对热处理车间辅助部门设计的见解机械电子工业部第四设计研究院李国隆摘要物料搬 运 应按 实际需 要,选择不同的起重运输设备;推荐了集中贮存、分散冷却的淬火介质冷却循环系统;介绍了用软化水 冷却且由用水设备直接送至冷却塔顶的设备冷却循环系统;对建筑防火规范有关液化气站布置 的规定,提出了修改的意见;我国寒冷地区的热处理车间,可不设天窗,钡嘀面积亦可减少。近年来,许多热处理车间设计人员到西方一些工业发达国家进行考察,从而发现他们的热处理车间辅助部门与我国的不同。下面是笔者根据出国考察时的所见所闻和其他考察资料,并对照国内一般热处理车间辅助部毅计 的模式,所提出的改进辅助部门设计的见解。一、物料搬运国内的热处理车间的物料装卸、搬运均用 吊车,所以 凡热处理车间皆有贯穿车间始末的吊车,超过J、J气子、子、日气沙 、子 、J、J、J 、J、J、产、护、 创、矛、沪、砂、产妇 、子、产、沪、J、产、户、10 0060006 0 0 0刹!|叫|d巨一沪乐二二云三三于. 二曰闻问日l冲冲e s!|二1.下丽石圈圈圈孑孑产十十 l l l一l l l开赣 电缆沟电缆沟 匕匕匕匕匕二二曰2.0 0 0 0 0 廿廿廿廿廿 ! ! ! ! !:2.。知知知知知一陈飞叮应l匕图1 5KGPS一10 。一B可控硅中频 设备平面布置(湘覃电机厂)1一整流柜2一逆变柜3一 中频淬火机床4一 淬火水泵5一设备冷却水 泵6一设备冷却循环水槽(Zx1.5、Zm)7一 淬火循环水槽电火1.5x2m)掩/cmZ,故应设立单独的循环水冷却系统2.平面布置(l)可控硅中频电源设备的电气元件大同小异,但组合的方法有较大区别,大致分以下几种:控制柜加电容暑剐粗;控制柜加整流柜加电容器柜;变流柜加开关 千助口电容器柜加操作台;逆变柜加整 流柜。(2)可控硅中频设备有三种布置方法:一是全部可控硅中频设备(包括淬火机宋都布置在热处 理车间内;二是全部设备布置在厂房J侧的独立房间内;三是全部设备布置在机侧 动口工流水线上。图16KG】名粼2 500可控硅中频设备平 面布置(湘潭电树一,1一主控制柜2一电容器 柜3一中频淬火机床4一设备冷却循环水槽( 2.6x2xZm)5一 淬火循环水 槽(2.6xZxZmo6一 没备冷却水泵7一淬火水 泵应注意的是,可控硅中频设备必须与淬火机床布置在一起,以减少中频功率的损耗。( 3 )应设立两个 循环水系统,即冷却水循环系统与淬火水循环系统,平面布置方面的要求与机式中频设备完全相同。循环水澎内容积可以完全按照机式中频设备的要求设 计,也可以略、一些。(4)对土建方面的要求。可控硅中频设备的(下接第6页)6 ( )n1的车间常需安装两台吊车。吊车服务面积大是它的优点,也 正 因为服务对象多,当生产任务繁忙时,吊车频繁地来回奔跑,有时会影响生产。另外,在吊车行走范围内,车间公用管道 无法向上敷设,特别是大管径的风管、煤气管安装很困难,给公用管道设计增加了难度。西方工业发达国家一般机械热处理车间极少见到 有贯穿全车间的吊车。例如,美国某拖拉机厂零件热处理车间,面积为216 0m2,没有一台贯穿车间的 吊车。零手服卸一般用悬臂吊车、局部悬挂吊车、单轨电葫芦等:工序间的运输,有的 用辊道;车间内运输和车间之间的运输一般用叉车。该车间局部布置见图l。从图1可 见,在约9 ( )0 m,的范围内,有一 6台悬臂吊车,2台局部悬挂吊车,1台单轨吊车.一段辊道。起吊设备的位置根据需要确定.服务对象单一,避免互相干抓国外,就是一些大的热处理车间也不安装贯 穿全车间的吊车.例如西德有一个约70 0 0mZ的热处理车间.两跨,一跨约 2 4m,另一跨约1 4m,长19 2m, 之 让入入 2 2 23 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 只只只只玩: : : _ _ _飞飞砂甭袄赢 下百 n 】旧】件一止二匕二火囚日飞梦甘川 日升曰日知阔洲日川阵l、3一井式淬火炉2、,、12、州、29、2 。一悬臂吊车4一井 式碱水槽5、7、3 3一卸夹具工作 台6一回火炉8、1 0一 井式力燃炉1 1一井式回火炉1 3一煤 气加热箱式 炉巧一校直机16一辊道1 7一清洗机1 8一回火炉2 1、2 4一悬挂吊车2 2 一自动碳势控制仪23一三排推杆式气体渗碳炉25、3 1一电炉控制柜2 6 一机械手2 7、2 8、2 9、3 ( 1一格里森齿轮悴火压床32一 单轨吊车这个车间没有一台贯穿车间的吊车,起吊和运输设备同前过赞目似。为减少车间运输.大量生产的车间均按零件热处理工艺划分区域,在一个区域内尽可能完成全部热处理工息西德某拖拉机厂热处理车间,为节省面积、减少运输距离.在平面布置上,设备间距较国内热处理的设备间距明 显小(见图2 ),在约18 0m,范围内,布置了1 2台设备,其中井式炮。台。另外,每组设备附近有零件堆放地和料筐放置地,避免了长距离往返拓三。在上述例子的启示下,我 认为:1.应破除凡热处理车间皆有贯穿车间的吊车的陈规,物料起 吊、搬运应根据实际需要,可 选取单轨电葫芦、悬臂吊车、局部悬挂吊车、辊道或梁式吊车;2.平面布置时,设备间距可适当缩小,但零件堆放面积要留够。二、辅助设施设计热处理辅助设施包括淬火介质冷却系统、设备冷却水循环系统、控制气刻京料气供应系统等。1.淬火 介质冷却系统对 淬火油槽,我们的习惯做法是,小型热处理车间,炉子和淬火槽规格都很小,小时生产能力低,淬火油槽采用非循环槽,必要时,在淬火油槽内安装冷却蛇形管或用水套冷却。对于淬油件大几Ookg厂h的车间一般都要设油冷却循环系统。除个别厂分散设油冷却系统外.绝大多数都集中设油冷却系统。其流程是:淬火油槽自流一。一、二 。一、二、一。上 土竺集油槽(布置在地下室内)油过 滤器油泵一热交换器、淬火油槽。这种做法的优点是,淬火槽清理时,可将油直接放回到集油槽,这在淬火槽多的情况下更为合适。但其土建工作量大,自淬火槽至集油槽有深管沟室外(有时也放在车间内)有4.sm左右的地下室,特别是在地下水位很高或地质坚诩拍 勺 情况下,施工困难。至于说这种作法可以实现事故放油,但实际使用起来并非如此。对因进入淬火油槽的零件过多而着火,若不是采取加大进 冷油量、降低油温或其他灭火措施,而是采取放油办法,放油总是要有一个过程,油槽的油越放越少,而零件的热量并未及时被带走,零件放出的热量会加热越来越少的油,其油温必然会更高,火不仅不会立刻熄灭,而且会越O O O O O O O O O O O丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫O O O 义义义义又又火火火火火火火火O O O 沐沐沐沐沐沐沐沐沐沐沐沐沐沐沐沐一O O Ol l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l,.叫叫1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1扮扮 I I I I I I I j j j1 1 11 1 1 1 1 1 1卜卜一一州拼一一一山户一一一确i i i卜一州 卜二二一泊卜-一二州i i i卜 一 一一月卜一二一州卜一一一- - -之之6000 0 0之6000 0 0七600 0 0 0图2西德某拖拉机厂热处理车间局部平面布置一、2、4、5、7一煤气加热井式渗碳炉6、9、1 0、一 l1 2一井式回火炉3一淬火油槽8一清洗机烧越旺,会把吊车的电葫芦烧坏,生产中就有这样的例子。另外,事故放油阀由于长期不用,急用时很难打开,对那些未起火的油槽要放油也有一定困难。油冷却地下室的防水层若做得不好,或管理不善,管道漏油、漏水不及时清除,时间长了,地下室很难进去,给使用带来困难。在西方工业发达国家见到的油冷却系统确有可借鉴之处。其系统组成如 图3所示。贮油罐安装在室外高出地面约40 0m m的混凝土平台上。当淬火油槽充油或补充油时,用泵2将油罐的油打入淬火油槽。淬火油槽正常工作时,由淬火槽3、过滤器4、油泵5和热交换器6组成 冷却循环 系统,贮油罐不参与该系统循环。当淬火槽需要清理时,还可通过 油泵5将淬火槽内的油送回贮油罐。这种做法,油的输送都是在一定压力下进行,因此油管可架空敷设,避免开挖很深的油管沟 和地 下室。另外,多用炉和连续式气体渗碳炉的淬火油罐均自带冷却循环系统、巨淬火槽本身设有副油箱或贮油箱,副油箱或贮油箱内的 油可用泵随时补充,保持油槽油位稳定。淬火油槽只一根供油管和外界联系(水管除外)。当补充油时,经油泵和供油愧 窦洲寄室外贮油罐内的油送入淬火槽的贮油罐或副油箱。这种分散设油冷却循环系统、集 中供油的方式,在各油槽循环量较大、单独设油冷却系统合理的情况下,是可取的。其优点是,减少了地下工程。因无管沟,车间地面较平整,各单体分别循环较灵活,避免了有一淬火槽工作就起动大循环系统造成浪费的问题。2.设备冷却水循环系统热处理设备需要通水冷却的很多,例如:油冷却器,高、中频设备,真空炉,离子氮化炉,盐浴炉电极,渗碳炉风扇轴等。在强调节水的今天,在我们的工厂设计中,车间耗水量大于3t/h,一般都设冷却循环系统。一 般3 3 3 3 3图31一贮油罐油冷却循环 系统2、5一油泵3一淬火油槽4一过滤器6一热交换器宜排簇酬创三斗一41 1 1 1 1, , ,书书书 买买买 侧侧侧 日日日图4设备冷却 水循环系统一冷却塔2一冷却水池3一泵4一用户5、6一离子交换器7一盐水池流程是:需水冷设备颤热水池一泵一卜冷却塔一冷却池一卡泵一卜需水冷设备。除个别情况用蒸馏水外,一般均用自来水在国外见到一个设备冷却水循环系统,如图4所示。该系统有两点是可取的:其一,设备冷却水均用去离子水,可以避免结垢,减少清理次数,保证热交换器的热交换效果;其二,利用循环水自身的压力,直接将从冷却设备排出的水送至冷却塔顶,管道可架空敷设,并可减少电能消耗。3.液化石 油气站在总图上的布置 在热处理车间设计 中,不能广泛采用液化石油气制备可控气氛,除液化石 油气供应有困难、可控气氛热处理设备来源没有解决外,还由于液化石油 气贮罐在总图上的布置受到了建筑设计防火规范GB J16一87的限制。按该规范,一般工厂都难以满足其间距的要求。在国外见到一个液化气站靠近热处理车间布置,如图5所示。贮罐区距热处理车间外墙只有sm。贮罐区两侧有高约4m的钢筋混凝土隔墙,两端有铁丝网,距贮罐区外墙约sm处就是铁路。贮罐区没有专人管理,没有其他 特设安全装置。但有一定的安全措施,例如:在罐区附近禁止抽烟;当把火车槽车的液化石油气打入贮罐时,消防人员必须在场;为防止火车移动时出事故,当火车移动时管路的阀门在弹簧的作用下自动切断管路。贮罐已使用几十年未发生任何问题。其实在国内,现有的液化石 油气站也并不都符合GBJ 16一8 7防火规范,也没有发生问题。国内外图5液化石油气站平面布置l、2一丙烷罐3、4一调压器5一丙烷蒸发器6、7一气相进、出气管8、9一液相进、出气管1 0一氨气钢瓶 组实例是否可以说明,该规范有修改的必要。三、热处理车间土建设计国内新建的热处理车问,基本上都有天窗和侧窗,不论该车间是在亚热带的广东、广西,还是在中温带甚至寒温带的黑龙江北部,都是这个模式。在西德一个工厂里,热处理车间不仅没有天窗,而且侧窗也很小、很少,几乎呈密封状态。该车间的采光基本上是人工采光,通风主要是全室通风,就是烧天然气的炉子,也没有局部扫溯装置。该厂的纬度相当于我国的哈尔滨,分析一下采用上述作法是有道理的。因气温低,冷是主要的,一年内采暖期长,若有天窗和 大面积侧窗,必然消耗更多的热量。另外,车间内有些设备需要排烟或通风,而采用局部排烟装置实现起来有