阅读说明：本技术 用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法 (nitrogen supplement control method for hydraulic system of seamless steel pipe hot extrusion production line ) 是由 徐海林 陆江帆 周强 陈涛 于 2018-05-31 设计创作，主要内容包括：本发明的用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法,采用局部平衡的方式,泄压与对流同步进行,即阀门前蓄能器内系统压力＝阀门后压力,打开后与大气压力相当,泄压与平衡的目的就是要使得阀门后压力无限接近于阀门前蓄能器内系统压力,本发明先将编号11、12的蓄能器与氮气瓶局部平衡,再将编号11、12的氮气瓶内的高压气体在泄压同时对流进入11号、12号蓄能器,这样系统泄压结束后,编号11、12的蓄能器内的气体压力可达到230kg,与编号1～10的蓄能器内的280kg压差降低到约50kg,反复操作直至阀门前蓄能器内系统压力＝阀门后压力,可轻松打开对流阀,完成整个蓄能器单元的平衡。(The invention relates to a nitrogen supplement control method for a hydraulic system of a seamless steel pipe hot extrusion production line, which adopts a local balance mode to synchronously carry out pressure relief and convection, namely the system pressure in an energy accumulator in front of a valve is equal to the pressure behind the valve, the pressure is equal to the atmospheric pressure after the valve is opened, and the purpose of pressure relief and balance is to lead the pressure behind the valve to be infinitely close to the system pressure in the energy accumulator in front of the valve, the invention firstly locally balances the energy accumulators with numbers 11 and 12 and a nitrogen cylinder, then carries out pressure relief and convection of high-pressure gas in the nitrogen cylinders with numbers 11 and 12 into the energy accumulators with numbers 11 and 12, thus after the system pressure relief is finished, the gas pressure in the energy accumulators with numbers 11 and 12 can reach 230kg, the pressure difference with 280kg in the energy accumulators with numbers 1-10 is reduced to about 50kg, the operation is repeatedly carried out until the system pressure in the energy accumulator in front of the valve is equal to the pressure behind the valve, and, the balancing of the whole accumulator unit is completed.)

用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金行业的无缝钢管生产领域，尤其涉及一种用于无缝钢管热挤压产线液压系统蓄能器单元用的氮气补充控制方法，对大型液压系统的氮气蓄能器进行日常维护补充作业。

背景技术

目前，无缝钢管作为常见的钢铁、冶金金属制品，因变形量大、易于一次成型、生产精度高、易于组织连续生产、产能高，适合高合金元素加工等特点，被各家钢铁冶金企业大量生产，而无缝钢管的热挤压制管加工方式，目前也已成为国内外高端无缝钢管生产的主要方式。

在无缝钢管的热挤压制管加工方式中经常使用到了一种挤压机，该挤压机通过热挤压制管工艺将圆钢锭(坯料)挤压成无缝钢管，其中，钢锭材料为经过准备和加工的不锈钢钢坯，直径从176到416mm，热挤压产品的管径范围从48到325mm。可生产热成品钢管以及可通过后续冷拔和冷轧工艺生产高精密钢管所需的管坯。

现有技术下广泛使用的挤压机的挤压力为60MN，穿孔力/膨胀力为25MN，为对管坯实施金属挤压变形加工，挤压机及其生产线的运转动作由一套液压系统提供动力。该液压系统由19台柱塞式液压泵和12组蓄能器组成，安装位置处于位于挤压机附近的独立的地下室。蓄能器在液压系统中作为一种能量储蓄装置，主要由无缝缸体、柱塞、安全阀、管道、球阀、单向阀等零部件组成，工作压力为320bar，气体预充压力为285bar，在空闲时将系统中的液压能转变为氮气的压缩能而储存起来，在系统断电状态下需要能量时，将压缩能转变为液压能而释放，重新补供给系统，确保整套液压系统的平衡与稳定有序。

在生产过程中，挤压机及其生产线液压系统所使用蓄能器由于气体的热胀冷缩、阀门管道泄漏等原因，易引发预充压力不足而使液压系统无法正常运行，一旦气体预充压力低于260bar，就会导致蓄能器柱塞到达极限位置而使液压泵强制停止运转，需要及时补充氮气，因此在日常生产实践中，蓄能器补充氮气是一个常见且作业频繁的项目。

现有技术下的挤压机及其生产线液压系统的氮气补充方法是将11号、12号蓄能器作为一个外部氮气与蓄能器组之间的一个中转站，利用3台柱塞泵升压、卸荷使11、12号蓄能器往复抽气、送气而达到补充氮气的目的。其主要工序内容包括：

1)蓄能设备必须具备运行条件，蓄能泵在活塞式蓄能器上工作在PICOS里选择“ACCU REFILL”；

2)所有位置号为2860的气体同步阀门必须被开启.直到在蓄能器10和11之间的阀上。蓄能器11和12将在设备再次蓄能时用到；

3)关闭蓄能器11和12的位置号为2820的充气瓶的截止阀；

4)退出PICOS，充气瓶11和12的气体截流阀将被关闭。PICOS的按钮Accu onpressure and Valves open/closed点亮；

5)在阀门被相应的开启和关闭后，泵会开始进行循环并且蓄能器被卸压；

6)当所有活塞在下部时，关闭活塞蓄能器1到10油侧的位置号为2970的截流阀。点亮按钮Oil valves closed；

7)现在可以开始进行充气。在气体侧充气接口连接氮气瓶直到达到压力平衡。

8)在PICOS里通过按按钮来开始充气的过程。两个泵在蓄能设备上工作，活塞蓄能器11和12的活塞离开底部的极限位置，其他活塞不允许移动。开始需按PICOS上的按钮Start Refill nitrogen；

9)泵达到运行压力，活塞蓄能器10和11之间的位置号为2860的气体阀门必须手动打开。使气体对流流入其他的活塞蓄能器；

10)泵达到最大运行压力后，再次关闭位置号2860的截流阀，现在两个泵再次进行循环并且活塞蓄能器再次卸压；

11)这个过程会一直重复直到气体侧的注入压力在压力测量器上显示超过计算值。在活塞蓄能器11和12的下一次补充充气之后，充气结束。不会再开始蓄能循环；

13)在设备重新具备运转条件前，打开活塞蓄能器11和12之间与其他蓄能器的同步必须要通过位置号码为2820的气体阀门的打开，之后所有的球阀能重新被调回初始位置，设备准备运行，充氮结束。

上述方法简便易行，可以满足日常频繁补充氮气的作业需要，但是，经过现场工人长时间的操作反馈中得知，上述方法在生产实践中仍存在不足，具体如下：

1)作业流程繁琐、耗工费时：充气作业时，外部氮气瓶位于地面，抽气、送气过程中需要手动操作的阀门分别位于长达10米的蓄能器顶部检修平台和距地面5米的地下室，PLC程序操作界面则距11、12号蓄能器50米，操作过程中需要4人同时进行且佩戴通讯器材，才能沟通信息实施作业；

2)设备停机时间长：12组蓄能器在作业结束时的大量的阀门恢复因充气形成的巨大压差而难以打开或关闭，导致后续处置阀门时间较长；

3)作业负荷大、劳动强度高：开始阶段及结束阶段累计需打开或关闭各种阀门52次，其中13次因压差较大需耗时等待或加大力矩，且需要连续作业体力消耗大，存在一定的安全隐患；

4)部件易损坏，增加更换作业消耗：由于存在压力差现象，在较大的压差下强行开启阀门后，气体产生强对流，密封件及控制阀门件损坏频率上升，增加了后续处置检修的负荷与物料消耗。

综上所述，挤压机及其生产线液压系统由于氮气随着环境温度变化，气体阀门泄漏等因素需要定期实施补充作业，而现有的氮气补充作业方法上存在一定的不足，检修作业负荷大、劳动强度高、设备停机时间较长、作业人员工种配置多，成为挤压产线蓄能器设备运行维护作业中的一个难点，因此，需要在现有的氮气补充作业方法上实施相应的改进，在确保作业质量、效率与安全的基础上，实现现场快速、高效、安全的氮气补充作业，满足企业有序生产的需要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法，对无缝钢管热挤压产线液压系统补充氮气作业方式做出了改进，采用局部平衡的方式替代了先系统泄压再气体平衡，泄压与对流同步进行，工位转移作业位置有高位检修平台移至到地面平台。

本发明的用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法，其具体步骤如下所述：

1.用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法，包括从左至右按编号1至12的顺序排列的12个蓄能器和12个外部充氮钢瓶，其具体步骤如下：

1)确认各个外部充氮钢瓶与各个蓄能器管路连接准确，关闭各个蓄能器的挤压工作模式；

2)将设置在编号11、12的蓄能器与外部充氮钢瓶之间管路上的4个手动球阀切换为单向导通位状态，其余编号的蓄能器与外部充氮钢瓶之间管路上的手动球阀仍为双向连通位状态不变；

3)将编号11、12的蓄能器之间的直连氮气管路上的手动截止阀开启，待气体平衡后，关闭编号10、11的蓄能器之间的直连氮气管路上的手动截止阀，即，将编号1～10的蓄能器与编号11、12的蓄能器的管路分隔开；

4)将编号1～10的蓄能器下部连通的管路上的各个液压进油手动阀门关闭，而编号11、12的蓄能器的液压进油手动阀门则保持开启状态不变；

5)进入液压系统控制PLC的操作界面确认系统状态-确认“泵浦模式”处于“自动”状态，“错误重置”按钮为非报警状态；

6)在液压系统控制PLC的操作界面点击“充氮”按钮至启动准备状态，再依次顺序点击“准备充氮”、“压力阀开启”、“油阀开启”按钮，完成充氮准备工作；

7)点击“开始充氮”按钮，由于步骤4)中的编号11、12的蓄能器(1)的液压进油手动阀门为开启状态，液压系统控制PLC启动了充氮泵开始对编号11、12的蓄能器充氮，此时对编号11、12的蓄能器的压力表读数进行监测，直至编号11、12的蓄能器的有压侧与氮气充入侧的压力平衡；

8)手动开启编号10、11的蓄能器之间的直连氮气管路上的手动截止阀，利用压差将编号11、12的蓄能器的高压氮气对流至编号1～10的蓄能器及与其连接的各个外部充氮钢瓶；

9)待高压氮气对流结束后再次将编号10、11的蓄能器之间的直连氮气管路上的手动截止阀关闭，充氮泵自动泄压，将编号11、12号的蓄能器内的压力降至5kg以下；

10)打开设置在编号12的蓄能器右侧连通的直连氮气管路上的截止阀，再打开与该截止阀连通的外置氮气瓶，使外置氮气瓶通过直连氮气管路与编号11、12的蓄能器管路连通；

11)重复步骤6)、步骤7)和步骤8)，直至12个蓄能器均达到需要的压力，补氮过程完成；

12)在液压系统控制PLC的操作界面点击“停止充氮”按钮，充氮泵停止运行并卸荷；

13)依次切换并确认所有的手动球阀(2a)为双向连通位状态；

14)把蓄能器模式再次切换为挤压工作模式，至此整个充氮过程全部结束。

根据本发明的用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法，其特征在于，所述的步骤4)中的液压进油手动阀门共有12个，每个蓄能器下部连通的管路上均设置有1个。

根据本发明的用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法，其特征在于，所述的步骤11)中，在最后一次重复步骤6)、步骤7)和步骤8)时，需要在步骤6)结束后，手动切换编号11、12的蓄能器与外部充氮钢瓶之间管路上的4个手动球阀至双向导通状态，然后再执行步骤7)和步骤8)的操作，将编号11、12的蓄能器及与其连接的外部充氮钢瓶的气体压力达到200bar以上。

本发明的用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法，其设计原理在于：本发明采用局部平衡的方式替代了先系统泄压再气体平衡，泄压与对流同步进行，即阀门前蓄能器内系统压力＝阀门后压力，打开后与大气压力相当，泄压与平衡的目的就是要使得阀门后压力无限接近于阀门前蓄能器内系统压力，本发明先将编号11、12的蓄能器与氮气瓶局部平衡，再将编号11、12的氮气瓶内的高压气体在泄压同时对流进入11号、12号蓄能器，这样系统泄压结束后，编号11、12的蓄能器内的气体压力可达到230kg，与编号1～10的蓄能器内的280kg压差降低到约50kg，反复操作直至阀门前蓄能器内系统压力＝阀门后压力，可轻松打开对流阀，完成整个蓄能器单元的平衡，降低高压单向球阀的承压压差，减少了对流的流量。

使用本发明的用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法获得了如下

有益效果：

1.本发明设计合理，工序流畅、工位紧凑、安全可靠、实用高效；

2.本发明采用局部平衡替代先系统泄压，再平衡气体的方式，结合泄压与对流同步进行，降低高压单向球阀的承压压差，减少了对流的流量，从源头上降低了因压力顶冲对设备与人员产生的故障与安全隐患；

3.本发明优化作业工位，将进行高压气体对流等较危险操作的作业位置从高位检修平台移至到地面，促进检修作业安全；

4.本发明补充氮气操作便捷，作业时间少、设备停机时间短，提升了作业效率，有效的减少检修资源消耗与设备停机处置时间，减少作业工时消耗2/3；

5.本发明通过优化作业工序流程，不增加设备设施投入，成本低、费用少、易于现场实施；

6.本发明通用性强，类似设备的气体补充作业具有一定的借鉴、应用价值。

附图说明

图1为本发明的用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法的装置部分的具体结构示意图。

图中：1-蓄能器，2-外部充氮钢瓶，2a-手动球阀，3-直连氮气管路，4-手动截止阀，5-液压进油手动阀门，6-液压系统控制PLC，7-充氮泵，8-截止阀，9-外置氮气瓶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法做进一步的描述。

实施例-应用于每年春季对液压系统蓄能器氮气补充：

如图1所示，用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法，包括从左至右按编号1至12的顺序排列的12个蓄能器1和12个外部充氮钢瓶2，其具体步骤如下：

1)确认各个外部充氮钢瓶2与各个蓄能器1管路连接准确，关闭各个蓄能器的挤压工作模式；

2)将设置在编号11、12的蓄能器1与外部充氮钢瓶2之间管路上的4个手动球阀2a切换为单向导通位状态，其余编号的蓄能器与外部充氮钢瓶之间管路上的手动球阀仍为双向连通位状态不变；

应注意，图1中附图标记数字为1和2为编号11、12的蓄能器与外部充氮钢瓶，其余编号的蓄能器与外部充氮钢瓶不再重复标记，手动球阀同理。

3)将编号11、12的蓄能器1之间的直连氮气管路3上的手动截止阀4开启，待气体平衡后，关闭编号10、11的蓄能器之间的直连氮气管路上的手动截止阀，即，将编号1～10的蓄能器与编号11、12的蓄能器的管路分隔开；

应注意，图1中附图标记数字为4的即为编号11、12的蓄能器之间的直连氮气管路上的手动截止阀，其余编号的蓄能器之间的直连氮气管路上的手动截止阀不再重复标记。

4)将编号1～10的蓄能器1下部连通的管路上的各个液压进油手动阀门5关闭，而编号11、12的蓄能器的液压进油手动阀门则保持开启状态不变；

应注意，图1中附图标记数字为5的即为编号10的蓄能器下部连通的管路上的液压进油手动阀门，其余编号的蓄能器下部连通的管路上的液压进油手动阀门不再重复标记。

5)进入液压系统控制PLC6的操作界面确认系统状态-确认“泵浦模式”处于“自动”状态，“错误重置”按钮为非报警状态；

6)在液压系统控制PLC6的操作界面点击“充氮”按钮至启动准备状态，再依次顺序点击“准备充氮”、“压力阀开启”、“油阀开启”按钮，完成充氮准备工作；

7)点击“开始充氮”按钮，由于步骤4)中的编号11、12的蓄能器1的液压进油手动阀门为开启状态，液压系统控制PLC6启动了充氮泵7开始对编号11、12的蓄能器充氮，此时对编号11、12的蓄能器的压力表读数进行监测，直至编号11、12的蓄能器的有压侧与氮气充入侧的压力平衡；

8)手动开启编号10、11的蓄能器之间的直连氮气管路3上的手动截止阀，利用压差将编号11、12的蓄能器的高压氮气对流至编号1～10的蓄能器及与其连接的各个外部充氮钢瓶；

9)待高压氮气对流结束后再次将编号10、11的蓄能器之间的直连氮气管路3上的手动截止阀关闭，充氮泵7自动泄压，将编号11、12号的蓄能器内的压力降至5kg以下；

10)打开设置在编号12的蓄能器右侧连通的直连氮气管路3上的截止阀8，再打开与该截止阀连通的外置氮气瓶9，使外置氮气瓶通过直连氮气管路与编号11、12的蓄能器管路连通；

11)重复步骤6)、步骤7)和步骤8)，直至12个蓄能器(1)均达到需要的压力，补氮过程完成；

12)在液压系统控制PLC6的操作界面点击“停止充氮”按钮，充氮泵7停止运行并卸荷；

13)依次切换并确认所有的手动球阀2a为双向连通位状态；

14)把蓄能器模式再次切换为挤压工作模式，至此整个充氮过程全部结束。

步骤4)中的液压进油手动阀门4共有12个，每个蓄能器1下部连通的管路上均设置有1个。

步骤11)中，在最后一次重复步骤6)、步骤7)和步骤8)时，需要在步骤6)结束后，手动切换编号11、12的蓄能器1与外部充氮钢瓶2之间管路上的4个手动球阀2a至双向导通状态，然后再执行步骤7)和步骤8)的操作，将编号11、12的蓄能器及与其连接的外部充氮钢瓶的气体压力达到200bar以上。

本发明的用于无缝钢管热挤压产线液压系统的氮气补充控制方法，设计合理、工序流畅、工位布局紧凑、操作使用便捷、氮气补充作业稳定性好、安全可靠、实用高效，且改进费用低、易于现场实施，通过局部平衡替代先系统泄压再气体平衡，泄压与对流同步进行等措施，实现了阀门前蓄能器内系统压力＝阀门后压力的功能，从源头上在消除因压力不平衡或压差大导致的安全隐患与设备故障隐患，有效的提升了氮气蓄能器日常补充作业的效率，减少液压元件的损伤消耗，具有一定的消故降本促安全作用，满足了无缝钢管热挤压产线的生产需要，尤其是优化流程，更加便于日常补充氮气作业，在确保安全作业的基础上，提升作业效率3.5倍，减少作业工时4/5，每年可创造经济效益60万元以上。通用性强，对类似设备的气体补充作业具有一定的借鉴应用价值。