压力钢管环缝加热装置研究及应用

刘一帆

摘要：本文通过对加热装置研究，让它真正能够解决大型压力钢管环缝加热施工中遇到的安全难题。避免频繁使用吊机、使施工用电规范化、使用灵活、方便和高效，并且安全环保。本研究成果实现设备的集成，从安全角度和经济角度体现突出优势。研究成果为大型压力钢管环缝加热提供参考依据和经验。

关键词：钢管；环缝加热装置；加热管

1前言

本文着重于研究大型压力钢管环缝加热的特点，通过科学论证，设计了环缝加热安全装置。结果显示，本装置解决了目前常规压力钢管环缝加热施工中频繁使用吊机，大量使用人工，用电线路难于规范的不足，通过机械化减人，科学布置，使施工灵活、方便、高效，从本质上确保了施工安全。

2研究方法和过程

2.1研究设计和思路

研究安全技术，采取安全技术装置，提升本质安全水平，确保施工过程安全。对大型压力钢管环缝加热常规采用直接将单片履带式加热管贴在钢管上或采用多个固定架分别固定多片履带式加热管的方法进行研究。本研究成果以克服常规压力钢管环缝加热施工工艺的不足，采用集成化实现的装置不仅使用灵活、方便和高效，而且安全环保。

2.2技术方案与实施步骤

设计的接触加热装置其由加热模 块及温度控制系统组成，通过模块内的加热棒对模 块进行加热，同时，在加热模块中装有多个热电偶, 采集温度反馈给温度控制系统，来调节加热棒的加 热功率，进而调节模面温度。需要将加热装置安装 在压力机上进行装置的开合，模面加热面积为 380 mm X290 mm。经过数值计算,对不同缝隙值的敏感性进行研究分析。结果表明,在内水压力作用下,缝隙值对钢衬的变形和应力影响十分显著,其大小显著影响着内水压力的传递,影响围岩与钢衬联合承载。在工程实践中,通过提高钢管外围回填混凝土质量、采用微膨胀混凝土、提高回填和接触灌浆的质量、控制钢管安装时温度等,减少钢管与回填混凝土和回填混凝土与围岩间的累积缝隙,确保钢板衬砌受力安全。

本安全装置使用灵活、方便、高效，而且安全环保，已在桐柏抽水蓄能电站、响水涧抽水蓄能电站、黑麋峰抽水蓄能电站等工程压力钢管制造中得到成功应用，经济和社会效益明显，目前在周宁抽水蓄能电站压力钢管制造中得到进一步应用。由于铝合金时效对温度的敏感度较高，所以， 要严格控制装置的加热温度，在装置的上、下加热 模块中，沿垂直加热棒的方向各装有5个热电偶, 以便对模面温度进行实时、准确地监控，但由于模 面的辐射、对流等影响，模面温度与设定温度可能 存在一定偏差，所以，要对设定温度与模面实际温 度之间的关系进行一定的修正。通过多次测量比较 可以看出，温度设定值与模面中心测得的温度值的 差值较小，基本呈线性关系，在10 a以内，但在沿加热棒的方向（纵向）存在一 定温差，尤其在加热棒接线端，即图2c中下部（线 !5穿过的区域），温度低于其他区域。通过进一步研 究证实，接线端低温区是加热棒在接线端的无加热区 较长引起的。总体来说，上模面有较大的均温区，除两侧边缘区域外，其中部 区域温差基本小于10 a，可用于压力钢管的接触加 热快速固溶试验。本文采用的材料是7075压力钢管, 固溶温度差异对固溶效果影响较大，所以，均匀的模 面温度分布是接触加热快速固溶处理的必要条件。管料采用的接触加热的升温速度远远高于辐射 加热炉加热的升温速度。在300 mm X 210 mm X 2 mm的矩形管料侧边固定热电偶，用于采集管料 升温数据。接触加热试验中，对装置表面进行打磨, 并采用合适的合模力，使管料与模面有良好的接触 效果。为了更好地衡量接触加热的效果，统计了设 定温度分别为200，300，400和500 C时，板料 从合模升温到与设定温度％设定相差20及10 C时 所需的时间。如图5所示，可以看到，板料在 20 s内可以升温到与设定温度相差10 C的温度 范围内。

基于企业压力钢管操作状况的特殊性，务必要加强对设备的管理以及保护力度，有效将安全隐患排除，强调进行日常的点检以及隐患排除工作，一旦发现隐患问题，须及时上报并且记录。针对能够快速处理且必须立刻解决的隐患，一定要马上处理，针对需要停机处理的隐患，可以运用一定的防范方案，并且要选择适合的时间来开展处理工作，以免隐患逐渐累计而引发很大的事件发生。

关于压力钢管加热管理的重要性，需要不断进行提高，并且及时淘汰比较老旧的设备，避免设备超过年限还在运转。与此同时，还要提供充足的设备更换资金，免由于节省成本而使用次品进行操作，造成伴随很多安全隐患。企业需要利用现代科学技术所带来的好处，运用高科技的机械设备，并且将其有效运用到生产活动中，推动该企业的工作效率，避免发生重大事故，就需要不断加强设备方面的资金投入，把不符合标准且不科学的压力钢管系统进行改善，把能源消耗比较低，且存在安全隐患的设备淘汰。

3研究的结果与分析

（1）本课题研究成果提高了压力钢管施工安全、质量和进度，是大型压力钢管环缝加热安全技术的集成创新，经济和社会效益明显。

（2）与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较，有益效果在于：

采用大型压力钢管环缝加热装置，不仅解决钢管焊缝加热施工中遇到的难题，且其使用方便快捷、效率高，安全环保。采用大型压力钢管环缝加热装置，避免了常规采用单片履带式加热管的来回搬运等工作，省去了繁重的体力劳动且安全高效。采用大型压力钢管环缝加热安全装置，避免了常规采用多个固定架加热方法所需的起吊设备。（3）温控设备与履带式加热管连接的电缆线从各支架的内部通过，排放整齐，避免触电和损坏，且安全环保。采用自行研制的“加热装置”进行压力钢管预热，保证了压力钢管焊缝焊接质量。与常规方法对比，经济效益主要体现在以下几个方面：可减少人工搬运工作、可减少起吊设备的使用、可减少加热材料及电缆等材料的损坏，同时增加了每月压力钢管产量。

4研究结论

（1）通过将温控设备可以达到移动灵活，使用方便，避免频繁使用吊机，从本质上确保了施工安全。

（2）一次性将加热管固定在加热管支架上，实现了机械化减人。

（3）温控设备排放整齐，避免触电和损坏，且安全环保。

（4）采用自行研制的“加热装置”进行钢管加热，保证了焊缝焊接质量。

5结束语

综上所述，本研究成果克服了常规压力钢管环缝加热施工工艺的不足，采用集成化，实现了加热安全装置使用灵活、方便和高效，而且安全环保，安全和经济角度体现突出优势。研究成果为大型压力钢管环缝加热提供参考依据和经验。其不仅适用于大型压力钢管制造，还适用于水利供水、调水等类似建设工程施工。部分企业在管理过程中，管理者或者操作人员以及技术人员已经看出机械设备所伴随的问题，但是由于该人员缺少对应的责任制度以及奖惩制度等，造成问题长时间出现没有得到快速解决。同时，企业内部还缺少对应的安全培训体系，不能有效将全部工作人员的安全意识提升，以及工作人员安全操作设备的技能和应急措施能力。

参考文献：

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