油管端外墩粗中频加热设备技术方案

一、 名称和用途

中频感应加热炉（电源）作为石油管端加厚生产线的配套设备，用于对油管端部进行加热，以实现油管端部镦粗为目的。管端加厚生产线中共需要四台中频感应加热炉（电源），每两台炉子安装在一个台车上构成一套，共两套，第一套中的两台中频炉分别称为1号炉、2号炉，第二套中的两台加热炉分别称为3号炉、4号炉，4台中频炉完成管端加厚所需的加热功能。中频感应加热电源采用一个集中控制操作台，一套低压开关柜、一套风水冷却装置，乙方（西安科信感应加热设备有限公司）负责所有设备的设计和调试，使用方负责设备的安装，甲方（整条生产线步进机构制造厂家）负责实现2套加热炉线圈动作与整条生产线的连锁控制，以满足石油管端加厚生产线对加热炉的工艺要求。下面是中频感应加热设备的专用名词定义：

1、可控硅中频电源：采用KK型晶闸管作为逆变桥逆变器件，提供油管端部加热所需功率。

2、电容柜：安装槽路谐振电容，与加热感应器一起形成并联谐振回路，电容柜与加热电源之间采用馈电铜排连接方式，以减小引线电感的影响。

3、感应器：油管端部加热采用圆形感应器，感应器内加装绝缘衬套，感应器完成油管端部加热所需功率传递，与槽路谐振电容一起形成并联谐振回路。感应器安装位置可实现三维方向手动调整和快速更换。

4、感应器传动系统：感应器固定在丝板上，并安装在导轨上，由油缸推动感应器前进/后退，感应器传 动系统安装在台车上。

5、水冷电缆：完成电容柜输出馈电铜排至感应器之间的馈电软连接。

6、馈电铜排：完成加热电源至电容柜之间的馈电软连接，电容柜至感应器之间采用馈电铜排和水冷电缆连接，以满足在更换压机模具或维修时，人工将台车推出2500mm的要求。

7、操作台：提供中频感应加热电源外控操作，安装有温度监视仪表、电压、电流表等。

8、温度监视：通过测温仪检测油管端部加热温度，监视加热温度是否满足工艺要求，温度显示仪表安装在操作台上。

二、 工艺要求

1、加热方式：油管端部加热，采用感应器移动方式加热。

2、加热性质：透热

3、钢管规格：

   外径：ф60.3～ф88.9mm

   壁厚：4.68～16mm

   钢级：N80、C90、P110等钢级

4、加热时间    20～28S

5、加热长度   300-350mm

6、加热功率1号炉    180KW   2号炉  220KW

            3号炉    180KW   4号炉  220KW

7、台车行程   2500mm

8、台车宽度 ≤1900mm

9、加热温度：

1号加热炉：室温~750℃

2号加热炉：700℃～1200℃±50℃

  3号加热炉：室温~750℃

   4号加热炉：700℃～1200℃±50℃

   注：要求每台炉子均具有从室温加热的能力。

10、感应器间距：1200mm（1、2#之间，3、4#之间）

11、感应器中心高（距地面）：1000mm

12、油管壁厚方向温度一致，轴向方向温差≤30℃

13、典型钢管：：ф60.3×4.83，ф73.03×5.51

ф88.9×6.45，

14、感应器采用油缸推动，有减速环节（选用缓冲缸），油缸行程以满足加热长度选取。油源由甲方提供，并对油缸进行行程控制。两台加热器采用一个油缸驱动,同时动作。

15、加热器的前进、后退停止位置装有24v接近开关，接近开关由甲方提供，乙方提供接近开关安装支架。（接近开关直径M18*1）。

16、感应器在上下、左右均可调节，以保证管端在圆周方向上加热均匀。上下调节高度±25毫米，左右调节量±10毫米。

17、1、3号炉通过调节功率和限定加热时间对加热温度进行控制，不进行测量。

18、2、4号加热炉在限定加热时间的情况下，采用美国雷泰双色测温仪测量钢管加热区温度，并显示在操作台上。

19、乙方提供中频感应加热电源、水冷电缆、电容柜、加热炉体等发热部件的循环软水冷却装置，采用风-水交换器（FL-500）两台。因为两个大车有一定的距离，每一套采用一台风-水交换器（FL-500）。

20、台车上的所有接管与地面的接管采用不锈钢拖链的方式连接（包括液压胶管）。

21、应具备与甲方上位机连接的接口。提供0~10V或4~20mA的独立信号。

22、中频电源功率必须在主操作台和中频电源柜柜门上都可以调节控制。

24、 四台炉子炉体安装水流量检测装置并输出断水报警信号。

25、 可控硅柜增加水流量检测装置，并输出断水报警信号。

26、 所有炉子的频率表、功率表指示必须正常可靠。

27、 中频炉装设调试假负载。

28、 所有元器件均采用优质产品。

29、 电容柜要便于检修，柜内安全距离要增加，电容底板采用绝缘子支撑，内部接线便于检修。

30、 炉内线圈绝缘材料厚度要增加，绝缘材料也要相对固定，便于更换炉衬。

31、 甲方对中频炉的生产制造必须全程监控，电气人员参于必要的设计和审核。

32、 机械结构必须稳定、可靠，便于调整和检修。

33、中频电源柜、操作台颜色为计算机灰并与甲方操作台高度、深度一致。

三、 技术说明和特点

1、加热功率确定

加热电源功率确定主要是根据每台加热电源和热油管质量、最终加热温升及加热效率，并适当留有一定裕量的原则，同时参考中频电源系列型谱的功率档次，选用标准的中频电源以简化电源设计。

2、加热频率确定

加热频率确定主要与被加热对象的材质、几何尺寸、加热速度、加热过程中功率密度及被加热过程中工件的相对导磁率等因素有关。一般来说，采用较低的加热频率会降低加热电源的加热效率，而加热电源的加热频率过高，则由于集肤效应的影响，造成加热过程中油管管壁内外侧温度梯度过大，要达到透热效果，满足径向温度均匀性要求，则必须延长加热时间。因此对于透热性质负载，选择合适的加热频率是非常重要的，根据加热电源的功率分配和每台电源加热出口温度，在对油管中感应电流透入深度进行核算和校验后，确定加热电源加热频率为：1、3号炉1KHZ，2、4号炉2.5KHZ。 

3、中频加热电源选型

根据对中频加热电源功率和频率的确定，在满足加热工艺前提下，选择中频感应加热电源型号为：

1、3号加热炉：KGPS180KW/1.0KHz

2、4号加热炉：KGPS220KW/2.5KHz

4、中频电源控制电路的主要特点

中频电源选用乙方最新研制的第六代可控硅水冷中频电源。

4.1技术指标

●启动成功率可达100%

● 整流功率因数大于等于0.92

● 具有与甲方上位机连接的温度接口    

● 具有内外转换及自动手动转换功能

● 全数字，无继电控制回路，使系统运行稳定可靠

● 具有过流、过压、缺相、水压、水温等齐全保护，确保发生任何故障均不损坏设备元器件

● 三相进线不分相序，可任意连接

● 操作简便，决不会发生误操做

● 水温监控功能能有效地防止水温过高造成设备损坏

4.2技术特点：

● 中频电源主回路原理

中频电源由于功率较小，采用6脉波即可，其对电网的谐波也不会超标。

● 中频电源的特点

在本套系统中设计使用在国内具有先进水平的扫频式恒功率耐冲击型中频电源。其主要特点如下：

1） 电源外壳采用标准GGD外壳，可以任意拼装组合。两台电源的外形尺寸都为：高2000mm*宽950mm*深900mm。

2） 两套设备四台台电源共用一台800Kw低压开关柜。控制系统全数字化，无继电控制控制系统采用大规模可编程逻辑阵列模块集成控制，单块板结构。各种信号的运算处理及其相应动作的执行都按程序自动进行。用数字控制系统代替各种继电控制回路所要完成的功能。

3） 独特的扫频式启动方式，具有100%的启动成功率

4） 具有快速响应特性的调节器

根据乙方在工件加热的实际使用情况下所获得的经验，设计了独特的调节器，其响应时间小于100mS，完全适合于中频电源在负载突变的情况下适应快速响应的使用要求。

5） 电源恒功率输出，可保证高的功率因数

6） 完善可靠的保护功能

本控制线路设有过流、过压进线缺相、电源欠电压、冷却水压过低和冷却水温过高等各项保护措施。保护了各项保护功能的灵敏度及可靠性。本套系统为水冷却设备，为了设备的安全可靠运行，故应对冷却水的水温进行多点实时监控。我公司针对水温监控重要性，设计了一套具有特色的专用仪表。在每一只可控硅上均装有两个温度检测点，并具在每一台谐振电容器及各感应线圈上也装有相同的温度检测点。并在设备的总进水口加装带保护信号的水流量开关。

7） 先进的相序相识别功能

控制系统中含有相序自识别电路，使系统中无须安装同频变压器，免去了调试维修中调相序、对同步的工作。

8） 丰富的外控接口

设备含有内/外转换、自动/手动转换开关和它们的接口，可方便的实现远程自动控制。

9） 调试维修简单方便

控制板中大多数参数的设定都由控制板的内部电路自动完成，用户调整的仅有几只电位器的参数设定。所以该控制板具有极强的通用性和互换性，而且调试维修极为简单方便。

10） 可控硅的安装采用集装式整体硅架，更换可控硅时更加方便。

5、感应器设计

由于每套加热电源要完成多种规格油管加热，为了提高加热效率，应设计多种规格感应器与之配套。根据油管典型规格和油管端部加热长度要求，采用2种规格感应器分别对应典型油管外径规格为：ф60.3~ф73.3mm、ф88.9mm。由于感应器内径的变化，要满足加热电源加热频率的要求，因此感应器长度会发生变化，设计感应器长度为400mm~650mm。感应器设计吸取以往设备的经验，保证解决感应线圈易漏水，炉体外壳不牢固，加热有效长度有所欠缺，线圈匝间绝缘性不好等问题。

6、感应器传动系统

为满足感应器移动要求，采用油缸实现感应器的快速平稳运动。为了保证感应器的平稳移动，在设计方案上将吸取以前的设计经验进行改进。感应器固定在丝板上，可实现感应器快速和三维方向手动调整。以保证油管端部在圆周方向上加热均匀。丝板在油缸推动下在导轨上滑动，油缸选用国产力士乐产品，缸径为ф63mm，最大行程600mm，由甲方PLC控制油缸，推动感应器前进/后退，由接近开关限位，以保证油管端部加热长度。

7、测温系统

测温仪采用美国RAYTEK（雷泰）公司双比色测温仪，它采用光机电一体化结构，标准2线制输出，可配备数码显示表头，同时具备4~20mA模拟输出，并有多种测量温区及测量光谱范围供选择，现场适应能力强。

测温仪安装在感应器托板上，跟随感应器移动，通过油管端部测量加热油管内表面温度，以反映油管端部加热的实时温度值，并通过4~20mA模拟输出实现远方温度显示。

8、控制系统

主要检测和控制功能包括：

① 1~2号、3~4号感应器推进控制和到位检测（甲方完成）

② 1~2号、3~4号感应器退回控制和到位检测（甲方完成）

③ 1~2号、3~4号加热电源运行状态显示

④ 1~2、3~4号号加热电源故障状态显示

⑤ 加热启动/停止控制

⑥ 1~2号、3~4号加热电源循环软水冷却系统运行状态检测

9、循环软水冷却装置

提供感应加热电源、电容柜及水冷电缆、加热炉体等风水冷却装置。共2套。

四、 技术数据

1、使用环境

① 室内安装，设备接地良好，接地线颜色与控制线有明显区别（接地线颜色为黄色），其截面积＞4mm2，接地电阻不大于4Ω；

② 海拔高度不超过1000米，否则应降低额定值使用；

③ 周围环境温度不超过+40℃，不低于-10℃；

④ 空气相对湿度不大于85%；

⑤ 无剧烈振动，无导电尘埃，无各种腐蚀性气体及爆炸性气体；

⑥ 安装倾斜度不大于5度；

⑦ 安装在通风良好场合。

2、电网要求

1）180KW中频电源配电容量不小于225KVA。 220KW中频电源配电容量不小于275KVA

2）电网电压应为正弦波，谐波失真不大于5%。

3）三相电压间不平衡度应小于±5%

4）电网输入电压为线电压交流380V，电网电压持续波动范围不超过

±10%，电网频率变化不超过±2%（即应在49~51HZ间）。

5）180KW、220KW中频电源进线电缆采用三相四线制，进线电缆规格为铜芯240mm2或120mm2×2。

3、水冷却系统主要技术指标

中频感应加热电源、水冷电缆、电容柜、加热炉体等采用两台FL-500风-水交换器进行冷却。。

4、感应器传动系统主要技术指标

1） 感应器规格： 

1号感应器：内径ф100mm，适合典型油管规格ф60.3~ф73.03mm。

2号感应器：内径ф120mm，适合典型油管规格ф88.9mm

2）感应器调整：

X轴方向（左右）：±10mm

Z轴方向（上下）：±25mm

3)感应器长度：500mm-650mm

5、测温系统 （型号：MR1SA）

1）测温范围：600~1400℃，

2） 响应时间：10ms

3） 精度：满量程的±0.75%

4） 瞄准：透镜瞄准

5） 光谱响应：双色

6） 重复性：满量程的±0.3%

7）温度显示仪表：日本岛电

8）连接电缆：加长至25m×2

6、台车设计

   台车行程不小于2500mm，台车上安装两套感应器及感应器传动系统，感应器中心高由甲方提供确认，台车由手动推动，并带有手动刹车机构。

五、 供货范围。

1、乙方供货范围

1）中频感应加热电源   180KW/1KHZ中频电源            2台

220KW/2.5KHZ中频电源               2台

2）低压开关柜（两套设备四台电源共用一台） 1台

3）外操作台（外型甲方指定） 1台

4）电容柜（含水冷电缆及馈电铜排）         4 台

5）感应器（2种规格、含8只绝缘衬套备件）    8台

6）感应器传动系统    2套

7）台车    2台

8）测温仪    2台

9）循环软水冷却系统 2台

10）指导设备安装及负责设备调试

11）提供与供货范围有关的技术文件资料和技术培训

12）提供完善的售后服务和永久性技术咨询

13）供方有责任优惠提供设备自制件和备品备件

14）设备包装、运输、运输保险

15）电容备件（逆变或整流吸收电容）  5个

16）温度显示仪表（装于操作台上）                  2台

17）测试负载（灯泡）  6只

18）随机备品备件（见下表）                        1套

以上设备(含2台风水冷却器及两台双比色红外测温仪)初步报价：60.0万左右

2、甲方和使用方供货范围

1） 供电变压器至乙方开关柜、加热电源、电容柜、外操作台之间的供电动力电缆和控制电缆。

2） 根据供方设备平面布置图及安装尺寸，使用方负责设备基础设施，包括紧固架、预埋件、垫铁等安装材料。

3） 使用方负责设备现场吊卸及设备安装和安装调整。

4） 成品检验及检验所需工具和仪器。

六、技术资料交付及人员培训

1、乙方提供以下技术文件：

1） 设备安装尺寸图（合同生效5天交付）

2） 设备安装布局图（全同生效5天交付）

3） 供电变压器至开关柜、加热电源、电容柜、外操作台之间的供电动力电缆和控制电缆规格要求（合同生效5天交付）

4） 设备外部端子分配表及功能说明（合同生效15天交付）

5） 设备总体原理图（随机交付）（六份）

6） 设备使用说明书（随机交付）（六份）

7） 设备主要元器件材料表（随机交付）（六份）

8） 设备出厂验收记录（随机交付）（二份）

9） 感应器制作图纸（验收后交付）（六份）

10） 设备出厂合格证（验收后交付）（一份）

2、人员培训：

1） 在设备出厂验收阶段，培训人员参与设备调试。

2） 在出厂验收期间，由乙方设计人员举办3-4次有关设备原理、操作使用、维护、外部配置等相关内容的技术讲座。

3） 在设备出厂验收期间，培训人员熟悉设备操作使用。

4） 在现场安装期间，由乙方技术人员负责讲解设备外部联接要求，并参照图纸讲解各部分的功能。

5） 乙方技术人员有责任详尽解释不违技术泄密的所有技术咨询。

七、安装调试

1、甲方自行安装设备，乙方指导安装。

2、在安装过程中，乙方派一名电气工程师到达现场指导安装。

3、设备安装前，乙方按第六条第1款提供全套关于设备安装尺寸要求和外部联线要求。

4、乙方负责设备调试，使用方应提供所有除乙方设备外的其他必需的支持。

5、在调试过程中，乙方至少派两名电气工程师负责设备调试，同时派遣一名技术负责人负责与甲方联络协调。

6、甲方、乙方、使用方共同制定安装调试进度表。

7、在安装调试过程中，乙方人员遵守需方工厂管理制度，服从使用方组织安排，并对甲方和使用方技术图纸及生产工艺流程保密。

8、设备验收合格后，乙方技术人员提供现场调试报告。

八、技术服务

1、按第六部分“技术资料交付”中规定内容为甲方或使用方提供技术文件资料。

2、为甲方或使用方提供设备主要元器件材料清单，并提供主要元器件购买渠道。

3、按第六部分“人员培训”中规定内容为使用方培训操作维护人员，并提供永久性技术咨询。

4、在设备使用年限内，乙方负责整理设备维修服务记录或答复使用方提出的技术咨询，在每年的12月份报使用方技术负责人存档。

5、在设备验收后，乙方至少留一名技术人员监护设备使用情况，监护时间为3天。

6、设备在验收后一年内，乙方免费负责解决设备质量异常现象，响应时间＜24小时（不可抗拒因素除外）。

7、设备在验收一年后直至设备使用期限内，乙方维修只收取维修成本费，维修成本费由维修人员差旅费、外出期间工资、更换器件成本费组成。

8、自合同生效之日起五年内，乙方所提供设备中自制件价格对需方不上调。

九、设备验收

设备验收分二次进行，第一次为预验收，在乙方工厂进行；第二次为终验收，在设备使用地进行。

1、设备出厂验收（预验收）

1） 模拟试验。

A、 模拟试验由甲、乙、使用方三方技术人员共同完成。

B、 制作模拟感应器

C、 设备达到额定功率，频率满足设备设计指标规定范围。

D、 设备在90%-110%试验额定功率下连续运行1小时。

E、 设备在90%-110%试验额定功率下频繁启动1小时（运行10秒停止10秒）。

F、 提供摸拟试验报告。

2） 动态试验

A、 动态试验由甲、乙、使用方三方技术人员共同完成。

B、 使用方方提供3种规格试验钢管，每种钢管长度不小于2m

C、 乙方提供工作用感应器（3种规格）。

D、 乙方摸拟现场设备布置，利用试验钢管完成静态透热工艺试验，并通过检测钢管加热温度、加热时间、加热功率，计算加热电源是否满足工艺要求。

E、 提供动态试验报告。

3） 设备出厂验收记录

A、 设备在额定工况下的连续运行记录。

B、 设备在额定工况下的频繁启动记录。

C、 动态摸拟透热试验的工艺参数记录。

D、 冷却水系统运行记录。

E、 设备外观制造质量记录及修改记录。

2、设备现场验收（终验收）

1）验收标准

A、 设备具备达到使用方工艺要求的能力（第二部分）

B、 中频感应加热电源达到第三部分主要技术指标

2）验收方法

使用方的验收为最终验收。

3）保证值

A、 达到设备标称功率

B、 满足连续工作制要求

C、 满足频繁启动/停止要求

十、交货期：45天