石油专用管外壁除锈机的设计与应用.pdf

2 0 1 4 年 管道技术- 5设各 2 0 1 4 第5期PipelineT e c h n i q u e a n d E q u i p m e n t N o ．5 石油专用管外壁除锈机的设计与应用 张彦东1 ，黄斐2 ，李文通1 ，张桂新1 1 ．河北华油一机图博涂层有限公司，河北青县0 6 2 6 5 8 ；2 ．渤海石油装备第一机械厂，河北青县0 6 2 6 5 8 摘要为了满足石油专用管外壁除锈工作要求，设计出一套适合不同直径管子进行除锈的新型除 锈机。由于该装置采用多组除锈装置同时除锈并具有独特的除锈滚刷调节机构，降低了外壁除锈工作 强度，除锈速度快、除锈效果好、工作效率高。文中重点从设备结构、工作原理、技术参数方面介绍了该 机的特点，并介绍了除锈机现场应用情况。 关键词除锈机；石油专用管；钢丝轮；氧化皮 中图分类号T E 8文献标识码B 文章编号1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 4 0 5 0 0 2 6 0 3 D e s i g na n dA p p l i c a t i o no ft h eO u t s i d eW a l lR e m o v a lM a c h i n e Z H A N G Y a h ．d o n g ‘，H U A N GF e i 2 ，L IW e n t o n 9 1 ，Z H A N GG u i ．x i n l 1 ．H e B e iH u a Y o uY iJ iT u b o s c o p eC o a t i n gC o ．，L t d ．，Q i n g 嫡a n0 6 2 6 5 8 ，C h i n a ； 2 ．1 s tM a c h i n e r yW o r k so fC N P CB o h a iE q u i p m e n tM a n u f a c t u r i n gC o ．，L t d ．，Q i n g x i a n0 6 2 6 5 8 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt om e e tt h er e q u i r e m e n to fo u t s i d ew a l lr u s tr e m o v a l ，a na d a p t i v er u s tr e m o v a lm a c h i n ei sd e v e l o p e d ．D u e t ot h ee q u i p m e n tu s i n gm u l t i p l es e t so fr u s tr e m o v i n gd e v i c es c a l i n ga n da tt h es a m et i m ei th a sau n i q u ec l e a n i n gr o l l e ra d j u s t i n g m e c h a n i s m ，t h ei n t e n s i t yo ft h eo u t s i d ew a l lc l e a n i n gw o r ki sr e d u c e d ，w i t haf a s tc l e a n i n gs p e e d ，ag o o dc l e a n i n ge f f e c ta n dah i ．g h w o r ke f f i c i e n c y ．T h i sp a p e ri n t r o d u c e sm a i n l yt h ee q u i p m e n ts t r u c t u r e ，t h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dt h et e c h n i c a lp a r a m e t e r sa sw e l l a st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em a c h i n e ，a n dt h ef i e l da p p l i c a t i o no ft h er u s tr e m o v a lm a c h i n ei sa l s oi n t r o d u c e d ． K e yw o r d s r u s tr e m o v a lm a c h i n e ；O C T G ；b r i s t l eb l a s t e r ；s c a l e O 引言 外壁除锈是石油专用管加工的必要工序之一，由 于管坯长期在室外露天放置，表面会产生轻重不等的 浮锈、氧化皮等锈蚀物。钢材表面的除锈质量对涂装 质量的影响很大，甚至直接决定着钢材使用年限。所 以，对钢材的除锈质量，要引起足够的重视⋯。管材 外壁除锈大多沿用传统的手工除锈方式，使用钢丝 刷、扁铲等简易工具人工除锈，劳动强度大、除锈效率 和除锈质量低，且工作现场扬尘大，危害健康旧1 。为 解决上述问题，研制一套具有除锈效率高、自动化程 度高、易损部件少的新型自动化石油专用管外壁除锈 设备非常必要。 1 工作原理 除锈机利用高速旋转的钢丝轮对石油专用管外 壁进行打磨，使附着的氧化皮、锈层迅速脱落，最终获 得光洁的管材外表面。散落的大块锈蚀物通过底部 粉尘收集漏斗收集，除锈过程中产生粉尘，由抽风管 送向除尘系统，净化处理后的净气排放到大气中。该 收稿日期2 0 1 4 0 4 2 3收修改稿日期2 0 1 4 0 5 1 5 设备主要由机械主体、气动控制和P L C 全自动控制三 大部分组成，其中机械主体是除锈机关键组成部分。 2 技术分析 2 ．1 结构组成 该装置主要由自动上下料机构、除锈刷轮总成、 管材旋转平移车、环保除尘系统等部分组成。上述系 统在P L C 程序控制下，完成管材外壁除锈工作。具体 结构如图1 所示。 2 ．1 ．1 自动上下料机构 自动上下料机构由气缸、翻料板、销轴、连杆等组 成。通过气缸活塞杆收缩，带动2 个翻料板以销轴为 中心转动，将上料台架上和旋转除锈平移车上的管子 分别挑起，管子沿翻料板斜面滚动，左侧管子滚动到 翻料板中部，右侧管子滚动到接料台架上。随后，气 缸活塞缸伸长，翻料板回到水平位置，此时翻料板中 部的管子就被放到旋转滚轮上，完成上下料动作，管 子运动轨迹如图2 所示。 2 ．1 ．2 管材旋转平移车 管材旋转平移车主要由框架、旋转滚轮、行走滚 轮、传动链条、驱动减速机等组成。管材旋转平移车 万方数据 第5 期张彦东等石油专用管外壁除锈机的设计与应用三 上设有4 套旋转滚轮，旋转减速机通过链条传动的方 式带动旋转滚轮旋转。平移车底部安装1 0 组V 型 轮，v 型轮直接与预制轨道接触，平移减速机通过链条 带动平移车在预制轨道上往复移动。 1 9 丞i Z ll ，伯 l b 1 41 3l Z I 一除锈刷轮总成；2 一管材旋转平移车；3 - - 支撑柱；4 一平衡粱；5 一轮轴；6 一旋转电机；7 一皮带轮 8 一钢丝轮组；9 一气缸；l O 一钢管；I I 一框架；1 2 一滚轮；1 3 一旋转减速机；1 4 一V 型滚轮；1 5 一链条 1 6 一平移减速机；1 7 一挡板；1 8 一封闭罩；1 9 一软帘；2 0 一灰尘收集器；2 1 一预制轨道 图l 石油专用管外壁除锈机结构图 1234567 l 一气缸；2 一翻料板I ；3 一销轴；4 一连杆；5 一翻料板Ⅱ；6 一上料台架；7 一接料台架 图2自动上下料结构及动作示意图 2 ．1 ．3 除锈刷轮总成 除锈刷轮总成主要由立柱、横梁、气缸、钢丝轮、 驱动电机等组成。立柱和横梁通过销轴连接，横梁可 以以销轴为中心在一定角度内转动。横梁的一侧装 有电机，电机通过皮带带动钢丝轮驱动轴，最终使钢 丝轮高速旋转。横梁的另一侧安装有控制气缸，通过 气缸伸缩实现钢塑轮与钢管的接触和分离。除锈时， 钢丝轮首先在旋转减速机带动下旋转，随后气控电磁 阀动作，将气缸内的压缩空气排出，钢丝轮组靠自重 下降并对管材外壁进行除锈，如图3 所示。除锈完成 后，气缸充气，气缸活塞杆收缩将横梁的钢丝轮组端 拉起，完成除锈作业。 I 一立柱；2 一轴承；3 一被动皮带轮；4 一主动皮带轮；5 一旋转电机；6 一钢丝轮；7 一钢丝轮驱动轴； 8 一气缸；9 一气缸固定座；1 0 一横梁；I l 一销轴；1 2 一防尘罩；1 3 一钢管 图3 除锈刷轮总成结构及动作示意图 2 ．I ．4 环保除尘系统2 ．2 技术参数 每套除锈刷轮总成的钢丝轮组都安装封闭罩、抽该设备输入功率较小 仅2 2 ．5k W ，电气控制系 风管道和除尘器等装置，除尘器与除锈机采用P L C 连统采用安全电压，设备安全可靠，应用范围广。主要 锁控制。除尘器选用L D F L 一3 0 0 0 型工业除尘净化参数为钢丝轮直径3 0 0m m ，钢丝轮转速14 6 0r ／m i n ， 器，单台处理能力30 0 0m 3 ／h ，风压6 8 6P a ，实现了无钢丝轮组5 组，旋转滚轮直径2 5 0m m ，钢管长度范围 污染排放。 6 ～1 4m ，钢管外径范围6 0 ．3 ～3 3 9 ．7m i ／l ，钢管除锈效 万方数据 2 8 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n tS e p ．2 0 1 4 率4 0 6 0 根／h ，除尘方式为5 台脉冲式除尘器除尘。 2 ．3 工作过程 该设备工作过程是上下料机构将钢管输送到除 锈机管材旋转平移车旋转滚轮上，P L C 检测到钢管到 位后控制旋转滚轮电机、行走小车电机、除锈电机及 钢丝轮升降气缸按设定程序动作，如图4 所示。 雠H 撇冀H 臀H 黼H 宗剿 归位H 景銎譬鏊H 罐辫 图4 石油专用管外壁除锈机工作过程图 2 ．4 结构特点 2 ．4 ．1管材运动参数调整准确简便 管材旋转、输送分别由2 台减速机完成，且都采用 变频控制，具有可根据管材外壁锈蚀情况单独调整旋 转、输送参数的优点。 2 ．4 ．2 多组除锈装置同时运行，除锈效率高 除锈机样机包括5 套除锈刷轮总成，对于较长的 钢管可以设计多台，明显缩短了除锈时间，提高了除 锈效率。 2 ．4 ．3 可对不同外径的石油专用管进行变径除锈 由于除锈时，气缸处于自由状态，钢丝轮组靠自 重压紧管材表面，当钢丝轮组遇到钻杆接头等与管体 外径不同的部位时，钢丝轮组可以随着管材外壁自由 升降，从而实现了对钻杆、钻铤、带接箍油管等不同外 径的石油专用管进行变径除锈。 3 现场应用 2 0 1 3 年，在河北华油一机图博涂层有限公司生产 现场进行了自动化石油专用管外壁除锈机的实际应用。 3 ．1 试验过程 3 ．1 ．1 设备空载手动实验 将控制按钮置于手动状态，逐项对上下料机构、 旋转行走系统、除锈钢丝轮组、行程开关系统进行测 试验证，确保各部件动作灵活准确。 3 ．1 ．2 设备负载手动实验 通过上下料机构将实验管放到平移车上，依次开 启除尘器、管材旋转、钢丝轮组旋转，钢丝轮组下降、 管材平移控制按钮，检验设备运行稳定性和除尘风道 是否畅通，并验证除尘器除尘效果。 3 ．1 ．3 设备联机自动运行 准备好1 0 支实验管，将控制按钮置于自动状态，设 备根据P IE 指令，按照设定工作流程自动完成各项动作。 3 ．1 ．4 设备运行检验 运行过程中记录运行参数，运行一段时间后，停 止除锈设备运行，察看除锈效果，计算除锈效率，重复 上述实验过程至少5 次，以检验设备运行稳定性。 3 ．2 测试结果 使用中1 2 7m mx 9 ．1 9m m 钻杆作为实验管，设备 运行参数为旋转速度2 4r ／m i n ，小车行走速度4 ．5 m ／m i n ，管材外壁除锈质量良好，除锈后可见金属光 泽，除锈效率达到6 0 根／h ，满足了设计要求，除锈效 果如图5 所示。 图5 石油专用管除锈前后对比图 4 结论 1 自动化石油专用管外壁除锈机设备结构简单 实用，自动化程度高，安全环保性能满足要求，设备性 能稳定，除锈效率高，显著提高了石油专用管产品外 除锈防腐质量。 2 改变了过去依靠人工除锈的落后方式，减轻 了工人劳动强度和灰尘危害，节省了大量的人力物 力，同时保护了环境。 参考文献 [ 1 ] 贾福兴．钢结构工程除锈质量的控制与认定．工业建筑， 2 0 0 6 ，3 6 增刊1 9 4 5 9 4 7 ． [ 2 ]刘伯海．G C X 一1 型钢管除锈机的研制与应用．山东煤炭 科技，2 0 1 1 5 8 8 8 9 ． [ 3 ]王亚军，支左．新型钢管除锈机设计．石油化工设备， 2 0 0 2 ，3 1 6 2 5 2 6 ． [ 4 ]广德春，葛宰林，张迎辉，等．小口径钢管内壁振动除锈工 艺原理及试验分析．大连交通大学学报，2 0 1 0 ，3 1 1 2 6 2 9 ． [ 5 ]朱幌秋，刁小燕，刘贤兴，等．钢管内外表面喷砂除锈半自 动生产线设计．石油机械，2 0 0 6 2 2 0 2 2 ． [ 6 ]郭春华，魏强，刘景奇，等．浅析钢管道内壁除锈机的研制 及应用．现代制造技术与装备，2 0 1 0 3 2 8 2 9 ． [ 7 ]郭奇超，刘艳利，焦如义，等．大型储罐环保型除锈机的研 制．油气储运，2 0 1 0 6 4 3 6 4 3 9 ． 作者简介张彦东 1 9 8 2 一 ，工程师，从事石油机械产品开发与 企业管理工作。E m a i l z h y a n d o n g 1 6 3 ．c o m 万方数据