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大口径涂塑钢管温度可控处理系统

来源:http://www.81929.net/article/20191219233.html

涂塑复合钢管既具有钢管的高强度、高刚度又有塑料管的高光洁度和良好的防腐蚀性能,还具有不混生细菌、霉菌以及良好的防结垢能力,在一般情况下比同径的钢管输水量多15%-20%,且输送过程中的动力消耗降低巧%以上,其使用寿命可达100年。更为重要的是涂塑复合管还具有良好的卫生性能,采用JWWAK132标准试验得出,涂塑钢管输水的混浊度在0.5度以下,色度<<1度,高锰酸钾消耗量<2 mg/L,残留氯<0.7 wg/L,水质无异味及任何异常现象,是保障人体健康的环保给水管路。另外涂塑钢管和其他大、中口径的给水用管(如水泥管、球铁内衬水泥管、塑料管等)相比,性价比是最优的,年平均使用费用也是最低。


    温度是决定涂膜质量的重要因素。温度随环境因素变化而受影响,是个动态量。采用温度自动控制系统来实现精确的自动控制。这是本文要解决的目标。

1、当前生产大口径给水涂塑钢管的工艺
    (1)喷丸
    钢管进人喷丸室进行喷丸,喷丸质量达到Sa2.5标准要求。
    (2)加热
    钢管涂塑前的加热工艺过程是很重要的工序。塑粉要热熔砧结在钢管内壁,给水管一般涂改性PE,所以其加热温度为260-320 9C。由于钢管直径(DN1200-2400)和长度较大,用一般加热炉已不太适应,生产厂家改为中频加热,中频加热特点是没有任何物理接触,也没有辐射源,不产生任何燃烧物,因此加热干净、无污染、功率密度高。
    (3)涂塑
    已加热的钢管在旋转台架上匀速螺旋式向前传动,转速为3050 mm/s;钢管内孔伸进喷枪头喷涂改性PE塑粉,内壁喷涂后的厚度为2}3 mm,涂好后移出台架冷却。冷却后检测涂膜各项性能达到《给水涂塑复合钢管》(CJ/T120-2008)标准。

2、大口径钢管内涂塑设备温度自动控制研究2.1电磁感应加热
    为了达到优良性能涂层,均匀加热是一个重要因素。对塑膜涂层工艺而言,感应加热是最佳的办法,这种加热方法对于保证钢管在加热中没有氧化物的清洁表面是至关重要的。而且能保证钢管断面的基体温度均匀。
    (1)感应加热基本原理
    感应加热过程就是把导电的工件置于通交流电流的铜线圈中,由铜线圈中的交流电流产生的交变磁场导致在工件中有电流流动,如图1所示。可以说,感应加热就是遵循众所周知的变压器原理,即在一个绕组中加上交流电压,在另一个绕组中就会产生出电压。感应加热器中的工作线圈就是这个变压器的初级绕组,而钢管就象一个短路的环形次级线圈,对于流动的电流而言,因为钢管具有一定的内在电阻,就产生了热。
    感应加热是一种独特的方式,热产生在管子中,没有任何的物理接触,也没有辐射热源,不产生任何燃烧产物,正因为感应加热不存在与温度限制有关的来源,故其使用可达到较高能量级,与那些非直接电加热或燃料燃烧的方法相比,功率密度更高,并能精确控制。
    物理的热量传输是由于温度梯度的存在,根据热力学第二定律,即热量是从较高温度的物体向较低温度的物体方向转移。
    在感应加热的过程中,由于集肤效应,大部分热产生在管子的一定厚度之中,热流在环带状的管壁中向2个方向流动,向内流向管壁的中心,向外则从管子的表面辐射出去,这种热传导的速度取决于导热性、热容和密度。

    (2)选择频率
    为了确定一个具体应用的感应加热系统,需要求出电流穿透深度。这个参数决定感应加热线圈的效率。穿透深度(有时也称作参考深度:导体某一深度处的电流密度为其表面电流密度的1/e =0.368时,这一深度就是电流穿透深度)

    钢管在感应加热时,其总效率的高低基本上决定于电流频率的正确选择。由于感应电流只沿着被加热钢管的电流穿透深度层流动,热量也仅在这一层中产生。而钢管的加热要求整个钢管截面温度均匀,这时,在电流穿透深度以下的金属,仅能从已加热层按导热的方式加热。这样的传热需要较长的时间才能使钢管表面与心部温度比较均匀。钢管表面与心部温差要求越小,加热时间必然增长,被加热的钢管散人空间的热量增多,热效率降低。为了提高热效率,必须缩短加热时间,其方法就是降低电流频率,也就是增大钢管里的电流穿透深度。
    为了提高热效率和减少单位产品的电能消耗,对于空心圆柱体钢管感应加热的最佳电流频率

    这时感应加热的效率达到最大值。把调频器的频率调到该数值,可以达到高的感应加热效率。但是由于钢管尺寸、形状误差、材料、涂塑环境、涂塑工艺温度要求等因素的影响,频率仍需做必要的调整。以保证涂塑钢管产品的整体质量。
    要提高电流穿透深度就需要降低电流频率,要达到较高的感应加热效率就要使电流频率在式(1)的值上稳定。


可见加热时间与穿透深度成反比,也即是与频率成正比。

2.2双位控制
    为了使温度控制在260-320 `C,来保证涂塑钢管加工质量。采用双位自动控制模式,通过控制电路中的电流调频器来控制电流频率,从而控制渗透深度,进而保证温度处于给定值上下温度范围内。
    调节机构只有开和关2个极限位置,被控参数不可能稳定在给定值上,而总在给定值的上下波动,双位控制仪表(XCT型动圈式双位指示仪表)的结构如图3所示。该仪表用于控制被控对象的温度处于某一个范围内。被控对象(钢管)的温度由远红外测温仪9测出,并转换成直流电压信号,输人到动圈测量机构,使测量指针1随输人信号做相应偏转,指示出测量值。加工工艺要求的温度范围中的给定值(一般设置为温度范围的中值)由给定值指针5指出,这也就决定了检测线圈的位置。利用测量指针4与给定指针5(铝旗和检测线圈)的偏差位移并通过晶体管振荡放大器7来控制继电器8的动作,从而控制被测对象钢管13相连接的中频加热设备线路上的调频器10频率的升降,达到控制温度的目的。

该自动控制系统是中频加热装置与双位控制器结合从而实现了温度范围的自动控制,在2603 20℃一个给定值上下范围内(比如(28015 ) 9C ) ,当测量温度不等于给定温度值,双位控制器开关开启,自动调整中频感应电流的频率,使钢管感应加热温度进人所设定的温度值范围后触点断开。控制加热温度保证了产品涂塑质量同时节约了电能,是一种节能环保且产品质量得到提高的优化组合技术。为传统意义上的大口径给水钢管涂塑加工工艺方法提供了新途径。