全防腐涂塑鋼管流水線改造

黃翔宇

（同濟大學 機械與能源工程學院，上海 200092）

本文將以凈鑫市政管道工程配套有限公司的全防腐涂塑鋼管流水線為研究對象，通過設計新型輸送鏈、噴粉臺及對熱功率再設計解決其現存問題，滿足生產要求。

1 流水線性能分析

1.1 只能加工定長6m及DN300以下的鋼管，雖然可以通過調整導軌間距及更換擋條進行調整，但最短也只能加工2.5m的短管，且調整作業勞動強度大，十分不便。

1.2 鋼管兩端與聚四氟乙烯滾輪的接觸面漆層破壞嚴重，與固化箱鏈條接觸時還會造成二次破壞，無法達到使用要求［1］。

1.3 固化箱和預熱箱的升溫效果和保溫效果均不理想，升溫慢降溫快，造成預熱和固化溫度均達不到要求，環氧樹脂涂層質量差。

由于現有全防腐給水涂塑復合鋼管流水線存在以上問題，故亟待改進。

2 輸送系統設計

原有的輸送鏈為傳統的擋條式輸送鏈，鋼管在擋條的推動下向前運動。這種老式的輸送鏈不僅會讓鋼管在兩個相鄰擋條之間來回運動，同時因為鋼管直接接觸鏈條，鏈條上的潤滑劑油污、高溫碳化的黑色污漬都會直接附著在鋼管上，在噴涂完成后的輸送過程中更會直接破壞接觸到的所有涂層［2］。

本文提出了一種全新的四點支撐輸送鏈。該輸送鏈的內鏈板和外鏈板被設計為帶有90°的尖齒造型（圖1）。

圖1 新型輸送鏈示意圖

這樣首先就避免了鋼管直接與套筒及滾子的接觸，避免油污的沾染。其次鋼管與鏈條的接觸部分也縮小到只有4個點，最大限度地保證了涂層的完整。最后這樣的設計去除了擋條式輸送鏈對管道尺寸的限制，不管是多少口徑的管道都可以輕松地做到四點定位并輸送，而無須增大或者縮小擋條的間距來對應各種不同口徑的管道。

3 噴粉臺設計

噴粉臺（見圖2）原來的設計為使用2 組聚四氟乙烯輪作為驅動輪設置在鋼管兩端，由兩邊的電動機帶動驅動輪進行旋轉。鋼管在驅動輪的摩擦力下相應轉動。但在實際生產中，鋼管的這兩部分恰好是最重要的端口防腐位置。現有的加工方法會讓噴涂上去的環氧樹脂粉末在熔融狀態下黏附在驅動輪上，只要稍有滾動就會破壞整個端口的涂層，并為補噴帶來不便。

圖2 噴粉平臺結構示意圖

因此，為了能減少支撐驅動部分給涂層造成的影響，本文設計了新的噴粉臺結構。

放棄大面積支撐的聚四氟乙烯輪，而采用2 組帶細齒的刀輪作為主驅動輪設置在中間位置。這樣既能保證摩擦系數，經過試驗，最終只會在管中留下兩條細細的跡，經過局部補噴可以保證涂層的完整和使用性能［3-4］。

刀輪下設置抬升裝置。當鋼管進給到位后，刀輪抬升，將鋼管垂直托離輸送鏈。在噴涂完成后，刀輪下降，將鋼管平穩地放置在輸送鏈上，并立刻對細齒刀輪留下的痕跡進行補噴。這樣就能使流水線對圖層的損傷降到最低，最大限度保護了涂層的完整和使用性能［5］。

4 熱效率設計

現有的預熱烘箱和固化烘箱存在升溫慢，散熱快的問題。所以必須評估熱效率后對現在烘箱做出調整。

4.1 預熱室熱耗量計算

K—熱損耗量儲備系數，K取1.2

Qh1—預熱室散熱量（Kcal/h）

Qh2—地面散熱量（Kcal/h）

Qh3—預熱室內與熱風接觸的金屬吸熱量（Kcal/h）

Qh4—外部風管與熱風接觸金屬的吸熱量（Kcal/h）

Qh5—送排風系統中巖棉吸熱量（Kcal/h）

Qh6—送排風系統中與熱風接觸的金屬吸熱量（Kcal/h）

Qh7—工件吸熱量（Kcal/h）

Qh8—預熱室內空氣加熱量（Kcal/h）

Qh9—補充新鮮空氣加熱重量（Kcal/h）

4.1.1 預熱室散熱量Qh1，

K1—預熱室保溫層的傳熱系數（Kcal/m2·h·℃）

F1—預熱室保溫層的表面積之和（m2）

t1—預熱室工作溫度（℃），取280℃

t2—環境溫度（℃），考慮冬季升溫取最低－10℃

Qh1=1/2×0.258×118.5×［280-（-10）］=4 433（Kcal/h）

4.1.2 地面散熱量

K2—地面的傳熱系數（Kcal/m·h·℃）

F2—地面散熱面積（m2），由于預熱室不與地面接觸，為0m2

4.1.3 預熱室內與熱風接觸的金屬吸熱量

G1—預熱室內金屬的重量（kg）

C1—金屬比熱（Kcal/kg·℃）

t—升溫時間，0.75h

4.1.4 外部風管與熱風接觸金屬的吸熱量Qh4

G2—外部風管與熱風接觸的金屬重量（kg）

Qh4=500×0.115×［280-（-10）］/0.75=22 233（Kcal/h）（8）

4.1.5 送排風系統中巖棉吸熱量Qh5

G3—保溫材料的重量（kg）

C2—保溫材料的比熱（kcal/kg·℃）

4.1.6 送排風系統中與熱風接觸的金屬吸熱量Qh6

G4—送排風系統中接觸金屬重量（kg）

4.1.7 工件吸熱量Qh7

G5—工件重量（kg）

4.1.8 預熱室內空氣加熱量Qh8

G6—被加熱的空氣重量（kg）

C3—空氣比熱（kcal/kg·℃）

4.1.9 補充新鮮空氣加熱重量Qh9

G7—每0.5h補充新鮮空氣量kg

4.2 固化室熱耗量計算

Qh總——固化室總的熱損耗量（Kcal/h）

K——熱損耗量儲備系數， K取1.2

Qh1——固化室散熱量（Kcal/h）

Qh2——地面散熱量（Kcal/h）

Qh3——固化室內與熱風接觸的金屬吸熱量（Kcal/h）

Qh4——外部風管與熱風接觸金屬的吸熱量（Kcal/h）

Qh5——送排風系統中巖棉吸熱量（Kcal/h）

Qh6——送排風系統中與熱風接觸的金屬吸熱量（Kcal/h）

Qh7——工件吸熱量（Kcal/h）

Qh8——固化室內空氣加熱量（Kcal/h）

Qh9——補充新鮮空氣加熱重量（Kcal/h）

固化室計算步驟與預熱室完全一樣，故只給出最后結論：

4.3 預熱室循環風量的計算

式中：Vc—必要循環風量，m3/min

Q—所需熱量，Kcal

γ—空氣的相對密度，kg/m3

Cv—空氣的體積熱容，Kcal/（m3·℃）

△t—循環空氣的最高溫和最低溫度的差，℃。

爐內循環次數的關系

式中：n—爐內循環次數，次/min

Vc—循環風量，m3/min

V1—爐內容積，m3

4.4 固化室循環風量的計算

爐內循環次數 n=111/34.4=3.22（次/min）

4.5 循環風機能力確定

預熱室內容積：41m3；循環次數：5 次/min；應選用的風機能力：200m3/min，靜壓1 200Pa，功率5.5kW。

固化室內容積：34.4m3；循環次數：4次/min；應選用的風機能力：140m3/h，靜壓800Pa，功率5.5kW。

4.6 加熱裝置確定

預熱室：電熱管加熱；不銹鋼電熱管：4kW/h 支，309 577（Kcal/h）=360kW/h，360/4=90，共需要90支。固化室：電熱管加熱；不銹鋼電熱管：4kW/h 支，184 172（Kcal/h）=214kW/h，214/4=53.5共需要54支。

上述計算結果顯示，沿用原達不到該要求。原因有兩點：電熱管的功率不足以及缺乏必要的保溫措施。

因此，經過新一輪的設計，得出了解決方案：①將原有的預熱烘箱和固化烘箱各延長了1/3 以鋪設新的電熱管；②更換了新的加厚保溫棉；③加裝了前后各兩道保溫簾以阻止熱量散逸。

5 結語

本文通過對原有設備的分析，通過對輸送系統、涂裝系統和加熱系統的研究和計算，確定了原有流水線存在的問題，并提出了新型輸送鏈、刀輪驅動裝置及烘道改造的具體方案。本設計提高了涂層質量，增大了管道的加工范圍，解決了端口涂層破壞問題和粉末回收問題，并且節約了能源，大大提高了生產效率和經濟效益。對同類設備的進一步發展和改良起到了一定的借鑒作用。

［1］王錫春.涂裝車間設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2008，4.

［2］濮良貴，紀名剛.機械設計（第七版）.北京：高等教育出版社，2004，5.

［3］張學敏.涂裝工藝學（第2 版）.北京：化學工業出版社，2010，9.

［4］ Devolas Shetty，Richard A.Kolk.Mechatronics System Design.Beijing：China Machine Press，2005，（1）

［5］ 向江脇公雄.埋設配管の繼手部の防食法について，1980（8）.