螺旋焊管等离子烟尘除尘装置的升级改造

陈延军1,马俊光1,张晓东2,李 军2,韩 红3

(1.中国石油集团渤海石油装备巨龙钢管有限公司,河北 青县 062658;2.中国石油集团渤海石油装备华油钢管有限公司,河北 青县 062658;3.河北华油钢管设计研究院有限公司,河北 青县 062658)

摘 要:为了解决Φ406 mm~Φ1 422 mm 螺旋埋弧焊管等离子切割烟尘收集和沉降的难题,对现有的等离子除尘设备在线切割时烟尘收集、处理存在的难点进行了分析,并对现用等离子除尘设备进行了技术改造。改造后的除尘设备合理设计了烟尘收集和沉降回收方式,改良了湿式除尘装置的结构,工作时通过高压水喷淋与干式滤筒的有机结合,将烟尘颗粒湿化,相比干式粉尘颗粒,极大地方便了后期的粉尘清理。生产线应用表明,改进后检测口污染物浓度由160 mg/m3 降到1 mg/m3 以下,符合GB 16297—1996 《大气污染物综合排放标准》 的要求,达到了预期的效果。

关键词:焊管;等离子切割;烟尘;收集;排放

近年来,空气等离子切割技术因其切割速度快、安全可靠性高被广泛应用在螺旋埋弧焊管生产线的飞剪工序,已逐步取代氧乙炔切割。但等离子切割过程中会产生大量有毒、有害烟尘,烟尘的主要成分为金属蒸汽、臭氧、氮氧化物等固态、气态粒子,这些有害气体及烟尘粒径非常细小(0.5 μm 以下的约占 70%),悬浮能力强,不易沉降,极易进入人体,对人体中枢神经、内脏、皮肤及呼吸道造成直接伤害。因此,有效回收、处理等离子切割过程中产生的烟尘问题刻不容缓。

1 在线切割时烟尘收集、处理难点

螺旋埋弧焊管在线切割产生的烟尘量与焊管的直径和壁厚成正比,焊管直径越大,烟尘越分散,且越不易被吸出。一般情况下,等离子枪切割嘴喷出的压缩空气使得切割烟尘从钢管的两端溢出,而安装在钢管一端的吸尘罩很难将烟尘全部收集。采用单纯的湿式除尘法或干式除尘法都不能有效清除等离子切割过程中产生的大量有害有毒烟尘。

2 烟尘流向控制

2.1 改进思路

对现用除尘设备的分析发现,烟尘流向对除尘效果影响很大。如果要将烟尘有效地吸进除尘器,就要满足以下条件:①除尘器吸入的风量大于等离子切割所产生的烟尘以及管道内部空气的总量;②在钢管内部形成一定量的负压强;③同时外界空气不能大量进入钢管。

根据以上思路,分别尝试用挡板和轴流风机对钢管出管端切割烟尘进行封堵。

用挡板封堵时,在出管端距等离子切割点约500 mm 处设置挡板,该挡板安装在钢管内部随行小车上,需要较为准确的定位。该方案理论上虽然可行,但在实施过程中存在一系列问题,如切割过程中钢管旋转、钢管内部空间有限,安装挡板较为困难,且不同规格钢管需要放置不同规格的挡板等。

图1 轴流风机安装位置

用轴流风机封堵时,风机安装位置如图1 所示,用轴流风机在出管方向向钢管内部切割点处吹风。切割钢管时,风机偏转一定角度对准钢管内部(根据钢管规格调整角度);进风量大小的调节标准为:将等离子切割烟尘阻滞于切管处附近,使切管端除尘风机产生的进风与等离子切割产生的向外飘散的热烟尘气在切管处附近达到动态平衡。轴流风机的吹风起到一个风幕的作用,其作用相当于一个挡板,同时减少了除尘风机的进风量。

实际应用结果表明:用轴流风机封堵切割烟尘的效果较好,能够确保出管端烟尘不会外溢。

2.2 除尘风机的选配

2.2.1 除尘风量的核算

根据烟尘先扩散再上升的特点,在烟尘扩散前即对其进行收集效果最佳。切割烟尘收集装置如图2 所示。根据生产工艺状况和钢管直径的变化,在钢管内部设置的吸尘罩要有足够的面积和罩口风速,以保证对切割烟尘的有效捕捉。通过计算可知,吸风量为8 000 m3/h 的吸尘罩完全能够满足排风的要求。

图2 切割烟尘收集装置示意图

为了保证吸风罩口与烟尘的有效接触面积,尽可能将吸风罩口放置在2#机臂上,并制作成喇叭口状。如果钢管直径较小,可更换吸风罩,或将吸风管道端部改为分体的多管道吸口,将各个独立的吸风管插入到成型器后部的烟尘溢出处。

2.2.2 风机的选择

根据除尘系统所需风量和风压,以及整个除尘系统管道的阻力损失,选择KSDC-8609B 型通风机,风量 8 000 m3/h,全压 2 628 Pa,配套电机 Y132S2-2(15 kW)。

出管端轴流风机和切管端通风机的配合使用,可以很好地控制烟尘流向,达到切割烟尘100%的收集效果。

3 烟尘沉降控制

3.1 湿式除尘法

国内通常的湿式除尘法是:将收集到的等离子烟尘通入净水槽沉降。实际使用结果表明,刚开始使用该方法时,大部分烟尘能沉降到水槽中,但仍有一些烟尘外溢,治理效果不甚理想,且随着水槽中污染物的增加,沉降效果将大大降低。

借鉴燃煤锅炉烟气处理装置上的多道高压螺旋喷嘴降尘原理,将其应用在等离子烟尘处理的湿式除尘过程中。螺旋喷嘴及其喷淋过程如图3所示。

图3 螺旋喷嘴及其喷淋过程示意图

采用螺旋喷嘴湿化烟尘,高压雾化水流与烟尘颗粒能充分融合,使烟尘湿化,密度增加,进而聚集成较大颗粒沉降,能达到更好的降尘效果。

3.2 干式滤筒除尘

巨龙钢管有限公司先后购买了德国坎贝尔公司和苏州凯深环保有限公司的烟尘处理设备,使用效果均不理想。而且存在日常维护清理繁琐、备件易损等问题。通过对现有干式滤筒除尘设备的研究发现,干式除尘多采用褶皱式滤筒,国内脉冲滤筒除尘器大多采用文氏口反吹,其结构简单,吹风量大,可有效吹掉粘附在褶皱滤芯上的粉尘,但当滤筒较长时,反吹效果欠佳。因此,在现有内反吹的基础上增加一套外反吹机构,使内外反吹同时工作,提高反吹效果,以延长滤筒寿命。改造后,滤筒的使用寿命可延长至半年,节约了成本,减少了维护清理的工作量。

4 结束语

通过以上改进措施,Φ406 mm~Φ1 422 mm螺旋焊管等离子切割烟尘收集、沉降的难题得到有效解决。经检测,改进后成型器周围空气污染物出口浓度由160 mg/m3 降到1 mg/m3 以下,达到甚至超越了GB 16297—1996 《大气污染物综合排放标准》 的要求。改造后的除尘装置通过高压水喷淋与干式滤筒的有机结合,将烟尘颗粒湿化,相比干式粉尘颗粒,极大地方便了后期的粉尘清理。同时,具有备件成本低、操作方便等优点,且处理后的空气洁净无味,符合国家环保要求。

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Upgrade of Spiral Welded Pipe Plasma Dust Removal Device

CHEN Yanjun1, MA Junguang1, ZHANG Xiaodong2, LI Jun2, HAN Hong3
(1.CNPC Bohai Equipment Julong Steel Pipe Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China;2.CNPC Bohai Equipment North China Petroleum Steel Pipe Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China;3.Hebei HUAGANG Design&Research Institute Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China)

Abstract: In order to solve the problems of Φ406 mm~Φ1 422 mm spiral submerged arc welding pipe plasma cutting dust collection and sedimentation, the existing difficulties in dust collection and treatment of plasma dust removal equipment during linear cutting were analyzed, and the present plasma dust removal equipment had been improved.The dust collection and sedimentation method of the modified dust removal equipment was designed, structure of wet dust removal device was improved, the dust particles were humidified through the combination of high-pressure water spraying and dry filter cylinder,which had great convenience for dust cleaning in the later stage compared with dry dust particles.Production line application indicated that the concentration of pollutants in the test port decreased from 160 mg/m3 to less than 1 mg/m3 after improvement, which met the requirements of GB 16297—1996 intergrated emission standard of air pollutants and achieved the expected transformation effect.

Key words: welded pipe; plasma cutting; dust; collection; discharge

中图分类号:TG434.4

文献标识码:B

DOI: 10.19291/j.cnki.1001-3938.2019.8.008

作者简介:陈延军(1972—),工程师,主要从事弯管新工艺、新技术的开发等研究工作。

编辑:谢淑霞