CN103567195B - 电磁感应式管道3pe防腐快速剥离装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置。它由电磁加热控制系统和加热线圈两部分组成;电磁加热控制系统输出接绕在管道上的加热线圈;所述电磁加热控制系统的高频电流检测器、输入电流检测器、IGBT温度检测器、负载温度检测器、电网电压检测器的输出接单片微型计算机控制系统的输入；单片微型计算机控制系统输出依次串接功率调制器、双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路和隔离驱动器，电源输出接大功率整流电路，大功率整流电路和隔离驱动器的输出接IGBT全桥逆变电路，IGBT全桥逆变电路输出接加热线圈；所述加热线圈为快装型阻燃加热带。本发明不伤害钢管本体，不影响钢管的焊接强度，方便操作，节省人力。

Description

电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置

技术领域

本发明是一种电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置。涉及管道系统技术领域。

背景技术

由于3PE防腐有很强的耐腐蚀能力，这种防腐材料有着耐强酸强碱能力。在低温条件下也具有良好的耐腐蚀和耐冲击性，PE吸水率低，同时具备环氧强度高，PE吸水性低和热熔胶柔软性好等，有很高的防腐可靠性,因为3PE防腐层的这种特性，给发生突发性抢修或计划性换管、动火等工作时去除带来了很多遍不变，所以发明了以下设备。

一.西气东输管道公司在2010年申请了一套“履带式大口径管道外防腐层剥离机”的专利，该剥离机采用链条式爬行机构，双滚刷的方式清除管道外防腐层，每分钟约可以清除200mm长，150mm宽的防腐层。

西气东输的防腐层剥离机采用滚刀去除防腐，缺少控制环节，只能实现圆周的剥离，对于带油带压堵漏器应用过程的防腐层剥离无法使用。

二.沈阳辽海输油设备制造厂于2011年申请了“双头管道防腐层去除机”的发明专利。该专利中描述的防腐层去除机可以同时去除爬行机构两侧的防腐层，去除方式为钢刷去除。

沈阳辽海的防腐层剥离采用双侧剥离，没有考虑防爆要求，主要适用于管道建设期对口焊接的时候进行防腐层快速剥离。对于维抢修环节，无论是封堵还是安装卡具，防腐层的剥离主要是一个区域的集中剥离，而且作业空间通常受限，油气尚未隔离，因此沈阳辽海的防腐层剥离机不适合维抢修作业的要求。

根据以上两种设备的简单叙述以上两种设备都不能做到安全、快速、适用的效果。

发明内容

本发明的目的是发明一种快速将3PE防腐层迅速的剥离管体、不伤害钢管本体、不影响钢管的焊接强度、方便操作、节省人力的电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置。

电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置通过加热方式，实现3PE防腐快速去除，以最短的时间开展下一步工作。

电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置由两部分组成：分别为电磁加热控制系统和加热线圈。电磁加热控制系统输出接绕在管道上的加热线圈。所述电磁加热控制系统如图1所示，包括单片微型计算机控制系统、高频电流检测器、输入电流检测器、IGBT温度检测器、负载温度检测器、电网电压检测器、显示器、功率调制器、双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路、隔离驱动器、主电源、高频过流保护。高频电流检测器、输入电流检测器、IGBT温度检测器、负载温度检测器、电网电压检测器的输出接单片微型计算机控制系统的输入，电源为单片微型计算机控制系统供电；单片微型计算机控制系统输出有操作显示器、指示灯显示器及风扇驱动器，单片微型计算机控制系统输出依次串接功率调制器、双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路和隔离驱动器，工频三相电源输出接大功率整流电路，大功率整流电路和隔离驱动器的输出接IGBT全桥逆变电路，IGBT全桥逆变电路输出接加热线圈；加热线圈接有功率谐振电容；单片微型计算机控制系统还有软启动。

受温度控制的电源[加热输出接触器（或固态继电器）输出端]经电磁加热控制系统将工频交流电整流、滤波、逆变成16～30KHz的高频交流电，通过连接线接到电磁加热圈上，高频交流电透过保温材料作用于金属被加热体，使被加热体自身发热。另外，也可以把电源直接输入到电磁加热控制系统，原有的温度控制器直接通过电加热控制器的软启动接口来控制电磁加热控制系统的工作状态。

所述电磁加热控制系统的电原理如图2所示；电源插头的两条线经保险和全桥整流电路接由C1、L1、C2组成的滤波电路，滤波电容C2的两端接串联的电容C3和电容C4，电容C3和电容C4之间接线圈输出到感应线圈的一端；同时滤波电容C2的两端接串联的开关元件IGBT1和开关元件IGBT2的1端和2端，开关元件IGBT1和开关元件IGBT2之间接互感器CT1的2端，互感器CT1的1端接线圈输出2后接感应线圈的另一端；互感器CT1的4端接地，3端接控制电路，互感器CT1的3端与4端之间并联电阻R3；开关元件IGBT1的G极与E极之间分别并联电阻R1，再与稳压二极管ZD1、ZD2串联组并联；开关元件IGBT2的G极与E极之间分别并联电阻R3，再与稳压二极管ZD3、ZD4串联组并联；从驱动1G1出来的控制信号1端串联电阻R4后与开关元件IGBT1的G极连接,2端直接与开关元件IGBT1的E极连接；从驱动2G2出来的控制信号1端串联电阻R2后与开关元件IGBT2的G极连接,2端直接与开关元件IGBT21的E极连接；温控器的输入信号与埋在感应线圈中间的热电偶温度传感器连接，输出控制信号与控制电路的软启动输入端连接。其中控制电路为单片微型计算机控制系统，单片微型计算机控制系统包括高频电流检测器、输入电流检测器、IGBT温度检测器、负载温度检测器、电网电压检测器、显示器、功率调制器、双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路、隔离驱动器。

电源经整流、滤波后由IGBT逆变电路逆变，转换成18～30KHz高频交流。高频交流电源加在电磁线圈和功率谐振电容组成的谐振电路上，在线圈平面产生交变磁场，交变磁场使管道自身发热，温度升高。

所述加热线圈是快装型阻燃加热带如图3所示,快装型阻燃加热带内线圈采用云母绕包玻璃纤维编织耐火高温电缆绕制，工作电压，交流额定电压600V以下，长期允许使用温度500℃以下，线圈外面采用耐热阻燃帆布固定保护。快装型阻燃加热带尺寸根据管道周长进行设计。加热带宽度为30cm（宽度尺寸由焊接操作面宽度决定），长度为管道周长的一半，裸电线段两端有两个连接插头,插头接入电磁加热控制系统的负载端，该快装型阻燃加热带固定在线圈夹具最里圈；

所述快装型阻燃加热带夹具的结构如图4和图5所示，它是两个半圆形切割支架5一端由单轴铰链7连接，另一端由弹簧板钩6连接构成圆圈，在切割支架5的内侧安装有上下两组4只滚动轴承1，与4只滚动轴承1间隔开的直径线的两端个安装一刀架3，刀架3的里端按装有割刀2，割刀2的外端与切割深度调节手柄4相连，切割深度调节手柄4里部的螺杆与刀架3上的螺母配合；滚动轴承1有利于对管道的限位和转动，减小切割阻力；割刀2用于切割防腐层；刀架3用于固定割刀的零件；切割深度调节手柄4，由于防腐层的薄厚不同，所以才设计成为可调节式；切割支架5下面有单轴铰链7，其相对位置有一个弹簧板钩6起连接作用；弹簧板钩6主要作用是可以开启，卡扣在管道上，弹簧板钩6设有悬挂弹簧，起到缓冲作用，管道如有椭圆和焊道等突出时起到对割刀的保护作用铰链7起到连接作用，方便操作。

快装型阻燃加热带优点：

1）可以根据管线直径变化，可多变性，例如可以根据去防腐层位置变化为圆形，长方形，圆周等形状；

2）快装型阻燃加热带适用于严重管线变形位置，不会影响加热速率；

3）快装型阻燃加热带加热时不会超生明火，可用于特种作业；

4）线圈与高温阻燃布结合可耐温到达500℃以下；

5）快装型阻燃加热带可以反复适用，减低了设备使用时的损坏率。

本发明通过电磁原理让钢管自发热，达到粘合剂软化点温度，温度为220℃-240℃之间（最佳温度值根据模拟实验得知）后，快速去除3PE防腐层。

本设备可以依据钢管直径变化而变化，也可以应用于变形较大的管线并可以达到干净剥离的效果。

电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置可以快速安全的去除3PE防腐层，电磁感应式3PE防腐层快速剥离机具有以下优点：

1.具有一个500℃以下的测温热电偶，当检测0～500℃范围时，检测误差为±1℃，温度控制器可设置温度波动范围为3℃，控制精准；

2.具有软启动加热/停止模式：完全电气隔离，具有防爆功能，可以与固态继电器（或接触器）控制端口并合使用；

3.具有功率调节范围：30～100％，根据需要自己调节，灵活使用；

4.具有LED指示灯可以准确知道机器工作情况；

5.具有线圈输出电流大小、IGBT温度等参数控制；

6.具有加热线圈短路、开路，缺相、过热、过流、过压等保护功能；

7.具有定时、累计计时、数据记载等功能；

8.操作简单方便，节省时间和人力并不伤害钢管本体，不会影响钢管的焊接强度；

9.钢管在有热损耗的情况下整体加热时间为10-15分钟，整体加热时间快，缩短工作时间；

10.钢管加热后恒温时间长，可以让3PE防腐层完全剥离并剥离干净，可以迅速开展下一步工作；

11.阻燃加热带可以依据钢管直径变化而变化，也可以应用变形较大的管线并可以达到干净剥离效果。具有可变性和实用性。

电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置适用于管道老化或各种不利因素影响致使管道无法正常输送原油，发生突发性抢修或计划性换管、动火等工作时。

电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置应用前景广泛，使用价值高，具有推广性。

附图说明

图1电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置原理框图

图2电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置电原理图

图3电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置快装型阻燃加热带

图4快装型阻燃加热带夹具正视图

图5快装型阻燃加热带夹具侧视图

其中1—滚动轴承2—割刀

3—刀架4—切割深度调节手柄

5—切割支架6—弹簧板钩

7—单轴铰链

具体实施方式

实施例.本例是一实验样机，其构成如图1-图4所示。本电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置由两部分组成：分别为电磁加热控制系统和快装型阻燃加热带加热线圈。电磁加热控制系统输出接快装型阻燃加热带。所述电磁加热控制系统如图1所示，包括单片微型计算机控制系统、输入电流检测、温度检测、加热负载适应检测、电网电压检测、显示器、功率调制器、双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路、隔离驱动器、主电源、高频过流保护。输入电流检测、温度检测、加热负载适应检测、电网电压检测的输出接单片微型计算机控制系统的输入，电源为单片微型计算机控制系统供电；单片微型计算机控制系统输出有操作显示器、指示灯显示器及风扇驱动，单片微型计算机控制系统输出依次串接功率调制器、双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路和隔离驱动器，主电源和隔离驱动器的输出接半桥/全桥主电路结构，半桥/全桥主电路结构输出接线圈及负载；线圈及负载接功率谐振电容，功率谐振电容接高频信号采样，高频信号采样输出接高频过流保护，高频过流保护输出一路接单片微型计算机控制系统的输入，另一路接双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路；单片微型计算机控制系统还有软启动。

所述加热线圈是快装型阻燃加热带,快装型阻燃加热带内线圈采用云母绕包玻璃纤维编织耐火高温电缆绕制，工作电压，交流额定电压600V以下，长期允许使用温度500℃以下，线圈外面采用耐热阻燃帆布固定保护。快装型阻燃加热带尺寸根据管道周长进行设计。加热带宽度为30cm（宽度尺寸由焊接操作面宽度决定），长度为管道周长的一半，裸电线段两端有两个连接插头,插头接入电磁加热控制系统的负载端，该快装型阻燃加热带固定在线圈夹具最里圈；

所述线圈夹具的结构如图3和图4所示，它是两个半圆形切割支架5一端由单轴铰链7连接，另一端由弹簧板钩6连接构成圆圈，在切割支架5的内侧安装有上下两组4只滚动轴承1，与4只滚动轴承1间隔开的直径线的两端个安装一刀架3，刀架3的里端按装有割刀2，割刀2的外端与切割深度调节手柄4相连，切割深度调节手柄4里部的螺杆与刀架3上的螺母配合；

所述电磁加热控制系统的电原理如图2所示；电源插头的两条线经保险和全桥整流电路接由C1、L1、C2组成的滤波电路，滤波电容C2的两端接串联的电容C3和电容C4，电容C3和电容C4之间接线圈输出到感应线圈的一端；同时滤波电容C2的两端接串联的逆变电路IGBT1和逆变电路IGBT2的1端和2端，开关元件IGBT1和开关元件IGBT2之间接互感器CT1的2端，互感器CT1的1端接线圈输出2后接感应线圈的另一端；互感器CT1的4端接地，3端接控制电路，互感器CT1的3端与4端之间并联电阻R3；开关元件IGBT1的G极与E极之间分别并联电阻R1，再与稳压二极管ZD1、ZD2串联组并联；开关元件IGBT2的G极与E极之间分别并联电阻R3，再与稳压二极管ZD3、ZD4串联组并联；从驱动1G1出来的控制信号1端串联电阻R4后与开关元件IGBT1的G极连接,2端直接与开关元件IGBT1的E极连接；从驱动2G2出来的控制信号1端串联电阻R2后与开关元件IGBT2的G极连接,2端直接与开关元件IGBT21的E极连接；温控器的输入信号与埋在感应线圈中间的热电偶温度传感器连接，输出控制信号与控制电路的软启动输入端连接。

其中：

开关元件IGBT1选用原装进口英飞凌150AIGBT模块；

驱动模块选用驱动模块日本富士EXB841

控制电路为单片微型计算机控制系统，选型为三星单片机S3F9454。单片微型计算机控制系统包括高频电流检测器、输入电流检测器、IGBT温度检测器、负载温度检测器、电网电压检测器、显示器、功率调制器、双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路、隔离驱动器。

其它元件的选值如图2所示。

电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置试验中的数据：

电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置第一次通过3PE防腐钢管，钢管直径为813mm，长度为9M无介质流动加温时（室温17℃），第一次给钢管加热剥离温度为150℃加热二十分钟，导致第一次剥离未能完全剥离。

电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置第二次通过3PE防腐钢管，钢管直径为813mm，长度为9M无介质流动加热十五分钟（室温21℃），3PE防腐钢管加热剥离温度为200℃，恒温情况下，面积为（100cm×30cm）剥离彻底干净。

电磁感应式管道3PE防腐层快速剥离装置第三次通过3PE防腐钢管，钢管直径为813mm，长度为11M无介质流动加热十五分钟（室温17℃），3PE防腐钢管加热剥离温度为210℃，恒温情况下，面积为（100cm×30cm）剥离彻底干净。

电磁感应式管道3PE防腐层钢管直径为813mm，长度为9M，剥离装置在模拟漏油抢修现场试验（室温20℃），将钢管注入1/3原油，让原油完全覆盖钢管管内壁，把钢管两端放置黄油墙，做好密封和现场保护措施。放置一小时，让钢管内充满可燃的油气，然后电磁感应式3PE防腐层快速剥离机加热钢管（温度设置为240℃-260℃之间加热），15分钟后，整个加热过程未达到原油闪爆点，可燃气体检测气体浓度在安全范围值之内，所以加热温度值在安全范围之内并可以快速剥离3PE防腐层。

本例经试验，证明本电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置具有于下特点：

1）整体电源加热设备使用软启动方式，完全油气隔离杜绝固态继电器接触时产生的电火花；

2）根据上述实验结果的知去除3PE防腐层面积为（100cm×30cm）剥离彻底干净，时间为（10-15分钟）节省时间和人力并且不伤害钢管本体；

3）杜绝物理去除伤害钢管焊接位置，不会影响钢管的焊接强度；

4）操作简单方便1-2人便可操作，节省人力；

5）整套设备安全防爆达标适用于特种作业。

Claims (3)

1.一种电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置，其特征是由电磁加热控制系统和加热线圈两部分组成；电磁加热控制系统输出接绕在管道上的加热线圈；

所述电磁加热控制系统包括单片微型计算机控制系统、高频电流检测器、输入电流检测器、IGBT温度检测器、负载温度检测器、电网电压检测器、显示器、功率调制器、双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路、隔离驱动器、主电源、高频过流保护；高频电流检测器、输入电流检测器、IGBT温度检测器、负载温度检测器、电网电压检测器的输出接单片微型计算机控制系统的输入，电源为单片微型计算机控制系统供电；单片微型计算机控制系统输出有操作显示器、指示灯显示器及风扇驱动器，单片微型计算机控制系统输出依次串接功率调制器、双PWM发生器、频率跟踪锁相控制电路和隔离驱动器，工频三相电源输出接大功率整流电路，大功率整流电路和隔离驱动器的输出接IGBT全桥逆变电路，IGBT全桥逆变电路输出接加热线圈；加热线圈接有功率谐振电容；单片微型计算机控制系统还有软启动；

所述加热线圈为快装型阻燃加热带,在矩形耐热阻燃帆布带(11)上绕固高频线圈(10)，高频线圈(10)的两端接连接电缆(8)，耐热阻燃帆布带(11)的两端固定有快速粘扣(9)；快装型阻燃加热带内线圈采用云母绕包玻璃纤维编织耐火高温电缆绕制，工作电压，交流额定电压600V以下；快装型阻燃加热带的长度为管道周长的一半，裸电线段两端有两个连接插头,插头接入电磁加热控制系统的负载端，快装型阻燃加热带固定在线圈夹具最里圈；

受温度控制的电源经电磁加热控制系统将工频交流电整流、滤波、逆变成16～30KHz的高频交流电，通过连接线接到电磁加热圈上，高频交流电透过保温材料作用于金属被加热体，使被加热体自身发热；或把电源直接输入到电磁加热控制系统，原有的温度控制器直接通过电加热控制器的软启动接口来控制电磁加热控制系统的工作状态。

2.根据权利要求1所述的电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置，其特征是所述电磁加热控制系统的电原理为:电源插头的两条线经保险和全桥整流电路接由C1、L1、C2组成的滤波电路，滤波电容C2的两端接串联的电容C3和电容C4，电容C3和电容C4之间接线圈输出1到感应线圈的一端；同时滤波电容C2的两端接串联的开关元件IGBT1和开关元件IGBT2的1端和2端，开关元件IGBT1和开关元件IGBT2之间接互感器CT1的2端，互感器CT1的1端接线圈输出2后接感应线圈的另一端；互感器CT1的4端接地，3端接控制电路，互感器CT1的3端与4端之间并联电阻R3；开关元件IGBT1的G极与E极之间分别并联电阻R1，再与稳压二极管ZD1、ZD2串联组并联；开关元件IGBT2的G极与E极之间分别并联电阻R3，再与稳压二极管ZD3、ZD4串联组并联；从驱动1的G1端出来的控制信号串联电阻R2后与开关元件IGBT1的G极连接,E1端直接与开关元件IGBT1的E极连接；从驱动2的G2端出来的控制信号串联电阻R4后与开关元件IGBT2的G极连接,E2端直接与开关元件IGBT2的E极连接；温控器的输入信号与埋在感应线圈中间的热电偶温度传感器连接，输出控制信号与控制电路的软启动输入端连接。

3.根据权利要求1所述的电磁感应式管道3PE防腐快速剥离装置，其特征是所述线圈夹具的结构是两个半圆形切割支架(5)，一端由单轴铰链(7)连接，另一端由弹簧板钩(6)连接构成圆圈，在切割支架(5)的内侧安装有上下两组4只滚动轴承(1)，与4只滚动轴承(1)间隔开的直径线的两端个安装一刀架(3)，刀架(3)的里端按装有割刀(2)，割刀(2)的外端与切割深度调节手柄(4)相连，切割深度调节手柄(4)里部的螺杆与刀架(3)上的螺母配合；切割支架(5)下面有单轴铰链(7)，其相对位置有一个起连接作用的弹簧板钩(6)，弹簧板钩(6)设有悬挂弹簧。