Anwendung der elektromagnetischen Induktionsheizung bei der Herstellung großer petrochemischer Behälter

Vorwort

  In den letzten Jahren haben sich die heimischen petrochemischen und kohlechemischen Industrien schnell entwickelt, und um die besten wirtschaftlichen Vorteile zu erzielen, neigen Produktionseinheiten dazu, groß zu sein. Die hohen Parameter und besonderen mechanischen Eigenschaften von Chemikalienbehältern stellen Herausforderungen an die Herstellung von Produkten. Um Schweißeigenspannungen zu reduzieren, Schweißkaltrisse zu verhindern und Schweißqualität sicherzustellen, müssen Schweißprozessmaßnahmen verbessert werden, einschließlich Vorwärmen, Nachwärmen, Dehydrierungsbehandlung, Wärmebehandlung nach dem Schweißen usw. Im Herstellungsprozess von petrochemischen Behältern Produkte, Dehydrierungsbehandlung und lokale Wärmebehandlung nach dem Schweißen sind sehr wichtige Prozesse, deren Hauptzweck darin besteht, die Wasserstoffdiffusion zu beschleunigen, Schweißeigenspannungen zu beseitigen und die Leistung von Schweißverbindungen zu verbessern. Aufgrund der großen Dicke der Chemikalienbehälterwand ist es besonders wichtig, die passende Heizeinrichtung auszuwählen, um den Temperaturgradienten in Wandstärkenrichtung zu reduzieren und die Heizwirkung zu gewährleisten. Mittelfrequenz-Induktionsheizgeräte nehmen das IGBT-Moduldesign an, da es aufgrund seiner geringen Größe, seines geringen Gewichts, seiner Energieeinsparung und seines Umweltschutzes sowie seines guten Heizeffekts ein idealeres Schweißwärmebehandlungsgerät ist.

1. Heizungszustand des Schweißens von petrochemischen Behältern

  Gegenwärtig umfassen die beim Schweißvorwärmen, Nachwärmen, Dehydrierungsbehandlung und lokalen Wärmebehandlung nach dem Schweißen von petrochemischen Behälterprodukten verwendeten Erwärmungsverfahren Flammenerwärmung, Infraroterwärmung und Induktionserwärmung. Induktionserwärmung umfasst Leistungsfrequenz-Induktionserwärmung, Zwischenfrequenz-Induktionserwärmung und Super-Audio-Frequenz-Induktionserwärmung.

1.1 Flammenerwärmung

Flammenerwärmung ist die Verwendung von Flüssiggas, brennbarem Gas-Direkterwärmungs-Schweißmund, der hauptsächlich zum Schweißen von Vorwärmung, Nacherwärmung, Dehydrierungsverarbeitung und anderen Prozessen verwendet wird. Diese Erwärmungsmethode ist aufgrund der einfachen Bedienung und der geringeren einmaligen Investition weit verbreitet . Aber die Flammenerwärmung ist nicht leicht zu kontrollieren, die Heizwirkung ist schlecht, die Heiztemperatur ist ungleichmäßig, der thermische Wirkungsgrad ist gering (nur etwa 15 %), was zu hohen Nutzungskosten führt. Und weil die Flamme direkt mit dem Schweißen in Kontakt kommt, da die Verbrennung nicht ausreicht, wird sich in der Schweißnaht ein Flammenfeuerwerk ansammeln, das die Schweißqualität beeinträchtigt. Außerdem verschmutzt die Flammenerwärmung die Umgebung, was zu einer sehr schlechten Arbeitsumgebung für Arbeiter führt.

1.2 Infrarotheizung

Infrarotheizung heizt durch den Widerstand in der Heizvorrichtung, wodurch eine große Menge an Infrarotstrahlen emittiert wird, die vom Werkstück absorbiert werden, wodurch die Werkstücktemperatur ansteigt. Infrarotstrahlerwärmung wird hauptsächlich zum Schweißvorwärmen, Nachwärmen, Dehydrierungsbehandlung und lokalen Wärmebehandlung nach dem Schweißen verwendet. Die Verwendung von Infrarot-Heizschweißen, Vorwärmen, Dehydrierungsbehandlung, Energieeffizienz kann etwa 60% erreichen, da auf die Art und Weise der Heizheizungswärmeleitung angewiesen ist, in Richtung der Werkstückdicke gibt es einen großen Temperaturunterschied für die Wandstärke des größeres Werkstück, die Innenwand ist schwierig, die Anforderungen des Prozesses zu erfüllen.

1.3 Induktionserwärmung

Induktionsheizung ist Umweltschutz, Energieeinsparung und effiziente Heizmethode. Sein Prinzip ist: Wenn ein Wechselstrom durch die Spule fließt, wird in ihr und um sie herum ein magnetisches Wechselfeld gebildet. Das Metall innerhalb des magnetischen Wechselfeldes erzeugt Wirbelströme aufgrund der Wirkung der elektromagnetischen Induktion

Die Temperatur steigt.

Induktionserwärmung ist auf dem Gebiet des Metallschmelzens und der Wärmebehandlung seit langem weit verbreitet, und die Ausrüstung ist meist feststehend. Für das Schweißen von petrochemischen Behältern wird die Induktionserwärmung jedoch schon lange nicht mehr eingesetzt. Dies liegt hauptsächlich daran, dass die Schweißstruktur von petrochemischen Behältern komplex ist und es nicht einfach ist, eine Standardisierung zu erreichen, und die Schweißposition nicht festgelegt ist.

Die Heizgeräte müssen häufig bewegt werden. Durch die Anwendung der IGBT-Technologie in der induktiven Heizstromversorgung wird die Stromversorgung jedoch klein, leicht und in der Leistungsdichte groß, was die Hauptbedingungen für den mobilen Einsatz sind. Darüber hinaus kann sich das entwickelte flexible Induktionsheizkabel an die Änderung der Schweißstruktur anpassen, um die Nutzungskosten zu senken.

Der Induktionsstrom hat durch Skineffekt und Ringeffekt eine hohe Heizleistungsdichte. Bei zylindrischen Werkstücken verteilt der Skin-Effekt den induzierten Strom hauptsächlich auf der Außenfläche des Werkstücks. Durch den Ringeffekt verteilt sich die maximal induzierte Stromdichte auf der Innenseite der Heizwendel. Daher wird das Metall mit einer bestimmten Dicke auf der Oberfläche des Werkstücks erhitzt und bildet einen Ring der Wärmequelle. Die von der Wärmequelle erzeugte Wärme wird schnell auf die gesamte Dicke der Werkstückwand übertragen. Da die Wärmequelle innerhalb der Wandstärke des Werkstücks erzeugt wird, wird die Wärme durch Wärmeleitung übertragen, und die elektrische Wärmeumwandlungseffizienz ist mit mehr als 90 % am höchsten. Im Vergleich zu anderen Heizmethoden wird die gleiche Wärmemenge erzeugt,

Die minimale Menge an verbrauchter elektrischer Energie.

2. Anwendung der Induktionsheizung bei der Herstellung von petrochemischen Behältern

2.1 Einführung in die Ausrüstung

Derzeit in der petrochemischen Container sind weit verbreitet in der Produktion von Induktionsheizgeräten für Mittelfrequenz-Induktionsheizgeräte verwendet, Inverter-Gerät besteht aus Stromversorgung und Induktionsheizkabel, Leistungs-IGBT-Leistungsmodul-Design und verwendet die digitale DSP-Steuerungspräzision, alles leer Kälte reduziert den Verlust der Systemstruktur und beseitigt Fehler aus dem Wassersystem. Der perfekte Grenzschutz macht den sicheren Betrieb der Ausrüstung unter verschiedenen Bedingungen kontinuierlich aufrechtzuerhalten. Die unpolare Leistungskapazität verbessert die Lebensdauer und die sichere Betriebskapazität des Geräts. Die gleichstromseitige Zerhackerschaltung verbessert effektiv den Leistungsfaktor des Geräts und reduziert die Ausgangsoberschwingung, sodass das Gerät die bemerkenswerten Eigenschaften hoher Zuverlässigkeit, hoher Effizienz und hohem Leistungsfaktor aufweist.

2.2 Geräteanwendung

Unsere Firma hat bei der Herstellung eines Containers im Jahr 2010 Mittelfrequenz-Induktionserwärmungsanlagen verwendet. Die Stromversorgung beträgt 80 kW und 160 kW. Der 80-kW-Typ ist ein einzelner Typ, wie in Abbildung 1 gezeigt, und der 160-kW-Typ ist ein Split-Typ, wie in Abbildung 2 gezeigt Heizexperiment wurde durchgeführt, der Heizbereich ist 80 mm breit, Heizkabel in der Zylinderkörperwand zu dekorieren, innerhalb von 1 h Produkte im Inneren auf 800 ℃ erhitzt, der maximale Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenwand innerhalb von 80 ℃, voll befriedigen Anforderung des Vorwärmprozesses. Mit 200-kW-Ausrüstung auf der Rohrkörperspezifikation für Produkte mit einem Umfang von  1 mm x 230 mm bei lokaler Wärmebehandlung nach dem Schweißtest, Schweißnaht auf jeder Seite der beheizten Breite von 30 mm, Dekoration in den Wänden um das Rohr außerhalb der vier Thermoelemente, an der Innenwand des Zylinderkörpers angeordnet an der oberen Position 160 ein Thermoelement. Der Test wurde nach folgendem Verfahren durchgeführt: Die Temperatur wurde mit 100 ℃ /h auf 100 ℃ erhöht, die Temperatur mit 200 ℃ /h auf 1 ~ 400 ℃ erhöht, die Temperatur bei 180 ~ 470 ℃ für 500 gehalten Stunde wurde die Temperatur auf 50 ℃ bei 470 ℃ /h gesenkt, und die Temperatur wurde frei unter 500 ℃ gesenkt. Die Kurve des Wärmebehandlungsprozesses ist in Abbildung 1 dargestellt. Der Testprozess zeigt, dass die Ausrüstung die technologischen Parameter der Wärmebehandlung gemäß den technologischen Anforderungen einstellen kann. Das Gerät ist einfach zu bedienen und sicher. Der Temperaturunterschied in Richtung der Wandstärke liegt innerhalb von 400 ° C, was die Anforderungen der Wärmebehandlungstechnologie vollständig erfüllt. Gegenwärtig wurde die 65-kW-Zwischenfrequenz-Erfassungsanwendungstechnologie-Heizausrüstung zum Vorwärmen vor dem Schweißen und zum Dehydrieren nach dem Schweißen von großen Behältern unseres Unternehmens eingesetzt, wodurch der erwartete Heizeffekt erzielt wurde.

FEIGE. 1 80KW Zwischenfrequenz-Induktionsheizstromversorgung

FEIGE. 2 160KW Split-Zwischenfrequenz-Induktionsheizstromversorgung

3. Wirtschaftsanalyse

Von der Heizwirkung und der Zwischenfrequenz-Induktionserwärmungstechnologie hat offensichtliche Vorteile der Einhaltung der folgenden Spezifikationen wie  457 mm x 84 mm Stahlrohrumfang Vorwärmung, zum Beispiel Wirtschaftlichkeitsanalyse. Die Gesamtkosten für das Vorwärmen, Nachwärmen und die Dehydrierungsbehandlung beim Schweißen setzen sich aus Arbeitskosten, Energieverbrauch, Geräteverbrauch, Produktionseffizienz und anderen Kosten zusammen.

Berechnungsdaten: Die Heizbreite jeder Seite der Schweißnaht beträgt 252 mm, dann das Heizmetallgewicht W = 390 kg, Raumtemperatur T 1 = 20 ℃, Heiztemperatur T 2 = 220 ℃, Wärmeableitungskoeffizient K = 1.2. Die spezifische Wärmekapazität von legiertem Stahl bei 220 ℃ ist C, P = 0.52 kJ/(kg•℃), der Infrarotwärmewirkungsgrad von 60 %, die Anzahl der erforderlichen Heiztabletten beträgt 4; Der thermische Wirkungsgrad der Zwischenfrequenz-Induktionsheizung beträgt 90 % und es wird ein Heizkabel benötigt. Der thermische Wirkungsgrad der Flammenheizung beträgt 15 % und der Heizwert von Erdgas 35 MJ/m 3.