維護。但是, 對關鍵的潤滑點和冷卻點的日常管理、改進與維護,則與鋼管的生產和產品質量有密切的關系。

        在通常的生產線上, 以成型機組為中心, 有以下關鍵的潤滑點和冷卻點需要進行日常管理。

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        2.2.1 成型軋輥

        幾乎所有的成型軋輥都需要在使用時進行充分的潤滑和冷卻, 除了個別生產速度極低的機組,軋輥與帶鋼之間一般都存在著較大的速度差。這種速度差所引起的相對滑動, 是造成軋輥磨損和產品表面質量問題的主要原因之一, 而相對滑動界面上的摩擦力大小, 和相對滑動面的冷卻問題也是影響因素。相對滑動時的摩擦熱量如果不被及時帶走, 則軋輥表面的溫度會逐漸升高, 從而使軋輥的耐磨性下降。而乳化液的正確使用可以降低帶鋼與軋輥間的摩擦系數, 并帶走摩擦所產生的熱量。因此, 乳化液的這些功效是否得到充分發揮, 對軋輥的使用壽命具有非常大的影響。

        在所有的軋輥之中, 對于諸如輥成型中的公用軋輥的潤滑和冷卻更是至關重要。公用軋輥與每次按產品尺寸而更換的一般軋輥相比, 除了在使用時間上有較大差別之外, 其修磨作業更繁瑣和費時, 而且修磨往往需要停產。因此, 如何盡可能地減輕磨損和降低修磨頻次, 是這類軋輥的技術關鍵。

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        在實際生產中, 經常出現的問題是:

        ①乳化液噴嘴流量不足。造成的原因有局部供給系統的壓降不均等設計上的問題, 更有乳化液內的污染造成管道堵塞等日常管理上的問題。

        ②噴嘴的偏位。即使流量足夠, 但如果乳化液沒有噴射到需要潤滑和冷卻的相對滑動界面上, 就不能起到應有的作用。噴嘴的偏位有時是因為一開始噴嘴的位置或方向設定不正確, 但更多的是因為噴嘴受各種碰撞而改變了原來的位置或方向。

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        無論是上述哪種現象, 其結果都是乳化液沒有充分到達應該到達的地方, 使軋輥處于干摩擦的狀態。因此,每次開機前, 操作人員都應該逐個檢查噴嘴的流量、位置和方向, 校正噴嘴的偏位,確保足夠流量的乳化液被噴射在需要潤滑和冷卻的軋輥部位。

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        2.2.2 焊接擠壓輥

        與一般的成型軋輥相比, 焊接擠壓輥除了通常的磨損以外, 還經受焊接熱量的影響。其中最靠近焊縫的上擠壓輥的使用狀態和壽命受冷卻效果制約, 是特別需要管理的冷卻點。

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        上擠壓輥的特殊之處在于該軋輥內邊緣部直接與高溫的焊縫區接觸, 而且在制造高質量石油鋼管(套管、輸送管)產品時, 應對上擠壓輥進行有效的冷卻,防止乳化液直接噴射到焊接中的焊縫上, 否則會引起種種焊接質量問題。

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        冷卻不良導致的結果是:

        ①上擠壓輥內邊緣易出現細微裂紋和剝落;

        ②熱量傳到軋輥的軸承內部, 使潤滑油脂變質失效, 軸承壽命急劇下降,嚴重影響正常生產。

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        由于上述問題的根源在于熱量, 因此冷卻依然是解決問題的根本。生產現場的實踐證明, 要兼顧焊縫的焊接質量與冷卻的充分性, 首先要改變在機架入口一側噴射乳化液的傳統做法, 而將噴射點設置在機架出口一側,以解決乳化液影響焊接質量的問題。其次, 在噴嘴的設置上充分考慮冷卻部位的準確性和流量的充足性, 保證足夠流量的乳化液噴射到上擠壓輥的內邊緣部。

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        2.2.3 焊縫導向輥的冷卻

        焊縫導向輥由于其用途和使用位置的特殊性, 也是關鍵的冷卻點。該軋輥是除焊接擠壓輥以外最接近焊接點的軋輥, 而且軋輥內部具有低熔點的絕緣體。由于絕緣體的存在, 一般不會出現鋼管上的高頻電流流過導向輥的現象。但是由于該輥非??拷袘€圈(或接觸腳), 空間的磁力線在其表面發生感應電流。該電流所產生的熱量如果沒有通過冷卻液被及時帶走,當溫度達到絕緣體的失效溫度時, 部分焊接電流直接流過導向輥,加熱導向輥, 造成導向輥及其軸承等部位的損壞。

        關鍵是如何通過冷卻液將導向輥的溫度始終控制在失效溫度以下。有效的對策是在導向輥機架配備專用的冷卻液回路, 確保冷卻液流量和防止噴嘴偏位?,F場較常見的是隨手從旁邊的成型機架處拉過一兩根乳化液軟管。這種做法既不能確保流量, 噴嘴偏位也容易發生, 常常是導向輥損壞的原因。

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        2.2.4 阻抗器的冷卻

        阻抗器直接影響焊縫加熱的效率, 確保阻抗器內鐵素體(磁棒)的溫度穩定地處在失效溫度以下, 是獲得良好焊接質量的必要條件之一。為此, 一般需要使用大量的乳化液對工作中的阻抗器進行冷卻。對該處的冷卻管理不善, 除了焊接質量不穩定外, 還會造成磁棒的頻繁更換甚至阻抗器的損壞, 成為影響正常生產的主要原因之一。

        消除上述問題的關鍵是阻抗器冷卻系統的合理設計以及實際生產時乳化液流量和溫度的合理設定, 而后者是屬于日常管理的范圍。通常, 需要對進出阻抗器的乳化液流量和溫度進行實時監測, 并設置異常報警功能。

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        2.2.5 高頻焊接線圈或接觸腳的冷卻

        感應焊接的情況下, 感應線圈也需要冷卻降溫, 但冷卻程度對焊接沒有直接影響, 一般按設備廠家的大致要求提供自我保護的水量即可。但是在接觸焊的情況下, 對焊腳的冷卻與焊接質量有直接關系。接觸焊中出現的產品表面質量問題和電極壽命過短問題等, 常常被誤解為電極與鋼管表面之間的摩擦問題, 但實際上卻是電極的冷卻不足造成的。除了接觸腳內部冷卻回路的合理設計之外, 保證提供所需乳化液的流量和溫度是關鍵的要領。

        在條件允許的情況下, 對接觸腳冷卻回路入口、出口的水溫和流量的自動監測和報警, 能夠大大方便日常的管理。在沒有條件的情況下, 操作人員至少應定時檢查出口處的水溫。

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        2.2.6 水冷裝置

        水冷裝置以保證焊縫區的溫度≤200 ℃為主要目的, 并使鋼管圓周方向上各個部分的溫度均勻并接近室溫。

        溫度分布不均所帶來的一個直接影響, 就是矯直后鋼管彎曲且直度差。

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        水冷裝置內的整體流量所引起的問題并不多見, 但因冷卻方式的不合理而造成鋼管直度問題的情況較多。

        出現直度問題時, 通常想到的原因可能是焊縫區冷卻不足, 但在使用焊縫熱處理工藝的生產線上, 應該注意的是溫度差并非局限于焊縫區高于其他部位的這一種模式。一種較多見的現象是, 積蓄在鋼管內部的乳化液在經過焊縫熱處理區域時被加熱到高溫(甚至是沸騰的溫度), 使鋼管的底部始終處于較高的溫度。一般的水冷裝置是對焊縫區配置了較多的乳化液噴嘴, 而針對鋼管底部的噴嘴往往很少, 甚至不配置。因此, 經過水冷區后焊縫區與鋼管底部的溫度差發生逆轉。

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        有關流量管理需要注意的一點是, 大多數情況下日常管理要防范的是流量不足的問題, 但也絕非一定是流量越大越好。最典型的事例是, 鋼管內的冷卻液過多往往會造成:

        ①焊接點浸泡在水中, 嚴重影響焊接質量;

        ②在焊縫熱處理中頻機區域被加熱, 不僅浪費能源, 還會因鋼管內蒸汽的增加而造成乳化液向焊接點的回流, 大大增加冷焊的幾率, 同時也易造成上述鋼管直度的問題;

        ③影響鋸切機的鋸片使用壽命。

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        發生上述問題時的對策:

        ①對鋼管內部乳化液積累有較大影響的潤滑/冷卻點的流量合理控制, 在保證潤滑冷卻效果的前提下, 盡可能減少進入鋼管內的乳化液量;

        ②將阻抗器的冷卻水及時引到鋼管外部排放;

        ③使用抽水泵在粗成型段抽取鋼管內的乳化液。

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        2.3 溫度管理

        使用乳化液的最主要目的是冷卻, 而冷卻效果與供給的乳化液溫度有直接關系。一般而言,冷卻效果(即同樣流量的乳化液所能吸收和帶走的熱量)隨乳化液溫度的增加而減少, 特別是其溫度達到32 ℃以上后, 冷卻效果出現明顯下降。為此, 供貨商一般都要求工廠所提供的冷卻水的溫度在32 ℃以下。

        根據經驗, 乳化液經過使用后, 其溫度一般要上升5~ 10 ℃。尤其在夏天, 要保持32 ℃以下的溫度并非易事。因乳化液溫度過高而影響正常生產的現象在HFW生產線現場很常見。

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        溫度管理一般分以下兩個部分:

        2.3.1 乳化液溫度的管理

        在自然冷卻的情況下, 供水源的水溫與整體的蓄水量有關。整體蓄水量越少, 循環使用的次數就越多, 乳化液的溫度就容易不停地上升。配有冷卻裝置的情況下, 供水源的溫度主要受冷卻裝置的能力影響。不少工廠為了節省資金, 常常采用增大整體蓄水量的辦法來省略冷卻裝置, 但這種做法在夏天的氣候環境中不起作用。從實際現場的情況來看, 冷卻裝置的省略經常會造成無法解決乳化液溫度升高的問題。

        乳化液溫度測量等可以與乳化液的質量管理同時進行。

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        2.3.2 特殊裝置水(乳化液)的溫度管理

        需要特殊管理的關鍵冷卻點是阻抗器和高頻焊機、中頻熱處理機內循環水及高頻焊機的接觸腳。目的在于保證裝置在正常運行中所產生的熱量能被冷卻液有效帶走, 使設備的主要元器件工作在正常溫度范圍內, 控制好這些設備或元器件的工作溫度對生產線的連續運轉非常有利。

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        3 結 論

        (1)應重視乳化液在HFW鋼管生產中的作用, 將其與質量管理、環保、節能降耗等結合起來,配備必要的人員/裝置/監測工具, 實施長期有效的日常管理, 把它們作為企業技術管理的一項重要內容和項目, 這將使HFW生產線有一個長期有效的良好回報。

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        (2)與HFW焊管生產線的乳化液相關的很多問題具有很強的現場性, 應該發揮主觀能動性,采取相應措施, 使乳化液真正發揮積極作用。

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        (3)建議國內HFW焊管生產線管理者結合自身實際, 學習、完善并及時改進水(乳化液)的質量、流量、溫度管理環節, 使HFW焊管生產線的管理水平達到一個新的高度。

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        作者:孚瑞特石油裝備有限責任公司華銳石油鋼管有限公司-劉法濤

        數據來源:互聯網