双料混合内管喷涂机转台的研究与设计

摘 要 论文是在基于液压控制的喷涂机转台对转台的液压控制系统进行研究。 首先设计了转台的基本结构， 主要控制系统是由液压马达， 液压缸， 油箱和PLC控制系统组成。 之后设计出了控制电路， 和液压系统的油路图， 分别解决了喷涂机转台速度可调和自动装卸的功能的显现实问题。 石油化工行业的生产经验和科研单位试验表明， 研制的双料混合内管喷涂机转台实现了全部预定目标， 具有工作稳定、 可靠的特点， 可以控制双料混合内管喷涂机转台实现速度可调和自动装卸。 本文介绍喷涂机转台的工作原理和我的设计理念， 第一章介绍的石油化工行业喷涂技术的现状， 第二章介绍了我的设计思路和总体方案， 第三章介绍了液压马达和主轴上的所采用的链传动系统。 第四章对转台的驱动系统进行简介并且对喷图机转台所使用的液压缸进行了选用， 第五章介绍了控制系统。 最后本文对设计的内容进行了总结归纳并且分析了喷涂机转台的经济发展前景， 本论文的研究具有的工程应用前景和广阔的市场前景。 关键词 ：喷涂机，防腐，转台，石油化工 IAbstract Thesis carry on research on the basis of spraying plane revolving stage hydraulic pressure control system in revolving stage that hydraulic pressure control. Having designed the basic structure of the revolving stage at first, the basic control system is by the hydraulic pressure motor, hydraulic pressure jar, fuel tank and PLC control system make up . Design control circuit later, and hydraulic pressure systematic oil passage picture, solve spraying plane revolving stage speed can mediate to appear real problem function that load and unload automatically respectively. Production experience and R油田内部主要集输管道的防腐层材料多为熔结环氧粉末、三层聚乙烯，非主要管道的防腐层材料仍然为石油沥青类;城市供水、供气管道的防腐层材料则一般多采用环氧煤沥青和胶带。2 随着我国石化工业的发展和西部大开发的进行，南水北调、西气东输等大型基础工程陆续开工， 用于输油、 输气、 供排水及污水处理等方面的金属管道的需求量日益增长。在被输送的油、 气、水中常含有H2S、C O2、O2酸碱盐等物质，它们 对管道腐蚀相当严重， 不但使被输送的油、 气、 水品质变差， 还会造成严重的环境污染，因此，对管道的防腐蚀和保护就成为一项重要的研究课题。1管道输送已与铁路运输、 公路运输、 水上运输和空中运输一样被公认为现代五大运输手段之一。 由于地下输油、 输气、 输水管道在长期使用过程中, 由于受到管内、 管外介质的腐蚀等原因， 会产生裂纹、 漏孔而出现漏油、 漏气、 漏水现象， 为此必须对管道进行定期检查和维修。 控制埋地钢质管道腐蚀的主要手段是防腐层加阴极保护。 在某种程度上， 防腐层质量决定着管道的使用寿命。 与国外一样， 我国管道防腐层的应用也是从沥青类防腐层开始的，自 20 世纪 50 年代的第一条克独长输管道到 70 年代的东北输油管1 双料混合内管喷涂机转台的研究与设计 道等都采用了石油沥青防腐层;70 年代后期至 80 年代，国外防腐层的新技术已在我国投入应用，胶带、夹克、环氧粉末等防腐材料相继投入使用;80 年代至 90 年代中期是各种防腐层发展、竞争的时期;90 年代后期，熔结环氧粉末(FBE)和三 层聚乙烯(三层 PE)两种防腐层已逐渐形成主流，作为世界最新的防腐材料，双层环氧也有少量的应用。 1.2 国内外研究状况 1.2.1 概述 管道运输是目前五大运输方式之一， 而腐蚀则是危及管道安全， 甚至造成管道失效的主要原因。 虽然近年来国内在管道防腐蚀领域取得了长足的进步， 但与国际先进水平相比尚存在一定的差距。在查阅了大量的中外管道防腐层技术文献和资料， 并对国内情况进行了广泛调研的基础上埋地长输管道属隐蔽工程， 管道防腐的质量直接影响到其安全运行和使用寿命， 防腐不良的管道在很短的时间内就可能发生腐蚀穿孔。采用防腐层使钢管与土壤等腐蚀环境隔绝是埋地管道防腐的基本手段。 随着管道向沙漠、 沼泽、 冻土和海洋延伸， 而且输送介质也多样化， 要求防腐层能够适应更加恶劣的环境和工艺条件， 并且有更长的使用寿命。 化学工业的发展促进了管道防腐技术的进步， 新材料、 新工艺和新设备不断涌现， 早期单一的沥青防腐层一统天下的局面已经被打破， 出现了以高分子聚合物为基料的多品种、 多规格的材料体系和复合材料体系， 形成了多种防腐材料并存的局面， 为不同环境下的管道更有效地防腐提供了可能性。 1.2.2 国外喷涂机研究现状 粉末涂敷在管道防腐方面的应用，国外已有 30 多年的历史。美国弗勒奥白兰公司生产的 NAP-GARD 粉末效果很好， 现已在世界各地采用， 涂敷管子的长度达 9000km。现在美国几乎每一个主要的油气管道公司均使用环氧粉末防腐管道。如美国联邦能源管理局在南路易斯安娜州的 160km 长的大直径原油输送管线上采用了环氧粉末涂层 ;美国田纳西煤气公司在几公里长的大 直径海边煤气输送线的管子内外壁均涂敷环氧粉末。还计划在将阿拉斯加原油输送至美国中部和东部的Sohio 管线也准备采用环氢粉末。 Shell西德的 Anton Blome 工厂能处理直径达 5.6in 的管子，另外还有一条涂敷小直径管子的流水线，主要供 Shell 公司在中东输送石油和其它公司在北海输送石油用 ;英国在苏格兰的 Leith 工厂可涂敷 60in 直径的管子， 另外也有一条可涂敷小至 4in 直径管子的生产线， 供英国煤气公司涂敷 42in 的煤气管道和其它公司的油管用。 目前国外对管道涂敷采用的方法主要有三种 :流化床真空抽吸喷涂法 ;计算机控制的流化床静电喷涂法和计算机控制两头喷粉涂装法。 1.2.3 国内喷涂机研究现状 近年来，随着油气田的不断开发，各种用途的油、气、水管道不断增加，管线的腐蚀也越来越严重。仅胜利油田在 1982-1988 年期间，集输系统就因腐蚀穿孔更换 1533次， 少生产原油 125000。 有的注水管道投人使用不到半年即出现穿孔，一年时间管线全部更换。大庆油田在 1986 年管线穿孔达 H 150 次，污水注水管道一年内穿孔 5 800多次，维修 9.1 km，报废 57.9km。管道腐蚀严重影响了油、气、田生产， 造成巨大的经济损失和环境污染， 直接影响着人类的生存环境。 所以管道防腐已成为期待解决的问题。 目前关于这方面的研究多倾向于各种管道防腐涂料的特性以及他们各自的应用状况， 而对他们之间性能的评估和应用状况的比较等方面的研究较少。 为了保证管道长期安全运输和防止对临近居民和企业的危害， 作者详细地根据造成腐蚀的主要原因制定了各项指标， 对各种先进的涂料进行了评估和比较。 并建议厂家加大投人， 抓紧高品质防腐涂料的研制、 开发与生产， 以适应市场的需要。 1.2.4 目前喷涂机的发展趋势 随着管道铺设技术的不断提高和管道使用环境的恶化， 开发防腐、 绝缘、 综合3 双料混合内管喷涂机转台的研究与设计 机械性能高、 粘结力强的涂层材料是管道防腐的趋势， 塑料粉末涂料以其特有的性能在管道防腐工程领域发挥了巨大作用。 在国外塑料粉末涂料已成为油气管道防腐的首选材料， 在国内塑料防腐管道已开始应用。 目前用于管道防腐的塑料粉末有热塑性和热固性两大类。 热塑性塑料分子链为直链或带有支链结构， 众多分子链靠分子间力积聚在一起， 受热后软化、 溶解， 冷却后可恢复原状， 多次反复化学性能不变。 热塑性粉末涂料是由热塑性树脂、颜料、 增塑剂和稳定剂等成分干混或溶解混合， 粉碎或分级得到的。 热固性塑料分子结构为网状， 各分子之间由化学链连接， 受热后塑化或软化， 发生化学变化， 并固化定形， 固化后再次受热不发生软化或熔化， 强热则分解。 热固性塑料粉末由热固性树脂、固化剂、颜料、填料和助剂等组成，应用广泛、性能好的塑料料末有: l、煤焦油瓷漆(CTE) 这是由煤沥青熬制而成，与加强带共同组成。施工时，先将 50底漆喷涂到预热后的钢管上;稍后， 开始浇涂热瓷漆并缠绕加强带;最后， 刷涂防晒涂料。 防腐层(厚度为 3mm)已使用 50年， 维修容易。 绝缘和抗水性强， 能耐石油产品的溶解。缺点是:防腐层会缓慢下移， 引起管预防腐层变薄;热浇涂施工中有烟气和毒。 近来改进的方向是提高其使用温度(大于 65)。 2、环氧粉末(FBE) 由环氧树脂和各种助剂制成， 不用底漆。 使用温度高于 95时， 厚度大于 800 um(一般为 300-400 um)。 施工时， 将环氧粉末用静电喷涂到 230-260的钢管表面， 高温下迅速熔融固化， 随后水冷成膜， 此防腐层的粘结力强， 涂完后即可用双组份环氧涂料补伤。 已有 30多年历史， 温度可达 150;缺点是涂敷施工要求严格。改进方向在于产品系列化，以适应不同条件的要求。 3、底漆加聚烯烃(POA) 聚烯烃对钢管的附着力强， 所以必须用底胶(橡胶改性沥青或丁基胶)。 涂敷时，先将底胶挤涂到经过表面处理的钢管表面， 然后在其上挤出聚烯烃。 此防腐层有很强的耐化学性能和抗环境破坏的能力。 但温度变化时， 底胶允许聚烯烃与钢管相对滑动，造成钢管裸露或补口处破坏。 4、环氧底漆+底层+聚烯烃(POE) 采用环氧涂料或环氧粉末作底漆， 在其上挤涂 POA， 形成三层防腐层， 该工艺在欧洲和中东已使用 20 多年。此防腐层抗化学和环境的破坏能力较强。缺点是温4 双料混合内管喷涂机转台的研究与设计 度变化时， 底漆将会使聚烯烃与环氧漆相对滑动， 引起底漆裸露或补口处破坏。 由于底漆厚度只有 100 um，所以不能阻止破损处进水(一旦进水，将导致防腐层下部腐蚀)。 5、环氧粉末+改性聚烯烃(POF) 采用 300600 um的厚环氧粉末，其外挤涂化学改性聚烯烃(c 阳)，成为双层结构。 也有在 c 阳未冷却时， 再挤出一层聚烯烃， 形成三层结构的。 还有的工程采用喷涂 CMP粉末。 此防腐层具有很强的抗化学能力和抗环境的破坏能力， 但造价较高。 1.3 本论文立项背影和研究的内容 腐蚀和磨损是危害石油石化工业生产的严重问题。 据调查， 我国石油石化工业每年因磨损和腐蚀所造成的直接经济损失达数亿元。 我国石油工业中的管道、 储罐、油井套管等设施的腐蚀和磨损情况， 随着我国油气田开发年限和设备使用年限的增长越来越严重;而我国石化工业中，随着进口高含硫原油的炼制，设备的腐蚀问题同样日益严重。 所以， 因腐蚀和磨损对设备安全稳定运行带来的不利影响会越来越突出，迫切需要提高石油石化工业中开采和加工设备的耐磨性和耐蚀性。 对磨损、 腐蚀造成零件失效的研究表明， 这些失效大都发生在材料表面， 用表面工程的技术手段对材料表面进行处理， 改善材料的表面性能， 会有效地延长零件使用寿命，因此，表面工程在石油石化工业中具有重要地位。 热喷涂技术是表面工程中重要的表面处理技术， 它是指在保持零件本体材料原有性能的基础上， 通过在其表面制备一层具有优越性能的覆盖层， 赋予零件表面耐磨损、 耐腐蚀、 耐高温、 抗氧化、 抗疲劳等多种性能。 采用热喷涂技术的大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层， 其厚度仅为结构尺寸的几十分之一， 却使零件具有了比本体材料更高的耐磨性、 抗腐蚀性和耐高温等性能。即使采用性能优异的贵重、 稀有元素， 也不会显著增加成本2。 此外， 热喷涂技术还能直接针对许多贵重零部件的失效原因， 实行局部表面强化、 修复、 预保护， 以达到延长使用寿命或重新恢复使用价值的目的。 所以， 采用喷涂技术的经济效益和社会效益是十分巨大的。 设计涂料喷涂机的转台,掌握涂料喷涂机转台的基本结构和工作原理。设计转台具有速度可调和自动装卸的功能。并且使其能够适应石油化工行业的需要。 5 双料混合内管喷涂机转台的研究与设计 第二章 喷涂机机械结构的总体设计 2.1 喷涂机的初步设计 本课题的任务是设计一个具有速度可调和自动装卸的功能的转台。 此转台由液压马达负责控制， 由齿轮链负责传动来实现速度可调， 由液压泵实现其自动装卸功能。 因为要实现工业自动化， 所以此转台要高速， 平稳， 匀速运转需满足以下几个基本条件： （1） 转台在转动过程中应保持稳定，有利于喷涂作业； （2） 转台在转动过程中应该可以匀速可调， 使其能够转动一定型号范围的管道。 （3） 该转台是大型转台。具有大惯量、大负载特点，负载重量 50 kg。 （4） 采用数字模拟混合控制，尽可能地发挥了两者的优点。 （ 5） 尽量减少转台传动能量损失。 2.2 设计思路 管道输送已与铁路运输、 公路运输、 水上运输和空中运输一样被公认为现代五大运输手段之一。 由于地下