汽车钢板弹簧生产线油改气设计论.doc

汽车板簧生产线油改气设计论作者：王素刚，青岛市，联系手机电子邮箱：13963978756163.com摘要：在2006年某公司汽车板簧生产线油改气工程设计中，主要从事生产线的工业炉燃烧器的改造，工件加热能源由原先的燃烧柴油改为燃烧煤气，主要任务是燃烧经济性上要体现节约、计算替代的设备要达到热功率匹配、设备要达到同样的加热效果、工人的操作环境要进行安全保护、降低设备运行和维护费用，煤气用量参数要匹配等。对工作中涉及的这些方面都有不同的体会，下面从这些方面加以叙述说明。前言：2006年中国汽车板簧行业协会有50多家板簧企业，大部分采用柴油为加热能源，使用燃气加热板簧不超过5家，这5家有的采用发生炉煤气，有的采用高炉煤气，还有的是天然气，李沧区胜利桥以北只供应城市煤气，因此我们采用城市煤气。城市煤气相比天然气热值较低，安全性差，但比高炉煤气和发生炉煤气热值高、洁净和环保。采用煤块加热方式污染最严重，因为固体与空气接触不够充分，燃烧不完全；其次是燃料油加热，有少量油烟污染，天然气比较好一点，最理想的是电加热，不过不够经济；煤气加热比较经济适用。汽车板簧生产线以下料、卷耳设备、端部加工设备、冲中心孔设备、轧制设备，步进式淬火炉、热片输送链、淬火机、油槽及输送链、网带式回火炉、通过式抛丸机、板簧组装台等设备组成。每条线日处理能力为3040吨。油改气的重点是如何将所有工业炉用柴油加热的改为煤气加热，尽量不对原先的炉体有大的改动，拆除原柴油燃烧器、供油管路、油泵、储油箱、控制系统等附属设备，重新安装煤气燃烧机、稳压器、过滤器、控制阀、执行器、防爆阀、凝水缸、排气阀、煤气管路、泄露报警器等设备。关键词：柴油、煤气、经济性对比、技术改造方案、安全、环保。1、 柴油与煤气能源系统分析1.1、环保效果对比某公司的板簧加热设备主要为RB11-2200步进式燃油淬火炉、RW5-1800网带式燃油回火炉、卷耳燃油加热炉、轧机燃油加热炉、中心孔燃油加热炉，主要采用柴油燃烧机燃烧柴油提供热源。原能源为燃料柴油、废柴油，容易堵塞过滤器、腐蚀燃烧器烧嘴，炉膛内雾化不均匀，导致燃烧不充分，冒黑烟，伴随大量异味产生。柴油燃烧的成分比较复杂，主要有CO2、HC、NOx、臭气(醛类物质)、以及由HC和NOx生成的光化学烟雾等六大类,物质成分达140多种,对城市空气污染比较严重。采用煤气系统将明显提升周边的空气环境，煤气是一种洁净的能源，人工煤气的主要成分是氢气 H2 48%, 甲烷CH4 13% ,一氧化碳CO 15%，比高炉煤气和自发生炉煤气，城市煤气更为纯净，没有制造煤气时产生的灰尘及杂质，有效成分更多，热效更高。煤气的燃烧产物是水和二氧化碳，比较环保。1.2、关于柴油改煤气后对产品的影响柴油热值高，发热量集中，炉膛提温快，燃烧不完全，有含碳微烟，形成保护性气氛，板簧加热时脱碳轻，产品疲劳寿命长。煤气热值低，燃烧完全，炉膛初期阶段升温慢，燃烧气体洁净，高温下产品容易脱碳，可通过调整设备工艺参数解决。1.3、安全方面的论证。煤气密度比空气略轻，通风情况不好时特别是室内容易聚集，发生燃气事故率远高于柴油。煤气有毒，煤气中的CO极易与血液中的血红蛋白结合，一旦结合就很难再发生分离，使血液丧失带氧能力，导致人窒息死亡。根据资料：一氧化碳被吸进肺里，与血液中的血红蛋白结合成稳定的碳氧血红蛋白，随血液流遍全身。血红蛋白与一氧化碳的结合力，要比它与氧的结合力大200300倍。血红蛋白与一氧化碳一旦结合后，它的解离却要比血红蛋白与氧的结合物缓慢约3600倍。所以，人体吸入一氧化碳后，即与体内的血红蛋白结合，使血液的携氧能力受到障碍，造成肌体急性缺氧，由于中枢神经对缺氧最敏感，首先感觉疲倦乏力，继而发生一系列全身症状，直至因一氧化碳中毒而造成死亡。从安全因素考虑，在检测煤气泄漏问题和人员培训上要加大投入。使用煤气的行业也有很多借鉴经验。考虑公司现有的状况，工人素质较低，流动性大，生产劳动强度很大，并且在生产时，尤其是夏天，劳动环境较差，生产易造成安全隐患。每年在人员操作培训方面要有一个训练计划。1.4、设备维护费用和维修方面燃烧设备方面，煤气的燃烧机、烧嘴与柴油的机理基本相同，所不同的在于煤气与柴油在燃烧时，与空气成分的配比及燃烧时燃料的流量控制，煤气需要火焰检测系统，必要时需加报警装置；柴油需要压力雾化装置。煤气设施装置每年需要安全检测费、调压箱和电磁阀保养、管道设施维护综合费用平均小于1万元，这项费用柴油系统没有。柴油储罐和油泵以及也有一定的费用，加上18台炉子压力雾化消耗的电费有4.8万元。柴油每次成分不确定，经常发生堵塞烧嘴、损坏燃烧机现象，过滤器最好的情况下一个月更换一次，甚至一个星期都不到，每年设备维修费用不低于2万元。煤气燃烧机的工作情况远好于柴油燃烧机，因为气源稳定可靠，更换过滤器最多一年一次，用的少可达到两年，费用每年低于0.3万元。总的来说煤气系统的维护费用低于柴油系统。2、设备技术改造方案2.1、步进式淬火炉的改造淬火炉改造要在原有炉体基础上径行，在不改变液压步进机构的前提下，最大限度的利用原有电控柜上的电器元件、炉体材料、风机。改造完成后，系统性能应能更好的满足板簧生产的需要。具体要求如下。2.1.1淬火炉采用人工点火，在主控面板上应该有人工点火的顺序开关。在主管路上应考虑防暴、防泄漏措施。并相应的考虑一些点火及操作时的安全措施。2.1.2温度控制采用通断煤气、PID仪表的方法进行控制。2.1.3燃气燃烧后炉体内温度要均匀，避免出现局部高温。2.1.4采用换热器，淬火炉上新风换热后风温不应低于200。2.1.5燃烧器应能耐高温。管路上各开关阀门应考虑防爆。2.2、回火炉的改造回火炉改造要在原有炉体基础上径行，在不改变网带传送机构的前提下，最大限度的利用原有电控柜上的电器元件、炉体材料、风机。改造完成后，系统性能应能更好的满足板簧生产的需要。具体要求如下。2.2.1回火炉应采用全自动点火方式，具备全面的点火、火焰监测系统。考虑到设备以及产品情况，采用柴油燃烧器更换煤气燃烧器方案。2.2.2温度控制采用通断天然气、PID仪表的方法进行控制。2.2.3燃气燃烧后炉体内温度要均匀，避免出现局部高温。管路上各开关阀门应考虑防爆。2.3、其它加热炉的改造2.3.1淬火炉采用人工点火，在主管路上应考虑防暴、防泄漏措施。2.3.2采用换热器，淬火炉上新风换热后风温不应低于200。2.3.3燃烧器应能耐高温。管路上各开关阀门应考虑防爆。3、煤气用量计算根据每台设备的原柴油消耗和柴油燃烧器功率，按燃烧值相等的原则，每公斤柴油和每立方煤气按2.38的换算关系，计算出以下数据。3.1、步进淬火炉用气量280立方/小时，回火炉用气量104立方/小时，加热炉用气量75立方/小时，轧机炉用气量150立方/小时。进淬火炉供气管道894（8支喷嘴），回火炉供气管道764（8支燃烧器），加热炉供气管道2寸（2只喷嘴）。轧机炉管道603（4只喷嘴）。3.2、目前全公司共有步进炉3台，辊道炉1台（用气量同步进炉），回火炉4台，加热炉9台，轧机炉1台。总数量18台。3.3、炉前用气压力为40005000Pa（每台炉子前设单台设备调压表）。考虑到沿程压力损失，减压站输出压力应为0.1Mpa。3.4、供车间主管道直径2196，分支管道直径1596，至单台设备前管道直径为1084.5。3.5、一车间主管道流量 1368立方/小时，二车间主管道流量 993立方/小时。3.6、煤气进厂总管道流量 2361立方/小时（按峰值计算，以下同）。所有的炉子24小时运转的情况下总需求量为每天5万立方。这个需求量在区里算是第二个用气大户，需求量最大的一个厂每天用气为10万立方。因区里天然气置换倒下40多万方煤气，燃气公司目前的总产气量为每天70万立方，完全能够满足供气要求。4、柴油与煤气节能性、经济性分析对比。4.1热值等量换算对比目前燃气集团提供的人工煤气热值为1.591.75107J /Nm3（38004200Kcal/Nm3, 质量标准Q/QRQ 10401-2002），工业用气价格为1.2元/立方。我们目前生产线上采用的0柴油加热，热值在3.774.19107J/kg之间，2006年市价在55.1元/公斤。 目前世界上已探明的石油储量可供开采40年，而煤炭可供开采200年，因此采用石油资源价格会越来越高。按理论计算，两种燃料的燃烧值换算后，柴油是煤气热值的2.38倍。在同样生产要求条件下，产生相同热量，每燃烧1公斤柴油，则需燃烧2.38立方的人工煤气，每公斤柴油与等热量的煤气差价5.052.381.22.194元。目前板簧一车间（中型簧）每条生产线生产一吨板簧约消耗90kg柴油，板簧二车间（轻型簧）每条生产线生产一吨板簧约消耗84kg柴油，板簧三车间（重型簧）每条生产线生产一吨板簧约消耗105kg 柴油。按板二车间保守的计算，每吨板簧消耗柴油费用为84kg5.05元/公斤424.2元，消耗煤气费用为84kg2.381.2元/立方239.9元，每吨板簧费用差价424.2-239.9184.3元，如果按全年生产3万吨板簧计算，采用柴油需要花费1272.6万元，采用煤气需要花费719.7万元，使用人工煤气可节约552.9万元。当采用高效换热器提高风温后，毎将风温提高100，燃气节省5%。在淬火炉上采用换热器后可将风温提高到300，回火炉上采用换热器后风温可以提高到150，端部加热炉采用换热器后，风温也可提高到300。因此，采用换热器后，淬火炉、端部加热炉可再节省燃气10%以上，回火炉可再节省燃气5%左右。4.2、投资核算4.2.1煤气管道设施投资.费用为98万元，此费用经燃气集团设计预算得出。4.2.2油改气设备改造费用。经考察，方案确定如下：淬火炉因使用过程中温度较高，达到了煤气的燃点，因突然停电或煤气压力不稳造成熄火后再喷入煤气，会自动燃烧，不会造成事故，其它开机和关机时在电器程序上改动一下，设备变动不大，每台器材购买预算3.3万元/台，技术服务和电器程序等1.2万元/台,总计每台淬火炉改造4.5万元。考虑公司现有的状况，工人文化程度较低，流动性大，生产劳动强度很大，并且在生产时，尤其是夏天，空气流动性差，为了避免给安全生产造成隐患，因此在回火炉的设备改造上，采用自动化水平较高的燃烧机，一是设备变动小，柴油的燃烧机换个煤气燃烧机而已，二是实现点火、升温、温控过程的能够实现自动化。只是造价较高，每台预算为7.8万元。小型加热炉费用2.58万元。目前厂区两个车间的用气设备有18台，其中4条生产线上有4台淬火炉、4台回火炉，其余10台设备为小型加热炉。4台4.5万元4台7.8万元10台2.58万元75万元。4.2.3安全设施投资。根据安全要求，车间内部需要安装燃气泄漏报警和通风装置，根据需要三处厂房共需设10个探测点，这项费用需3万元。4.2.4工程总计。98万元75万元3万元176万元。最后计算出整个改造投资为176万元。目前整个工程造价需要176万元的投入，如果一年运营下来，当年可以有552.9176376.9万元的剩余利润。当年投资，当年就见效益。4.2.5分析的结论。我们认为板簧车间油改气工程技术上可行，经济上能够实现，是完全可行的。5、工程实施后效果和总结煤气工程实施后确实能够实现我们预想的功能，完全达到了设计的要求。经3个月运行的情况来看，各项指标运转正常。以五月份为例。5.1煤气压力稳定。高峰和低谷的压力损失很小，设定的供气压力为8000Pa,低谷时最多跌落到7500 Pa，对设备的运行没有影响。5.2煤气供应量充足。现在的生产条件下，每日日均的板簧产量为80吨左右，平均开动2条生产线，日消耗煤气2.2万方，煤气费用为2.64万元。管道的设计能力为日供气5.6万方，如果满负荷运转，供气量能够满足要求。5.3生产成本下降明显。五月12号放假休息，我们统计了329号的数据，五月份共生产板簧1938.65吨，共耗用煤气517388立方，煤气费用为620865.6元。和燃烧柴油相比，效果极为显著。由以上数据可以计算出，五月份平均每吨板簧煤气消耗为267方，费用为320.4元/吨；如果用柴油提供能源，每吨板簧消耗柴