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客戶案例

港口挖泥船吸排泥抽沙耐磨管的材質選擇

時間:2015-06-27 21:52來源:未知 作者:admin 點擊:
  

摘要:為了延長挖泥船吸排泥管的使用壽命,使用了耐磨管。介紹吸排泥管耐磨管的選用方法和耐磨復合鋼管制作工藝。著重對高鉻合金和Q345低合金剛作性能比較。新管材的使用取得良好的經濟效益。

挖泥船設備的改進和吸排流量增加,以及被挖土質由淤泥向沙礫、黏土類過度,對低合金鋼(Q345)磨損逐漸加快,但低合金鋼材價格便宜。耐磨復合鋼管為高鉻合金,屬于白口鑄鐵系列,硬度高,合金成分高,因此具有很強的耐磨性能。涂塑鋼管集金屬體優異的機械性能和高分子塑料卓越的耐腐蝕、耐磨性能于一體,在工藝改進下,涂塑厚度滿足吸排泥需求時,發展前景更加廣闊。本文著重對挖泥船實際施工中,根據具體工況布置更加合理的管線,既節約成本又增加有效工時,使挖泥船能產生更大的經濟效益。

1 吸排泥耐磨管選用
要解決吸排泥管的使用壽命短的問題,主要是考慮增強其耐磨性能。通過了解,以一般的低合金鋼(Q 345)為例,內壁厚度為18 mm,吸排泥管在使用1至2年后,壁厚變薄至10 mm左右即報廢。
在疏浚施工中,吸排泥管輸送的介質主要是海水淤泥、沙礫。這些介質在壓力推動下,在管道內高速流動,與管道內壁形成磨擦,造成磨損。受重力作用,較粗較重的介質往下沉,在管道底部形成更大摩擦,因此吸排泥管的底部往往磨損較快。介質流動導致管道內壁的磨損類型主要是磨粒磨損,也兼有腐蝕磨損,在彎頭部位則也有沖擊磨損。
確定了吸排泥管的磨損類型后,才能根據磨損類型選定抗磨損的材料。
在磨損領域中,磨粒磨損的抗磨損材料主要是以高鉻鑄鐵合金和碳化鎢合金為主,這兩種合金都有著非常良好的抗磨損性能。他們的共同特點是:硬度高,特別耐磨。碳化鎢的耐磨性能比起高鉻鑄鐵更勝一籌,但碳化鎢材料很昂貴且不能冷作加工,因此不能大面積推廣使用。而高鉻鑄鐵合金的硬度可達到58~61,并且抗一般沖擊,對抗輕度腐蝕也有作用,最關鍵高鉻鑄鐵合金的性價比高,適合大面積推廣使用。
高鉻合金屬于白口鑄鐵系列,硬度高,合金成分高、硬質相的硬度高,因此具有很強的耐磨性能。復合耐磨鋼管采用高鉻合金制作而成,在抗磨損領域有著廣泛的應用。挖泥船在施工中,吸排泥管內壁磨損無法避免。船上的吸排直管一般采用Q235或錳鋼,Q235雖然價格便宜但耐磨性差、使用壽命短,在挖泥500萬~800萬m3后(正常施工1年左右)就須更換泥管。更換泥管主要缺點:一是必須停止生產作業,降低生產效率;二是艙內更換泥管受場地空間限制,不宜經常更換,一旦爆管或滲漏會危及艙內機電設備;三是需要備用管,既增加人工維護保養又占用船上有限空間等。
為發揮挖泥船最大經濟效益,為進一步確保船舶可靠、安全性,擬將艙內直管改用耐磨復合管(可焊,使用期5年以上)與艙內彎管、三通管更好地匹配,既大大提高使用壽命、增加效益,又可以避免更換泥管時因場地受限和危及其它設備帶來的困擾。
2 復合耐磨鋼管制作工藝
在確定制作吸排泥管的材料之后,然后就是確定制作工藝。復合耐磨鋼管目前有兩種制作工藝:一是先制作成耐磨鋼板,然后再卷制成復合耐磨鋼管,這種工藝簡單概括為“先堆焊,后卷板”;二是先將基板Q345卷制成鋼管,然后在其內壁進行堆焊,這種工藝也可簡單概括為“先卷板,后堆焊”也就是堆焊耐磨管。
經比較,在制作吸排泥管過程中,選用“先卷板,后堆焊”工藝,因為此工藝在耐磨合金堆焊完成后,無需再做卷板加工,這樣就保證了耐磨合金不必受到卷板擠壓而造成粉碎性裂紋。粉碎性裂紋是不允許存在的,耐磨合金有粉碎性裂紋后,就降低了抗沖擊性及抗氣蝕。由于在吸排泥管內的介質是高速流動的,在裂紋較大的地方,很容易形成渦流,進而形成氣蝕,而造成此處耐磨合金層掉塊,從而影響整個吸排泥管使用壽命。
材料規格選型:考慮到挖泥船的吸排泥管從吸口至甲板或從吸口至海上幾km甚至十幾km的距離段其流速、壓力都相對較大,磨損量也較大。為了保證使用壽命不低于5年,推薦采用耐磨合金類,壁厚為14+6的耐磨管。
復合耐磨鋼管單節長度為3 000 mm,要制作成6 000 mm一根的吸排泥管,只需用2節復合耐磨鋼管焊接即可。這樣制作的吸排泥管內壁是沒有焊接縱縫的,所以安裝時不受方向限制。在以往客戶的經驗中,吸排泥管內壁的堆焊縱縫是抗磨損最薄弱環節。這里說明一下,“先堆焊,后卷板”制作的吸排泥管是有多條堆焊縱縫的。
耐磨管焊接成所需長度后,在管道兩端焊接法蘭。吸排泥管冷作階段基本完成。最后的工序是在吸排泥管表面做防腐處理。

圖(1)吸排泥管內壁堆焊復合耐磨合金

3 高鉻合金和Q345性能比較
分別作了化學成份分析、金相組織、宏觀硬度以及磨粒磨損四方面的對比試驗。
3.1 樣板
高鉻合金:規格8+4 mm,150×100 mm #A
Q345低合金鋼:規格18 mm,120×50 mm #B
3.2 化學成份分析
采用光譜儀進行成份分析,碳、硅非金屬元素無法打光譜,因此都略去碳等元素含量。
合金wt%

圖(2)表1復合耐磨鋼管的合金成份分析

3.3 宏觀硬度測試
測試依據標準:GB 9460
測試前分別取樣,將基板面刨平,耐磨層面磨掉1 mm,鏡面。

(3)表2是耐磨管的內襯層的硬度

3.4 磨粒磨損測試
測試辦法:GB 65國家標準推薦
測試結果:

圖(4)表3是磨耗試驗數據對比
重量損失比:1.352/0.063=21.5
結論:高鉻合金的耐磨壽命是Q345的21.5倍。

圖(5)耙中式挖泥船及吸泥耐磨管
4 高鉻合金和Q345管經濟效益分析
以吸排泥管長線102 m為例。吸排泥管內徑為900 mm。

圖(6)表4吸泥管普通管與耐磨管經濟性對比
從表4可以得出結論:
從初始成本方面考慮,采用耐磨合金的成本將是采用Q345的3.3倍,但Q345材料在吸排泥管上的應用壽命最多2年,即每1年就得更換一次管道;而高鉻合金的使用壽命則是Q345的5倍左右,5年僅材料費可節省110萬元。疏浚工程的施工周期一般都超過1年或者更長時間,采用合金耐磨管更為合適。
5 結束語
在疏浚需求的推動下,隨著科學技術的不斷革新,復合耐磨管將逐漸取代普通鋼管,成為疏浚挖泥船更佳的配套設備。復合耐磨管的推廣必將提高疏浚效率,增加經濟效益,增強我國疏浚行業競爭力。


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