CN105256124A - 一种防腐钢管制造的冷却方法及冷却设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防腐钢管制造的冷却方法及冷却设备。防腐钢管制造的冷却方法为：当钢管的第一管端从防腐作业区螺旋前进至冷却区后，冷却喷嘴移动至钢管内部的冷却工作位置并保持不动，钢管继续螺旋前进，冷却水连续冷却钢管内壁；当钢管的第二管端前进至冷却喷嘴位置时，冷却喷嘴移出钢管内部，到达工作等待位置，同时，钢管加速与下一根钢管分离；拨管装置将已完成内部冷却的钢管拨至下一道工序；重复以上步骤，冷却喷嘴移动至冷却工作位置，开始对下一根钢管进行内部冷却。实现上述冷却方法的冷却设备包括传动装置、内部冷却装置、拨管装置和控制系统。本发明的冷却方法和冷却设备，提高了钢管的防腐质量和冷却效率，降低了生产成本。

Description

一种防腐钢管制造的冷却方法及冷却设备

技术领域

本发明属于防腐钢管制造领域，涉及一种防腐钢管制造的冷却方法及冷却设备。

背景技术

防腐钢管生产线包括预处理区、防腐作业区、冷却区和后处理区等四大主要功能区，冷却区紧挨防腐作业区设置，对从防腐作业区首尾相接过来的高温防腐钢管进行冷却。

目前的防腐钢管生产线主要采用外部冷却方法来冷却防腐层和钢管，外层的防腐层先冷却，内层的钢管后冷却，若有多层防腐层，也是由外层向内层逐层冷却。由于防腐层的传热慢，内层的钢管完成冷却需要较长时间，冷却效率低。防腐层从熔融状态冷却为固态时存在显著的体积收缩率(10～25%)，在外表面逐渐冷却时，防腐层在钢管上产生环向应力，尤其是在焊缝隆起位置，这个环向应力将会拖曳熔融聚合物形成切线结构，导致焊缝顶部的防腐层厚度变薄，导致焊脚和焊缝顶部防腐层与管壁间产生空穴、层间分离或不连续，如图1所示。为了使焊缝顶部的防腐层达到标准要求的厚度，就必须增加整根钢管防腐层的厚度，造成防腐原材料的浪费，从而导致成本上升。从外部冷却导致的焊脚和焊缝顶部空穴、层间分离或不连续造成了防腐质量的隐患，在恶劣的环境条件下这些缺陷点首先发生腐蚀，在环向应力作用下发生腐蚀扩散，导致防腐层较快失效。在装卸、运输或填埋过程中若防腐层被划伤，大的环向应力易使防腐层沿划缝撕裂。

在目前的防腐钢管生产线中，也有试图对防腐钢管内部进行冷却的方法，其主要结构为，在防腐作业区与冷却区相交的位置设置冷却喷嘴，往钢管喷射冷却水，出水方向朝向冷却区。但是只有当钢管已全部进入冷却区以后，冷却水才能进入钢管内部，此时防腐层经过外部冷却，已基本冷却完成，无法消除上述缺陷。在钢管刚刚进入冷却区时，只有少量的冷却水漏入钢管管端内部，虽然对管端有轻微的内部冷却效果，但也不足以冷却钢管本体和防腐层。

发明内容

本发明的目的是针对现有的防腐钢管冷却方法存在的防腐质量缺陷和成本上升等问题，提供一种可提高防腐质量、提高冷却效率、降低成本、可用于现有生产线改造且较易实现的防腐钢管内部冷却方法和冷却设备。

冷却区紧挨防腐作业区设置，钢管首尾相接连续通过防腐作业区，进入冷却区，实现钢管内部冷却的方法如下：当钢管的第一管端从防腐作业区螺旋前进至冷却区后，第一步，内部冷却装置上所设的冷却喷嘴移动至钢管内部的冷却工作位置，启动所述冷却喷嘴，所述冷却喷嘴的出水方向朝向冷却区，且其出水角度能保证冷却水喷到钢管的内壁，所述内部冷却装置保持不动，钢管继续螺旋前进，实现冷却水对钢管内壁的连续冷却。第二步，当钢管的第二管端前进至所述冷却喷嘴位置时，所述冷却喷嘴移出钢管内部，到达工作等待位置，与此同时，钢管加速与下一根钢管分离。第三步，钢管停止前进，拨管装置将已完成内部冷却的钢管横移至与钢管螺旋前进方向平行设置的下一道工序。重复以上步骤，所述冷却喷嘴移动至冷却工作位置，开始对下一根钢管进行内部冷却。

进一步地，所述冷却工作位置距离钢管防腐作业区为0～2米。

进一步地，所述冷却喷嘴的出水方向朝向冷却区，且与钢管轴线呈45～80度角。

进一步地，在所述内部冷却装置上沿所述冷却喷嘴的出水方向设有气嘴，且所述气嘴较所述冷却喷嘴更靠近防腐作业区，从所述气嘴喷出高压气体，以保证冷却水不进入至防腐作业区。

本发明还提供一种实现上述冷却方法的冷却设备，所述冷却设备包括传动装置、内部冷却装置、拨管装置和控制系统。所述传动装置包括两排传动轮，所述传动轮与钢管的径向成一定角度布置，由电机驱动，实现对钢管的螺旋传动。所述内部冷却装置具有工作臂，所述工作臂的一端设有冷却喷嘴，所述工作臂的另一端设有支撑部，所述工作臂沿钢管的轴向移动，实现所述冷却喷嘴在冷却工作位置和工作等待位置之间的切换。所述拨管装置将钢管从内部冷却工序横移至下一道工序。所述控制系统对所述传动装置、所述内部冷却装置和所述拨管装置进行控制。

所述控制系统包括控制器和设置在钢管螺旋前进方向的位置传感器，所述位置传感器可以将信号发送给所述控制器，所述控制器可以与所述传动装置的动力模块、所述内部冷却装置的动力模块、所述拨管装置的动力模块之间双向传送信号，所述位置传感器能感应钢管的位置并产生信号，所述控制器接收所述位置传感器的信号，并根据其所设控制程序，对所述传动装置、所述内部冷却装置和所述拨管装置进行控制，以实现对钢管的内部冷却。

所述内部冷却装置的结构可以有多种形式。

优选地，所述内部冷却装置的所述支撑部为轨道小车，所述内部冷却装置还包括沿钢管轴向设置在地面供所述轨道小车移动的轨道，所述工作臂固定连接在所述轨道小车上，所述轨道小车沿所述轨道往复运动，实现所述冷却喷嘴在冷却工作位置和工作等待位置之间的切换。

可选择地，所述内部冷却装置的所述支撑部固定地设置在地面，所述工作臂固定设置在所述支撑部上，所述工作臂为伸缩结构，通过所述工作臂的伸缩，实现所述冷却喷嘴在冷却工作位置和工作等待位置之间的切换。

进一步地，为了方便水管、气管等的设置，所述工作臂为中空结构，水管、气管等设置于其中。

进一步地，所述冷却工作位置距离钢管防腐作业区为0～2米。

进一步地，所述冷却喷嘴的出水方向朝向冷却区，且与钢管轴线呈45～80度角，既保证冷却水对钢管内壁的全部覆盖，又保证冷却水流向冷却区。

进一步地，在所述内部冷却装置上沿所述冷却喷嘴的出水方向设有气嘴，且所述气嘴较所述冷却喷嘴更靠近防腐作业区，从所述气嘴喷出高压气体，以保证冷却水不进入至防腐作业区。

进一步地，所述位置传感器为光电传感器。

本发明的防腐钢管制造的冷却方法和冷却设备，实现了对连续生产的防腐钢管进行不间断的内部冷却，方便对现有生产线进行改造升级，具有以下优势。

采用内部冷却，由于防腐层的冷却过程是从内向外，防腐层在冷却收缩时与管壁的粘接更好，能有效消除防腐层的环向内应力，提高防腐层抵抗环境破坏的能力，能有效消除防腐层与焊缝顶部和焊脚处的空穴，提高防腐层与钢管本体的粘接性能，提高使用寿命。

由于钢管的导热系数远高于防腐层的导热系数，采用内部冷却能提高冷却效率，降低生产成本。

采用内部冷却，由于防腐层的冷却过程是从内向外，且冷却速度快，焊缝处的防腐层不变薄或变薄很微弱，从而提高防腐质量并降低生产成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为外部冷却形成缺陷的原理示意图；

图2为防腐钢管生产线的主要功能区示意图；

图3为本发明的防腐钢管制造冷却方法流程图；

图4为本发明的防腐钢管制造冷却设备的结构示意图；

图5为控制系统的结构示意图；

图6A、图6B和图6C为冷却设备不同工作状态的示意图；

图7为冷却设备的工作流程图；

图8A和图8B分别为内部冷却装置的侧视和俯视结构示意图；

图9A和图9B分别为工作臂处于收缩和伸长状态时内部冷却装置的结构示意图；

图10为冷却喷嘴的出水范围示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实现而不局限于本文所述的实施例。另外，这些实施例是为完全公开本发明，便于本领域技术人员对权利要求范围的完整理解。为了便于描述清楚，对图中各层次、区域部分的大小及相对大小进行了夸大处理。附图中相同标号表示相同的元件。

图2所示为防腐钢管生产线的主要功能区示意图，包括预处理区A、防腐作业区B、冷却区C和后处理区D，冷却区C紧挨防腐作业区B设置，钢管首尾相接连续通过防腐作业区B，进入冷却区C。本发明实现钢管内部冷却的方法如下：

当钢管的第一管端从防腐作业区B螺旋前进至冷却区C后，第一步，内部冷却装置上所设的冷却喷嘴移动至钢管内部的冷却工作位置，启动所述冷却喷嘴，所述冷却喷嘴的出水方向朝向冷却区，且其出水角度能保证冷却水喷到钢管的内壁，所述内部冷却装置保持不动，钢管继续螺旋前进，实现冷却水对钢管内壁的连续冷却。第二步，当钢管的第二管端前进至所述冷却喷嘴位置时，所述冷却喷嘴移出钢管内部，到达工作等待位置，与此同时，钢管加速与下一根钢管分离。第三步，钢管停止前进，拨管装置将已完成内部冷却的钢管横移至与钢管螺旋前进方向平行设置的下一道工序，所述拨管装置回复到原位置待命。重复以上步骤，所述冷却喷嘴移动至冷却工作位置，开始对下一根钢管进行内部冷却。本发明冷却方法的具体作业流程如图3所示。

进一步地，所述冷却工作位置距离钢管防腐作业区B为0～2米。

进一步地，所述冷却喷嘴的出水方向朝向冷却区C，且与钢管轴线呈45～80度角。

进一步地，在所述内部冷却装置上沿所述冷却喷嘴的出水方向设有气嘴，且所述气嘴较所述冷却喷嘴更靠近防腐作业区B，从所述气嘴喷出高压气体，以保证冷却水不进入至防腐作业区B。

本发明还提供一种实现上述冷却方法的冷却设备，所述冷却设备包括传动装置11、内部冷却装置12、拨管装置13和控制系统14，如图4所示，为突出本发明特点，附图中仅表示出了与本发明内容密切相关的必要组件，而略去了例如供水装置、电缆、电器元件等其他组件。传动装置11包括两排传动轮，传动轮与钢管的径向成一定角度布置，由电机驱动，实现对钢管的螺旋传动，此类传动装置11在现有防腐钢管生产线的预处理区A、防腐作业区B、冷却区C和后处理区D等主要功能区均有应用，在此不再赘述。内部冷却装置12具有工作臂121，工作臂121的一端设有冷却喷嘴122，工作臂121的另一端设有支撑部123，工作臂121沿钢管的轴向移动，实现冷却喷嘴122在冷却工作位置C01和工作等待位置C02之间的切换，冷却喷嘴122在冷却工作位置C01和工作等待位置C02两处位置之间切换的控制方式很常见，既可以通过位置传感器定位来实现，也可以通过对内部冷却装置12的动力模块124的定量控制来实现，在此不再赘述。拨管装置13将钢管从内部冷却工序横移至下一道工序，此类拨管装置13在现有防腐钢管生产线的预处理区A、防腐作业区B、冷却区C和后处理区D等主要功能区均有应用，在此不再赘述。如图5所示，控制系统14包括控制器141和设置在钢管螺旋前进方向的位置传感器1421和1422，其中位置传感器1421较位置传感器1422更靠近防腐作业区B，即位置传感器1421先于位置传感器1422感应到钢管，位置传感器1421和1422可以将信号发送给控制器141，控制器141可以与传动装置11的动力模块111、内部冷却装置12的动力模块124、拨管装置13的动力模块131之间双向传送信号，位置传感器1421和1422能感应钢管的位置并发送信号给控制器141，控制器141接收位置传感器1421和1422的信号，并根据其所设控制程序，对传动装置11的动力模块111、内部冷却装置12的动力模块124和拨管装置13的动力模块131进行控制，以实现对钢管的内部冷却。

本发明的冷却设备的具体工作流程为：当钢管201的第一管端从防腐作业区B螺旋前进至冷却区C后，冷却喷嘴122从工作等待位置C02移动至冷却工作位置C01，并启动冷却喷嘴122，如图4所示；冷却喷嘴122保持不动，钢管201继续螺旋前进，实现冷却水对钢管内壁的连续冷却；当钢管201的第一管端到达位置传感器1421所在位置，如图6A所示，冷却喷嘴122从冷却工作位置C01移动至工作等待位置C02，关闭冷却喷嘴122，与此同时，钢管201加速与下一根钢管202分离；当钢管201的第一管端到达位置传感器1422所在位置，如图6B所示，钢管201停止前进，拨管装置13将钢管201从内部冷却工序横移至下一道工序并回复到原位置待命，如图6C所示；重复以上步骤，冷却喷嘴122从工作等待位置C02移动至冷却工作位置C01，开始对下一根钢管进行内部冷却。图7给出上述工作流程的具体步骤图。

内部冷却装置12的结构可以有多种形式，其并不限于以下描述的两种具体形式。

一种具体形式为：内部冷却装置12的支撑部123为轨道小车，内部冷却装置12还包括沿钢管轴向设置在地面供轨道小车移动的轨道125，工作臂121固定连接在轨道小车上，轨道小车沿轨道125往复运动，实现冷却喷嘴122在冷却工作位置C01和工作等待位置C02之间的切换，如图8A和图8B所示。

可选择地，另一种具体形式为：内部冷却装置12的支撑部123固定地设置在地面，工作臂121固定设置在支撑部123上，工作臂121为伸缩结构，通过工作臂121的伸缩，实现冷却喷嘴122在冷却工作位置C01和工作等待位置C02之间的切换，如图9A和图9B所示，其中，图9A所示工作臂121为收缩状态，图9B所示工作臂121为伸长状态。

进一步地，为了方便水管、气管等的设置，工作臂121为中空结构，水管、气管等设置于其中。

进一步地，冷却工作位置C01距离钢管防腐作业区B为0～2米。

进一步地，冷却喷嘴122的出水方向朝向冷却区C，且与钢管轴线呈45～80度角，如图10所示，α≥45°，β≤80°，冷却水的覆盖区域包括α至β角之间的部分或全部区域，既保证冷却水对钢管内壁的全部覆盖，又保证冷却水流向冷却区。

进一步地，在内部冷却装置12上沿冷却喷嘴122的出水方向设有气嘴，且气嘴较冷却喷嘴122更靠近防腐作业区B，从气嘴喷出高压气体，以保证冷却水不进入至防腐作业区B。

进一步地，位置传感器1421（1422）为光电传感器。

本发明的防腐钢管制造的冷却方法和冷却设备，实现了对连续生产的防腐钢管进行不间断的内部冷却，方便对现有生产线进行改造升级，具有以下优势。

采用内部冷却，由于防腐层的冷却过程是从内向外，防腐层在冷却收缩时与管壁的粘接更好，能有效消除防腐层的环向内应力，提高防腐层抵抗环境破坏的能力，能有效消除防腐层与焊缝顶部和焊脚处的空穴，提高防腐层与钢管本体的粘接性能，提高使用寿命。

由于钢管的导热系数远高于防腐层的导热系数，采用内部冷却能提高冷却效率，降低生产成本。

采用内部冷却，由于防腐层的冷却过程是从内向外，且冷却速度快，焊缝处的防腐层不变薄或变薄很微弱，从而提高防腐质量并降低生产成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防腐钢管制造的冷却方法，冷却区紧挨防腐作业区设置，钢管首尾相接连续通过防腐作业区，进入冷却区，实现防腐钢管内部冷却的方法如下：

当钢管的第一管端从防腐作业区螺旋前进至冷却区域后，第一步，内部冷却装置上所设的冷却喷嘴移动至钢管内部的冷却工作位置，启动所述冷却喷嘴，所述冷却喷嘴的出水方向朝向冷却区域，且其出水角度能保证冷却水喷到钢管的内壁，所述内部冷却装置保持不动，钢管继续螺旋前进，实现冷却水对钢管内壁的连续冷却；第二步，当钢管的第二管端前进至所述冷却喷嘴位置时，所述冷却喷嘴移出钢管内部，到达工作等待位置，与此同时，钢管加速与下一根钢管分离；第三步，钢管停止前进，拨管装置将已完成内部冷却的钢管横移至与钢管螺旋前进方向平行设置的下一道工序；重复以上步骤，所述冷却喷嘴移动至冷却工作位置，开始对下一根钢管进行内部冷却。

2.根据权利要求1所述的防腐钢管制造的冷却方法，其特征在于，所述冷却工作位置距离钢管防腐作业区为0～2米。

3.根据权利要求1所述的防腐钢管制造的冷却方法，其特征在于，所述冷却喷嘴的出水方向朝向冷却区，且与钢管轴线呈45～80度角。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的防腐钢管制造的冷却方法，其特征在于，在所述内部冷却装置上沿所述冷却喷嘴的出水方向设有气嘴，且所述气嘴较所述冷却喷嘴更靠近防腐作业区，从所述气嘴喷出高压气体。

5.一种实现权利要求1所述防腐钢管制造冷却方法的冷却设备，其特征在于，所述冷却设备包括传动装置（11）、内部冷却装置（12）、拨管装置（13）和控制系统（14）；

所述传动装置（11）实现对钢管的螺旋传动；

所述内部冷却装置（12）具有工作臂（121），所述工作臂（121）的一端设有冷却喷嘴（122），所述工作臂（121）的另一端设有支撑部（123），所述工作臂（121）沿钢管的轴向移动，实现所述冷却喷嘴（122）在冷却工作位置（C01）和工作等待位置（C02）之间的切换；

所述拨管装置（13）将钢管从内部冷却工序横移至下一道工序；

所述控制系统（14）对所述传动装置（11）、所述内部冷却装置（12）和所述拨管装置（13）进行控制。

6.根据权利要求5所述的防腐钢管制造的冷却设备，其特征在于，所述控制系统（14）包括控制器（141）和设置在钢管螺旋前进方向的位置传感器（1421；1422），所述位置传感器（1421；1422）可以将信号发送给所述控制器（141），所述控制器（141）可以与所述传动装置（11）的动力模块（111）、所述内部冷却装置（12）的动力模块（124）、所述拨管装置（13）的动力模块（131）之间双向传送信号，所述位置传感器（1421；1422）能感应钢管的位置并产生信号，所述控制器（141）接收所述位置传感器（1421；1422）的信号，并根据其所设控制程序，对所述传动装置（11）、所述内部冷却装置（12）和所述拨管装置（13）进行控制。

7.根据权利要求5所述的防腐钢管制造的冷却设备，其特征在于，所述内部冷却装置（12）的所述支撑部（123）为轨道小车，所述内部冷却装置（12）还包括沿钢管轴向设置在地面供所述轨道小车移动的轨道（125），所述工作臂（121）固定连接在所述轨道小车上，所述轨道小车沿所述轨道（125）往复运动，实现所述冷却喷嘴（122）在冷却工作位置（C01）和工作等待位置（C02）之间的切换；

或所述内部冷却装置（12）的所述支撑部（123）固定地设置在地面，所述工作臂（121）固定设置在所述支撑部（123）上，所述工作臂（121）为伸缩结构，通过所述工作臂（121）的伸缩，实现所述冷却喷嘴（122）在冷却工作位置（C01）和工作等待位置（C02）之间的切换。

8.根据权利要求5所述的防腐钢管制造的冷却设备，其特征在于，所述冷却工作位置（C01）距离钢管防腐作业区（B）为0～2米。

9.根据权利要求5所述的防腐钢管制造的冷却设备，其特征在于，所述冷却喷嘴（122）的出水方向朝向冷却区（C），且与钢管轴线呈45～80度角。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的防腐钢管制造的冷却设备，其特征在于，在所述内部冷却装置（12）上沿所述冷却喷嘴（122）的出水方向设有气嘴，且所述气嘴较所述冷却喷嘴（122）更靠近防腐作业区（B），从所述气嘴喷出高压气体。