Охлаждающие устройства

Развитие процессов термического упрочнения труб вызвало необходимость разработки и со­вершенствования конструкций охлаждающего оборудования: водяных и водовоздушных струйных устройств (спрейеров), механизиро­ванных ванн и др.

В струйных устройствах непрерывного дей­ствия трубы охлаждаются в процессе равно­мерного поступательного (поступательно-вра­щательного) перемещения их через устройство с заданной технологической скоростью.

В охлаждающих устройствах периодическо­го действия (спрейеры и механизированные ванны) трубы, задаваемые с большой (транс­портной) скоростью, приводят во вращение с одновременным возвратно-поступательным перемещением в пределах устройства и ох­лаждают одновременно по всей длине. Спрей-ер непрерывного действия по сравнению со спрейером периодического действия имеет меньшую длину, простой механизм транспор­тировки труб, меньший секундный расход охлаждающей воды. Спрейер периодического действия и механизированная ванна предпоч­тительнее при охлаждении труб толстостенных и с переменной геометрией по длине. Условия компоновки с оборудованием для нагрева труб также могут оказать влияние на выбор типа охлаждающего оборудования.

Создание одинаковых условий охлаждения по периметру трубы обеспечивается за счет симметричного и равномерного подвода ох­лаждающей среды к поверхности трубы, а также ее вращения вдоль продольной оси.

Результаты исследований и опыт эксплуа­тации свидетельствуют о том, что при закалке водой в струйных устройствах равномерность структуры и свойств, а также минимальное изменение геометрических размеров труб до­стигаются при 15—25 оборотах трубы за вре­мя охлаждения в процессе закалки. Струйные охлаждающие устройства применяют иногда и для группового охлаждения труб (например, однослойного пакета труб за печью с ролико­вым подом). Однако в этих случаях ставит­ся задача ускорения охлаждения, а не прове­дение операции закалки.

По конструкции сопел и соответственно форме истекающих струй, углу их встречи с охлаждаемой поверхностью струйные устрой­ства можно разделить на радиальные (рис. 35.1), осевые (рис. 35.2), тангенциальные и тангенциально-осевые (рис. 35.3) с цилиндри­ческими, овальными, прямоугольными или ще­левыми соплами (с кольцевой или плоской щелью).

Наибольшее распространение получили осе­вые спрейера с концентрическими щелевыми соплами; средняя интенсивность охлаждения у них выше, чем у радиального и других ти­пов спрейеров, а продолжительность охлаж­дения, при прочих равных условиях, меньше (рис. 35.4). На рис. 35.5 показано влияние удельного расхода воды на среднюю скорость охлаждения для двух основных ти­пов спрейеров.

Недостатком осевого спрейера является значительный выброс охлаждающей среды в направлении движения. Для уменьшения вы­броса охлаждающей среды из спрейера ее струям, помимо осевого, придается тангенциальное направление. Под действием центро­бежных сил поток постепенно отклоняется от поверхности трубы и в последней (улавлива­ющей) секции спрейера значительная его часть уходит в канализацию. Варьируя осевую и тангенциальную составляющие скорости потока охлаждающей среды, а также углы на­клона сопел, можно регулировать длину уча­стков контакта охлаждающей среды с трубой и интенсивность ее охлаждения.

Рис. 35.1. Радиальный многослойный спрейер Рис. 35.2. Осевой спрейер с концентрическими

соплами

Рис. 35.3. Сопла тангенциально-осевого спрейера

Скорости охлаждения, необходимые для за­калки широко применяемых низколегирован­ных сталей для труб нефтяного сортамента, газопроводных большого диаметра, преиму­щественно находятся в интервале _л значений 40—100°С/с, а для получения регламентиро­ванной структуры в котельных трубах перлит­ного класса 0,5—20 °С/с. Такой широкий диа­пазон интенсивности охлаждения в спрейерах может быть получен при использовании не­скольких охлаждающих сред (воды, воздуха, смеси воздуха с водой).

Охлаждающая способность водовоздушной смеси зависит в основном от соотношения воды и воздуха, а также от скорости истечения (давления) компонентов и расхода смеси. Повышение давления и расхода воды сущест­венно интенсифицирует теплообмен (рис. 35.6). Повышение давления воздуха при постоянном расходе воды вначале приводит к росту a, a затем к его уменьшению.

Рис. 35.4. Зависимость продолжительности охлаж­дения т от давления воды r

при ее постоянном удельном расходе V _уд=0,084 м³/(с×м²) и от удельного расхода воды

при постоянном давлении r = 245 кПа для осевого (1) и радиального (2) спрейеров

Рис. 35.5. Зависимость средней скорости охлаждения v

в интервале температур 850—100 °С от удельного расхода воды V _уд для осевого (1)

и радиального (2)спрейеров (заштрихован диапазон для труб нефтяного сортамента)

Рис. 35.6. Зависимость коэффициента теплоотдачи а от давления (расхода) воды

в точ­ках пластины по оси струи (а),на расстоянии 20 мм (б) и 40 мм (в)от оси струи

при давлении воздуха 6,8 (1); 9,8 (2)и 2,8 (3)кПа

Рис. 35.7. Номограмма для определения коэффициента теплоотдачи

при различных значениях гид­равлических параметров водовоздушной смеси

(цифры на кривых — давление воды, кПа)

Рис. 35.8. Типовые графики термической обработки труб. Графики приведены

в координатах: температура нагрева металла — время обработки

На рис. 35.7 представлена номограмма, позволяющая на основании заданных давле­ния воды (r _вод), воздуха (r _воз) и соотноше­ния их расходов (С _вод/ С _воз) определить ско­рость смеси и коэффициент теплоотдачи а. Механизированные ванны уступают спрейерам по интенсивности, диапазону скоростей и равномерности охлаждения. Используются они при закалке толстостенных труб, например муфтовых труб нефтяного сортамента. Однако в ваннах может быть обеспечено ускоренное регламентированное охлаждение за счет изменения глубины погружения труб в воду. Это достигается либо вертикальным пе­ремещением трубы вместе с кантующим ме­ханизмом в процессе охлаждения, либо регу­лированием уровня воды в ванне. В промыш­ленном масштабе двустороннее охлаждение труб осуществляется на трубных заводах только в механизированных ваннах.

Дата добавления: 2015-06-27