连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种冶金设备领域,具体涉及一种连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置及检测方法。
背景技术
无缝钢管是常见的冶金金属制品,合金无缝管是无缝钢管中的高端产品,技术含量与生产难度较高。
对于合金无缝管等高端产品而言,钢管表面(含内、外表面)要求较高,经过冷加工变形加工后,需采用表面光亮退火工艺,满足合金无缝管内、外表面的技术要求需要。目前,用于无缝钢管光亮退火的专用设备是连续式氢气保护退火炉;连续式氢气保护退火炉采用网带替代传统的输送辊道。将待加工的钢管静止放置在网带上并作相应固定,钢管随网带水平移动(匀速穿越退火炉炉体)完成在退火炉内的退火处理,从而减少了传统的辊道式退火炉工件与辊道之间因摩擦而导致的擦伤等问题。炉体内采用氢气作为保护气体,能防止高温退火处理时钢管表面因氧化而变色(发黑),故连续式氢气保护退火炉是目前应用最广泛的光亮退火专用设备。
常规的连续式氢气保护退火炉设备主要由氢气炉与净化站两部分组成,其中:氢气炉由电加热炉体、炉内冷却循环系统、氢气输送装置、机械传动机构、管材输送机构、授料台架等部件组成;净化站主要由氢气净化系统与氮气保护系统组成。连续式氢气保护退火炉设备的结构特点是:净化站安装在距离退火炉较远的独立厂房内,厂房内分别设置净化区域与氢气储存区域。净化站由两套净化系统和氮气保护系统组成,分别独立运行,并可相互切换使用,由PLC自动化控制实现对氢气和低氢高氮混合气体的净化;氢气炉安装在大型厂房内,采用电加热方式进行升温,无缝钢管由进口炉门逐一成组排列,由管材输送机构传递,匀速通过炉体内到达炉体出口,完成退火过程,全程由PLC自动控制炉温与传动速度,炉体通过水冷与风冷相结合方式进行及时冷却,氢气起到无缝钢管退火时的保护作用,以达到无缝钢管表面光亮退火的相关技术要求。
目前,连续式氢气保护退火炉经过使用后,氢气炉的电加热炉体因热胀冷缩等原因,逐步出现炉体泄漏现象,若不对设备进行泄漏检测或无法实现精确检测,会给快速寻找炉体泄漏点和及时处置泄漏带来困难,从而影响无缝钢管的正常退火处理,即:
1)使炉体内经高温加热后的气体压力低于炉体外正常大气压,造成炉体外的空气从泄漏点反向渗透入到正在高温加热的炉体内,将作为保护气体的氢气稀释,导致炉体内保护气体浓度达不到相关技术要求,引起退火后的无缝钢管表面因氧化而变色发黑,达不到光亮退火的技术要求,严重影响产品质量;
2)由于氢气是一种较为活泼的气体,具有燃烧性,一旦炉体内渗入的空气与氢气接触,易造成氢气暴燃,将会导致设备与人身伤害事故,存在安全隐患;
3)由于炉体泄漏导致炉体内氢气外溢,为保证气体浓度需及时补充氢气,从而造成氢气消耗增加,致使生产成本增加。
因此为保障连续式氢气保护退火炉的正常生产与光亮退火质量,每次开炉生产前,必须对炉体进行泄漏检测。目前使用的炉体泄漏检测方法是采用压力表(GB1226-86Ⅰ型压力表,显示范围0-0.25MPa)显示与泡沫喷涂(采用工业洗涤剂与水1:50混合,再采用简易喷射装置,如塑料瓶、医用注射器、漆刷等工具在炉体各部位喷射涂抹)相结合的方式。根据炉体封闭24小时后的压力流失情况,确认炉体内的泄漏量,根据气泡得反映来判断泄漏点。每次炉体保压检测时间为一天,保压检测与筑漏时间、复测作业时间为五天。其作业流程是(结合图1):
测前准备,拆卸炉体1顶端的冷却风机,割断通过炉体进、出口炉门处的金属网带,为封闭炉体做准备;
封闭炉体,用盲板和密封条,采用螺钉固定方式将冷却风机通风口2予以整体封闭,用盲板和密封条,采用螺栓固定方式将进、出口炉门3、4予以整体封闭,使得炉体成为一密闭空间,为现场测漏做好准备;
安装检测元件,采用专用气管将氮气瓶5输出端与进口炉门上的进气球阀30连接并固定,用于输入氮气;出口炉门4上安装一排气球阀40,用于排放炉体内氮气;炉体1上的排气端口与压力表6连接并固定,用于观察并记录刻度读数;
在线检测,打开氮气瓶阀门,将氮气从进口炉门上的进气球阀处匀速注入炉体,当压力表的数值达到760毫米汞柱时关闭进气球阀;在12~24小时的时间段内观察压力表的读数变化;
评价泄漏量,统计观察时间段内的压力表上的压力值的变化,计算炉体内的实际压力数,计算公式是Q=P/S(Q为炉体内的压力值,P为统计时间段内的压力损失数值,S为统计的时间段值),所得的结果Q与标准(安全)泄漏量进行比较,Q数值≤标准(安全)泄漏量的为保压合格(炉体无泄漏),反之为保压不合格。
该方法虽然结构紧凑、操作便捷、简单实用,费用低,不污染环境,但还存在以下问题:
1)不能及时、有效地发现炉体的泄漏点,发现泄漏量超标的时间长;
2)完成一次检测作业需要6个工作日;每发现一处漏点,都再进行一次保压筑漏,耗费周期长;作业时间长,劳动强度高,
3)只能显示统计时间段内的压力差(封闭24小时前后的压力表显示数值之差),泄漏量需经过压力损失后的换算得到,换算误差大、计算精度低;
4)分别位于进、出口炉门上的进、排气球阀安装位置不合理,不便于日常使用和维护。
因此,就目前采用的检测方法而言,不能适应企业集中批量的规模生产时的炉体泄漏的在线快速检测需要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足,提供一种连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的装置及检测方法,它基于伯努利定律,在现有的检测装备中增加一套微量流量计并与现有技术的在线保压试验相结合,为快速寻找泄漏点、确定泄漏量、筑漏的快速处置创造条件,有效的提高了检测精度与效率。
实现上述目的的一种技术方案是:一种连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置,所述炉体包括进、出口及冷风机通风口,所述检测装置包括试验气源、压力表,所述检测装置还包括一微量流量计,其中,所述压力表连接在位于所述炉体侧面的一检测孔上;所述试验气源的出口侧通过三通管与所述炉体的进口炉门及所述微量流量计的进气端连接;所述微量流量计的出气端连接在一与连接所述压力表的检测孔位于同一炉体侧面的一个孔上。
上述的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置,其中,所述检测装置还包括三块分别封堵在所述炉体的进口炉门、出口炉门及冷风机通风口上的密封盲板、连接在所述进口密封盲板上的进气球阀及连接在出口密封盲板上的排气球阀,使所述试验气源通过所述进气球阀与所述炉体的进口炉门连接。
上述的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置,其中,所述进气球阀和排气球阀分别通过一专用气管连接在所述进口密封盲板上开设的一螺纹通孔上和所述出口密封盲板上开设的一螺纹通孔上。
实现上述目的的另一种技术方案是:一种连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测方法,采用上述本发明的检测装置,所述检测方法包括依次进行的封闭炉体的步骤、安装检测装置的步骤、在线检测的步骤、评价泄漏量的步骤、确定漏点的步骤、处置漏点的步骤及在线复测的步骤,其中,
所述在线检测的步骤是:先将所述试验气源通过所述进气球阀在设定的时间段S1内充入所述炉体中,直到所述压力表上显示的压力值Pf为设定值时停止充气,再经过S2时间段的波动稳压试验,然后初步判断所述炉体的泄漏状况,当初步判断所述炉体存在泄漏,即所述压力表上显示的压力值小于炉体的标准压力值Pb,通过所述微量流量计再充入一有效量δ的试验气体,直到炉体的压力达到炉体的标准压力值Pb后再进行S3时间段的保压试验;当初步判断所述炉体不存在泄漏或泄漏量很少,即炉体的压力大于炉体的标准压力值Pb,通过所述微量流量计释放有效量的试验气体,直到炉体的压力达到炉体的标准压力值Pb后再进行S3时间段的保压试验;当初步判断所述炉体的泄漏量较少,即炉体的压力等于炉体的标准压力值Pb,可直接进行S3时间段的保压试验;
所述评价泄漏量的步骤是:先将保压结束时的压力值Ps与炉体的标准压力值Pb即保压初始时的压力值进行比较,并换算为炉体的实际泄漏量Ls,若炉体的实际泄漏量Ls小于等于炉体的允许压力损失量L,则保压试验正常,再在设定的时间段S4内通过所述排气球阀释放炉体内的试验气体,检测结束;若炉体的实际泄漏量Ls大于炉体的允许压力损失量L,则进行确定漏点的步骤;
所述S1为在线检测的步骤开始时将试验气体充入炉体,使炉体的压力值从零到设定的压力值Pf的持续时间;所述S2为在线检测的步骤中进行波动稳压试验的持续时间;所述S3为在线检测的步骤中进行保压试验的持续时间;所述S4为评价泄漏量的步骤中若保压试验正常后将试验气体从炉体中释放的持续时间。
上述的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测方法,其中,
所述Pb<Pf<Pj,
式中,Pb为炉体的标准压力值等于200±0.05毫米水柱,Pj为炉体的极限压力值等于256±0.1毫米水柱,Pf为设定的试验气体充入炉体的最大压力值等于1.216×Pb±0.1毫米水柱,或者Pf=0.95×Pj±0.1毫米水柱;
所述δ=(P1-P2)×n立方米/小时,
式中,P1=Pb,P2为波动稳压试验结束时炉体的压力,n=0.19为毫米水柱与立方米/小时的换算系数;
所述S1=0.5~1小时,所述S2=1~2小时,所述S3=22~26小时,所述S4=0.15~0.5小时。
根据本发明所述的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置,其特征在于,进行所述评价泄漏量的步骤时,
所述炉体的允许压力损失量L=0.3%~0.5%;
所述炉体的实际泄漏量Ls=(Pb-Ps)/(Pb×S3)×100%,
式中,Pb为炉体的标准压力值,Ps为保压试验结束时的压力值,S3为保压试验的时间。
上述的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置,其中,进行所述评价泄漏量的步骤时,所述炉体的允许压力损失量L=0.3%~0.5%;所述炉体的实际泄漏量Ls=(Pb-Ps)/(Pb×S3)×100%,式中,Pb为炉体的标准压力值,Ps为保压试验结束时的压力值,S3为保压试验的时间。
上述的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测方法,其中,所述进行封闭炉体的步骤是:采用盲板和密封条并通过螺钉将所述炉体的冷却风机通风口予以整体封闭,采用盲板和密封条并通过螺栓固定方式将所述炉体的进口炉门和出口炉门予以整体封闭。
上述的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置,其中,所述安装检测装置的步骤是:采用专用气管将所述试验气源输出端与所述进口炉门上的进气球阀连接并固定;所述炉体的出口炉门上安装排气球阀;所述炉体侧面上的一检测孔与压力表连接并固定。
上述的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测方法,其中,所述确定漏点的步骤采用泡沫喷涂方法,即在所述炉体各连接部位喷射涂抹皂液,根据气泡的反应确定泄漏点。
上述的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测方法,其中,进行所述处置漏点的步骤时,是根据检测到的漏点现场焊接修补。
本发明的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置的技术方案,设计合理、结构紧凑、安装快捷、操作简便、密封牢固、安全高效、实用性强,检测效果好,精度高。本发明的连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测方法的技术方案可测出流量与压力两种数据,并且能够通过微量流量计的泄漏补偿,有效的解决了连续式氢气保护退火炉炉体泄漏无法准确检测,寻找泄漏点困难、作业时间长等问题。采用了本发明的检测方法后可以及时消除生产现场的安全隐患,从而保证了高标准无缝钢管的光亮退火质量,还能减轻劳动强度与检修作业时间,节约生产成本,每年可减少相关费用15万元以上。本发明的检测方法还可以应用于相近的设备,通用性和操作性强并且实用高效。
附图说明
图1为现有技术的炉体泄漏的检测装置的结构示意图;
图2为本发明的炉体泄漏的检测装置的结构示意图;
图3为进行本发明的炉体泄漏的检测方法时炉体的压力值与时间的关系图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明的技术方案进行说明:
请参阅图2和图3,本发明的一种连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测装置,包括三块密封盲板、进气球阀30、排气球阀40、试验气源5、压力表6,微量流量计7,其中:
三块密封盲板分别封堵在冷风机通风口2、炉体1的进口炉门3及出口炉门4;
进气球阀30通过一专用气管连接在进口密封盲板的端面中央轴向开设的一螺纹通孔上;
排气球阀40通过一专用气管连接在出口密封盲板的端面中央轴向开设的一螺纹通孔上;
压力表6的型号为BY-400U,它连接在位于炉体1侧面的一检测孔上;
试验气源5为氮气瓶,试验气源5分别与进气球阀30连接及微量流量计7的进气端连接;
微量流量计7的型号为LZB-4,它的出气端连接在一与连接压力表6的检测孔位于同一炉体侧面的一个孔上。
本发明的一种连续式氢气保护退火炉的炉体泄漏的检测方法,采用上述本发明的检测装置,该检测方法包括以下依次进行的步骤:
封闭炉体的步骤,采用盲板和密封条并通过螺钉将炉体的冷却风机通风口2予以整体封闭,采用盲板和密封条并通过螺栓固定方式将炉体的进口炉门2及出口炉门3予以整体封闭,使得炉体1成为一密闭空间,为现场测漏做好准备;
安装检测装置的步骤,采用专用气管将试验气源5的输出端与进口炉门3上的进气球阀30连接并固定,用于控制气流开启(进气升压)与切断;出口炉门4上安装排气球阀40,用于放气泄压;位于炉体侧面上的一检测孔与压力表6连接并固定;
在线检测的步骤是:先将试验气源5通过进气球阀30在设定的时间段S1=0.5~1小时内充入炉体1中,直到压力表6上显示的压力值Pf后停止充气,该Pb<Pf<Pj,其中,Pb=200±0.05毫米水柱为炉体的标准压力值,Pj=256±0.1毫米水柱为炉体所能承受的极限压力值,Pf为设定的试验气体充入炉体的最大压力值等于1.216×Pb±0.1毫米水柱,或者Pf=0.95×Pj±0.1毫米水柱,再经过S2=1~2小时的波动稳压试验,然后观测压力表6上的读数并初步判断炉体的泄漏状况,当初步判断炉体存在泄漏,即炉体的压力小于炉体的标准压力值Pb,通过微量流量计7再充入一有效量δ的试验气体,该有效量可通过公式δ=(P1-P2)×n计算得到,式中,P1=Pb,P2为波动稳压试验结束时炉体的压力,n=0.19为毫米水柱与立方米/小时的换算系数,直到炉体的压力达到炉体的标准压力值Pb后进行S3=22~26小时的保压试验;当初步判断炉体不存在泄漏或泄漏量很少,即炉体的压力大于炉体的标准压力值Pb,通过微量流量计7释放一有效量的试验气体,直到炉体的压力达到炉体的标准压力值Pb后进行S3=22~26小时的保压试验;当初步判断炉体的泄漏量较少,即炉体的压力等于炉体的标准压力值Pb时,可直接进行S3=22~26小时的保压试验;
S1=0.5~1小时为将试验气体充入炉体,使炉体的压力值从零到设定的压力值Pf的持续时间;S2=1~2小时为进行波动稳压试验的持续时间;S322~26小时为进行保压试验的持续时间;
评价泄漏量的步骤是:先将保压结束时压力表6上显示的压力值Ps与保压初始时压力表6上显示的压力值即炉体的标准压力值Pb进行比较,并换算为炉体的实际泄漏量Ls,若炉体的实际泄漏量Ls小于等于炉体的允许压力损失量L,则保压试验正常,再在设定的时间段S4=0.15~0.5小时内通过排气球阀40释放炉体内的试验气体,检测结束;若炉体的实际泄漏量Ls大于炉体的允许压力损失量L,则进行确定漏点的步骤;其中,炉体的允许压力损失量L=0.3%~0.5%,炉体的实际泄漏量Ls=(Pb-Ps)/(Pb×S3)×100%,式中,Pb为炉体的标准压力值即保压初始时的压力值,Ps为保压试验结束时的压力值,S3为保压持续时间,故当Ls≤0.3%~0.5%,则保压试验正常,Ls>0.3%~0.5%,则进行确定漏点的步骤;S4为保压试验正常后将试验气体从炉体中释放的持续时间;
确定漏点的步骤,采用泡沫喷涂方法,即在炉体各连接部位喷射涂抹皂液,根据气泡的反应确定泄漏点;
处置漏点的步骤,根据检测到的漏点进行现场焊接修补;
在线复测的步骤,在漏点处置完成后,再依次实施在线检测的步骤及评价泄漏量的步骤,以确认漏点处置是否得当。
在一个实施例中,设定炉体的标准压力值Pb为200毫米水柱,即约等于200×9.806=1961.2帕斯卡,设定炉体在保压试验后允许压力损失量Lb是标准压力值Pb的0.3%,即Lb=1961.2×0.3%=5.8836帕斯卡,故保压后炉体内的绝对压力应当是1961.2-5.8836=1955.32帕斯卡。先将试验气源5通过进气球阀30在设定的时间段S1内充入炉体1中,直到压力表6上显示的压力值Pf=1.216×Pb=243.2毫米水柱时停止充气,再经过2小时的波动稳压试验,然后测到压力表6上的读数为190毫米水柱,即此时炉体的压力小于炉体的标准压力值Pb=200毫米水柱,通过微量流量计7再充入一有效量δ=(P1-P2)×n=(200-190)×0.19=1.9立方米/小时,直到炉体的压力达到炉体的标准压力值200毫米水柱后进行24小时的保压试验。当保压试验后炉体实测的压力值Ps≥1955.32帕斯卡,满足生产条件可开炉生产;当保压试验后炉体实测的压力值Ps<1955.32帕斯卡,不满足生产条件,需进行确定漏点的步骤、处置漏点的步骤及在线复测的步骤,必须使炉体的压力≥1955.32帕斯卡,才能满足生产条件允许开炉。
若经过保压试验后实测压力表的数据Ps=176毫米水柱=1725.856帕斯卡,再计算炉体的实际泄漏量Ls,即:
Ls=(1961.2-1725.8)/(1961.2×24)×100%=0.005>0.3%
由于炉体的实际泄漏量超标,故需要进行确定漏点及处置漏点,然后再次复测。若经过漏点修补并重新进行在线检测,实测到压力表的数据为Ps=186毫米水柱=1823.916帕斯卡,按照上述模型将实测数据计算炉体的实际泄漏量Ls,即:
Ls=(1961.2-1823.916)/(1961.2*24)*100%=0.002916<0.3%
此时由于炉体的实际泄漏量Ls符合生产需要,可以开炉作业。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。