煤矿井下磨料水射流切割机切割性能试验研究-【新闻】

信E工程技术煤矿井下磨料水射流切割机切割性能试验研究bookmark0邵泉江1侯永2陆峰峰3赵碣3bookmark1（1.山西兰花科创望云煤矿分公司2.徐州中矿永宏科技有限公司3.中国矿业大学（徐州）电力工程学院）bookmark2利用自行设计的煤矿井下磨料水射流切割系统对钢板进行切割。

牌号材料状态强度极限-b（MPa）屈服极限率断面收缩率布氏硬度45退火钢>切割速度与切割深度和切割效率的关系曲线表3切割速度的影响本试验主要探讨不同的切割参数（驱动压力、切割速度、切割靶距和磨料流量）对磨料水射流切害概切割钢板性能的影响。

从上图可以看出：切割速度和切割深度成反比关系变化，切割速度越大，切割深度越小。而切割效率和切割深度呈凸曲线关系变化，增大切割速度，切割效率先是增大，到一定值后，逐渐减小。由此可知，并不是切割速度越小越好。综合考虑切割深度和切割效率的影响，切割速度存在一个最佳范围。在本次试验条件下，最佳切割速度为80mm/min.切割靶距的影响切割靶距是指磨料水射流喷嘴出口到被切割物料之间的距离，它是影响磨料水射流切割的一个重要参数。试验中切割速度为80mm/min，驱动压力为30MPa，磨料流量为3.2kg/min，将切割靶距分别设置为5、10、15、20和25mm五个等级，考察切割靶距对切割深度的影响，实验结果见表4.（下转第368页）表2驱动压力的影响驱动压力（MPa）101520253035一次切割最大深度（mm）5913162023驱动压力是影响磨料水射流切割机切割性能的一个重要参数，它反映了磨料射流对被切割物料的破坏能力。在忽略管路、阀门及混合室内的压力损失时，驱动压力近似等于喷嘴的射流压力。实验时，保持切科技信息工程技术加热设备的改造措施设备是实现安全生产的重要基础，为了中洛线安全输油生产，应更新现有加热设备。中洛线今后运行可以为直接加热输送或加剂输送原油方式，更新设备应满足各种输送方式的负荷要求。因此对中洛线加热设备应尽快更新，选用华东石油机械厂生产的2500kW和5000kW直接加热炉用于中洛线输油生产，热效率达到90%，并配套增加各站采暖伴热用小型热水锅炉，用于生产伴热及冬季生活采暖，以保证输油生产的安全平稳运行，提高运行效率，降低维修费用，加强基础建设，提高技术装备水平。

更新华东石油机械厂生产的2500kW和5000kW直接加热炉后，可明显提高设备的安全性能和运行效率，其炉型自动化程度较高，可与站控系统实现联接，便于加热炉的操作运行控制。

加热设备改造论证中洛线若能在近几年内逐步更换先进的、高效的加热炉型，将能保证输油生产的安全平稳运行，提高整体的技术装备水平，同时节约大量的设备维修费用，在较短的时间内收回设备投资，在经济效益方面是合理和有利的。

直接加热炉的原油直接进入高温的炉膛吸收热量，原油闪点和燃点低，凝点高，属甲B类可燃液体，火灾危险性大；原油中存在的水分对炉管有腐蚀作用，而且原油的胶质、沥青、盐含量高，热稳定性差，经过加热后易裂化分解，在炉管内结焦，影响传热效果，造成局部过热，一旦由于腐蚀或局部过热烧穿等原因发生爆管等火灾事故，将直接威胁输油生产。

热媒炉采用较高温度时热稳定性良好的热媒，可以避免炉管结焦，对金属无腐蚀作用，原油系统不进炉膛，与炉膛加热是两个独立的系统，而进入炉膛吸收热量的热媒闪点和燃点高、凝点低，属乙类可燃液体，火灾危险性相对较小。

因此，从介质的物性来看，热媒炉要比直接加热炉更安全。但由于热媒炉存在上述诸多问题，目前还难以有效的解决，便会直接阻碍热媒炉的进一步推广。而直接加热炉系统简单、造价低、操作方便、便于维修，只要采取充分的措施，也能够实现安全生产。

安全措施主要有以下几方面：对质量严格把关：加热炉的制造应符合石油工业用加热炉安全?95和加热炉工程施工及验收规范的规定。设计单位应取得压力容器设计单位批准书，制造单位应取得压力容器制造许可证。用于加热炉的材料必须具备质量合格证，管材表面的锈蚀、麻点或划痕的深度不得超过该管材厚度负偏差的1/2，阀门、压力表、热电偶等配件应逐一试验和标定。设置自动点火和熄火时自动切断燃油的控制系统和超温及灭火报警。炉管选用耐高温的无缝管，对接焊缝要经过100%的无损探伤检验。

加热炉安装后，要进行水压试验，并对各连接部位进行渗漏检查。

水压试验用水应高于周围露点的温度，防止炉管表明结露腐蚀。水压应缓慢的升降，当水压上升到工作压力时，应暂停升压，检查有无漏水或异常现象，稳压5分钟，再上升到试验压力并保存5分钟，然后降到工作压力进行检查。

严格执行检验规程：加热炉的检验必须严格执行加热炉检验规程，每年必须进行一次定期停炉检验；6年进行一次水压试验；出现异常情况时随时检验，并有检验报告。辐射炉管和对流炉管表面应平整，不允许有任何深度的环形裂纹，几何尺寸变形量不得超过允许值。

加热炉的修理应执行加热炉修理规程，燃烧器组装后，各主要部件的轴线应重合，偏差不应大于2mm.检查测量炉管腐蚀情况，根据腐蚀情况进行处理，对严重腐蚀的炉管要进行更换，坚决保证炉管在正常的工作压力下能够安全使用。对修理后的加热炉认真组织验收。

精心操作：加强运行管理，控制炉膛和排烟温度，炉膛温度不超过800C，减弱高温氧化腐蚀程度；排烟温度不低于130C，防止低温酸雾结露腐蚀。因原油中含硫，燃烧后成为S2，2又进一步氧化为S3，SO3与水蒸气结合为H2S4，腐蚀钢材表面。控制升温降温速度，及时吹灰，正常运行时关严各部孔门。站内设有水击保护泄压阀，加热炉的运行操作严格执行管式轻型加热炉操作规程。

加强保养：停炉超过30天应及时清灰，并做好干法保养，延长加热炉的使用寿命。

制定应急预案：设置紧急放空阀，对炉管内原油汽化事故、回火和爆喷事故、炉管烧穿事故、炉膛爆炸事故制定详细的有针对性的应急预案。当出现操作规程中的危急情况时应紧急停炉。

热媒炉烟囱高度为10m，不利烟尘扩散，而上述型号加热炉的烟尘排放属达标排放，烟囱高度达30m，已经顺利通过了环境影响评价部门的论证。

通过以上分析对比证明，中洛线热媒炉更换为直接加热炉能够满足全线的热力参数要求，保证安全平稳输油。同时减少维修任务，节约维修费用，因此是可行的、有利的。

（上接第366页）表4切割靶距的影响切割靶距（mm）510152025一次切割最大深度（mm）152013107表5磨料流量的影响随着切割靶距的减小，切割深度先是逐渐增大，当靶距减小到一定值后，继续减小靶距，切割深度反而下降。这主要是因为磨料射流在喷嘴出口附近存在等速核心区，该区内射流动能较大，切割能力较强，该区外随着切割靶距的增大，磨料射流与周围环境介质的扰动增强，射流流速降低，从而使磨料颗粒所具有的动能减小，切割深度随之减小，切割能力降低。但并不是切割靶距越小越好，切割靶距过小，磨料射流反溅严重，会使切割深度下降，所以存在一个最佳的切割靶距。上图的试验结果表明：在本次试验条件下，最佳的切割靶距为10mm. 3.4磨料流量的影响磨料流量的大小主要反映了射流中磨料颗粒数量的多少以及磨料颗粒对被切割物料的冲击频率，磨料流量不仅影响切割深度，还对磨料消耗量和切割成本有很大的影响。

选取上几轮试验的最佳值：切割速度80mm/min，驱动压力30MPa，靶距10mm，保持其他参数不变，在不同的磨料流量情况下，切割结果见和表5.磨料流量Q（kg/min）由上图可以看出，磨料流量与切割深度呈凸曲线关系变化，即，随着磨料流量的增加，切割深度先增大，到一定值后，切割深度逐渐减小。

因此，磨料流量存在一个最佳范围，使磨料射流具有较大的切深。试验结果表明：在本次试验条件下，最佳的磨料流量为3.2kg/min.因为增大磨料流量时，单位时间内从喷嘴喷出的磨料数量增多，其对被切割物料的冲击频率增大，从而使被切割物料的切割深度增大。但由于受喷嘴直径的限制，磨料流量不能过大。若磨料流量过大，磨料颗粒之间变得拥挤，互相会产生碰撞和干涉，使其对被切割物料的有效冲击次数减小，从而使磨料颗粒对被切割物料的冲击能力减弱，严重时还会使喷嘴堵塞，影响切割。另外，磨料流量过大使磨料消耗量增大，从而增大了切割成本。因此，磨料流量存在一个最佳范围。

由以上试验结果可知，采用煤矿井下磨料水射流切割机切割钢材是可行的，并且可以得到以下几点结论：驱动压力与切割深度呈线性变化关系，随着驱动压力的升高，煤矿井下磨料水射流切割机切割钢板的深度逐渐增大，切割能力逐渐提高；随着切割速度的增大，煤矿井下磨料水射流切割机切割钢板的深度逐渐减小，而切割效率则是先增大，后逐渐减小。综合考虑切割深度和切割效率，切割速度存在一个最佳范围；切割靶距存在着一个最佳值，使磨料射流发挥最强的切割能力；⑷随着磨料流量的增加，煤矿井下磨料水射流切割机切割钢材的深度先是增大，到一定值后，随着磨料流量的增加切割深度反而下降。

因此，磨料流量也存在着一个最佳值。

综上所述，在喷嘴直径为1mm，磨料为60kg的条件下，本次切割试验得到的最佳参数组合是：驱动压力30MPa切割速度80mm/min切割靶距10mm，磨料流量3.2kg/min.

混沌大学

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李善友