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石化容器制造應(yīng)用到感應(yīng)加熱控制板

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石化容器制造應(yīng)用到感應(yīng)加熱控制板

發(fā)布日期:2019-07-20 作者: 點擊:

感應(yīng)加熱控制板在石化容器制造中的應(yīng)用

 

2.1設(shè)備簡介


目前在石化容器的制造中被廣泛使用的感應(yīng)加熱設(shè)備為中頻逆變感應(yīng)加熱設(shè)備,設(shè)備由電源和感應(yīng)加熱電纜組成,電源采用 IGBT 模塊設(shè)計,并采用 DSP 全數(shù)字式精確控制,全空冷結(jié)構(gòu)降低了系統(tǒng)損耗,并徹底消除了來自水系統(tǒng)的故障,完善的限制保護措施使得設(shè)備在各種工況下保持連續(xù)安全運行;無極性電力電容提高了設(shè)備的壽命和安全運行能力;直流側(cè)斬波電路有效提高了設(shè)備功率因數(shù)、減少輸出諧波,因此設(shè)備具有可靠性高、效率高、功率因數(shù)高的顯著特點。


  

2.2設(shè)備應(yīng)用


我公司在 2010 年的某容器的制造中使用了中頻感應(yīng)加熱設(shè)備,電源有 80 kW 和 160 kW 兩種,80 kW為單體式的,如圖 1 所示,160 kW 為分體式的,如圖 2所示。采用 80 kW 設(shè)備在規(guī)格為  1 800 mm ×80 mm的產(chǎn)品上進行焊前預熱加熱試驗,加熱范圍為 200 mm寬,加熱電纜在筒身外壁布置,在 1 h 內(nèi)產(chǎn)品內(nèi)壁加熱到 230 ℃,內(nèi)外壁最大溫差在 30 ℃以內(nèi),完全滿足預熱的工藝要求。采用160 kW 設(shè)備對筒身規(guī)格為  2 100 mm ×100mm 產(chǎn)品環(huán)縫進行焊后局部熱處理試驗,焊縫每側(cè)的加熱寬度均為 200 mm,在筒身外壁上下左右布置了 4 支熱電偶,在筒身內(nèi)壁上部位置布置了 1 支熱電偶。試驗按照如下工藝進行,以180 ℃ /h 升溫到400 ℃,以50℃ /h 升溫到 470 ~ 500 ℃,在 470 ~ 500 ℃ 保溫 1h,以65 ℃ /h 降溫到 400 ℃,400 ℃以下自由降溫。熱處理工藝曲線見圖 3。試驗過程顯示,該設(shè)備可以按照工藝要求進行熱處理工藝參數(shù)的設(shè)定,設(shè)備操作方便、安全,在壁厚方向上的溫差在 30 ℃以內(nèi),完全滿足熱處理工藝的要求。目前,160 KW 中頻感應(yīng)用技術(shù)加熱設(shè)備已經(jīng)用于我公司大型容器的焊前預熱和焊后消氫處理的加熱,達到了預期的加熱效果。


3經(jīng)濟性分析


中頻感應(yīng)加熱從加熱效果和工藝的符合性上都具有明顯優(yōu)勢,下面以規(guī)格為 457 mm × 84 mm 的合金鋼管道環(huán)縫預熱為例,進行經(jīng)濟性分析,見表 1。焊接預熱、后熱及消氫處理的總成本由人工費用,能源消耗,設(shè)備消耗,生產(chǎn)效率等多項費用構(gòu)成。



計算數(shù)據(jù):焊縫每側(cè)加熱寬度均為 252 mm,則加熱金屬重量 W =390 kg,室溫 T 1 =20 ℃,加熱溫度 T 2 =220℃,散熱系數(shù) K 取 1. 2。合金鋼在 220 ℃的比熱容為 C p =0. 52 kJ/(kg·℃),紅外線熱效率為 60%,所需加熱片數(shù)量為 4 片;中頻感應(yīng)加熱熱效率為 90%,需要一根加熱電纜;火焰加熱熱效率為 15%,天然氣熱值為35 MJ/m 3 。

工件預熱所需熱量:Q = KW × C p × (T 2 - T 1 ) = 48672 kJ。


紅外線加熱所需熱量:Q 1 = Q/60% =81 120 kJ,所需電量為 22. 5 度。


感應(yīng)加熱所需熱量:Q 2 = Q/90% =54 080 kJ,所需電量為 15 度。

火焰加熱所需熱量:Q 3 = Q/15% = 324 480 kJ,需天然氣量為 9. 3 m 3 。

從數(shù)據(jù)分析來看,中頻感應(yīng)加熱節(jié)能效果明顯,用電量僅是紅外線加熱的 66. 7%;中頻感應(yīng)加熱的使用成本也很低,是紅外線加熱的 64. 6%,是火焰加熱的63. 4%。因此中頻感應(yīng)加熱無論從節(jié)能降耗還是從制造成本上都具有明顯優(yōu)勢。

  

4結(jié)論


  

(1)在大型石化容器的焊接熱處理的加熱上,與紅外線加熱和火焰加熱相比,感應(yīng)加熱可以提高加熱效率、改善厚壁容器的加熱效果。


  

(2)感應(yīng)加熱的應(yīng)用可以降低能源消耗,從而降低焊接及熱處理生產(chǎn)成本。


1.2.2熱傳導式加熱


在失磁的高溫層厚度超過熱態(tài)的渦流透入深度δ熱后,熱量基本上是在厚度為δ熱的表層中析出。


由于熱傳導的作用,加熱層的厚度將隨時間的延長而不斷增大。這樣零件內(nèi)部主要依靠熱傳導方式獲得加熱,其加熱過程及沿截面的溫度分布特性與用外熱源加熱(如在爐內(nèi)加熱或火焰加熱)的基本相同。


1.2.3 縱向磁場加熱


磁場方向與工件的軸線方向相平行(相同)。


厚件、圓管的加熱。


  開發(fā)的中頻感應(yīng)加熱設(shè)備主要由逆變器、諧振單元、變壓器和感應(yīng)器組成。其中逆變器是一個交-直-交的變流器,能夠?qū)⒐ゎl交流電變換成為幾千至幾百千赫茲的中頻或高頻電流。諧振單元和變壓器一端連接逆變器,另一端連接感應(yīng)器,將高壓變成隔離的低壓并進行阻抗匹配。工作時,感應(yīng)器中流過強大的中高頻電流,在導體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,因此導體迅速被加熱。感應(yīng)加熱電源的諧振頻率根據(jù)被加熱對象和工藝的不同而不同,從一千至幾十千赫茲最為常用。


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