汽车钢板弹簧生产线油改气设计论

汽车板簧生产线油改气设计论

摘要：

作者：王素刚，青岛市，联系手机：13963978756，电子邮箱：13963978756@163.com

在2006年某公司汽车板簧生产线油改气工程设计中，主要从事生产线的工业炉燃烧器的改造，工件加热能源由原先的燃烧柴油改为燃烧煤气，主要任务是燃烧经济性上要体现节约、计算替代的设备要达到热功率匹配、设备要达到同样的加热效果、工人的操作环境要进行安全保护、降低设备运行和维护费用，煤气用量参数要匹配等。对工作中涉及的这些方面都有不同的体会，下面从这些方面加以叙述说明。

前言：

2006年中国汽车板簧行业协会有50多家板簧企业，大部分采用柴油为加热能源，使用燃气加热板簧不超过5家，这5家有的采用发生炉煤气，有的采用高炉煤气，还有的是天然气，李沧区胜利桥以北只供应城市煤气，因此我们采用城市煤气。城市煤气相比天然气热值较低，安全性差，但比高炉煤气和发生炉煤气热值高、洁净和环保。

采用煤块加热方式污染最严重，因为固体与空气接触不够充分，燃烧不完全；其次是燃料油加热，有少量油烟污染，天然气比较好一点，最理想的是电加热，不过不够经济；煤气加热比较经济适用。

汽车板簧生产线以下料、卷耳设备、端部加工设备、冲中心孔设备、轧制设备，步进式淬火炉、热片输送链、淬火机、油槽及输送链、网带式回火炉、通过式抛丸机、板簧组装台等设备组成。每条线日处理能力为30—40吨。油改气的重点是如何将所有工业炉用柴油加热的改为煤气加热，尽量不对原先的炉体有大的改动，拆除原柴油燃烧器、供油管路、油泵、储油箱、控制系统等附属设备，重新安装煤气燃烧机、稳压器、过滤器、控制阀、执行器、防爆阀、凝水缸、排气阀、煤气管路、泄露报警器等设备。

关键词：

柴油、煤气、经济性对比、技术改造方案、安全、环保。

1、 柴油与煤气能源系统分析 1.1、环保效果对比

某公司的板簧加热设备主要为RB11-2200步进式燃油淬火炉、RW5-1800网带式燃油回火炉、卷耳燃油加热炉、轧机燃油加热炉、中心孔燃油加热炉，主要采用柴油燃烧机燃烧柴油提供热源。原能源为燃料柴油、废柴油，容易堵塞过滤器、腐蚀燃烧器烧嘴，炉膛内雾化不均匀，导致燃烧不充分，冒黑烟，伴随大量异味产生。

柴油燃烧的成分比较复杂，主要有CO2、HC、NOx、臭气(醛类物质)、以及由HC和NOx生成的光化学烟雾等六大类,物质成分达140多种,对城市空气污染比较严重。

采用煤气系统将明显提升周边的空气环境，煤气是一种洁净的能源，人工煤气的主要成分是氢气 H2 48%, 甲烷CH4 13% ,一氧化碳CO 15%，比高炉煤气和自发生炉煤气，城市煤气更为纯净，没有制造煤气时产生的灰尘及杂质，有效成分更多，热效更高。煤气的燃烧产物是水和二氧化碳，比较环保。

1.2、关于柴油改煤气后对产品的影响

柴油热值高，发热量集中，炉膛提温快，燃烧不完全，有含碳微烟，形成保护性气氛，板簧加热时脱碳轻，产品疲劳寿命长。煤气热值低，燃烧完全，炉膛初期阶段升温慢，燃烧气体洁净，高温下产品容易脱碳，可通过调整设备工艺参数解决。

1.3、安全方面的论证。

煤气密度比空气略轻，通风情况不好时特别是室内容易聚集，发生燃气事故率远高于柴油。煤气有毒，煤气中的CO极易与血液中的血红蛋白结合，一旦结合就很难再发生分离，使血液丧失带氧能力，导致人窒息死亡。根据资料：一氧化碳被吸进肺里，与血液中的血红蛋白结合成稳定的碳氧血红蛋白，随血液流遍全身。血红蛋白与一氧化碳的结合力，要比它与氧的结合力大200～300倍。血红蛋白与一氧化碳一旦结合后，它的解离却要比血红蛋白与氧的结合物缓慢约3600倍。所以，人体吸入一氧化碳后，即与体内的血红蛋白结合，使血液的携氧能力受到障碍，造成肌体急性缺氧，由于中枢神经对缺氧最敏感，首先感觉疲倦乏力，继而发生一系列全身症状，直至因一氧化碳中毒而造成死亡。

从安全因素考虑，在检测煤气泄漏问题和人员培训上要加大投入。使用煤气的行业也有很多借鉴经验。考虑公司现有的状况，工人素质较低，流动性大，生产劳动强度很大，并且在生产时，尤其是夏天，劳动环境较差，生产易造成安全隐患。每年在人员操作培训方面要有一个训练计划。

1.4、设备维护费用和维修方面

燃烧设备方面，煤气的燃烧机、烧嘴与柴油的机理基本相同，所不同的在于煤气与柴油在燃烧时，与空气成分的配比及燃烧时燃料的流量控制，煤气需要火焰检测系统，必要时需加报警装置；柴油需要压力雾化装置。

煤气设施装置每年需要安全检测费、调压箱和电磁阀保养、管道设施维护综合费用平均小于1万元，这项费用柴油系统没有。柴油储罐和油泵以及也有一定的费用，加上18台炉子压力雾化消耗的电费有4.8万元。

柴油每次成分不确定，经常发生堵塞烧嘴、损坏燃烧机现象，过滤器最好的情况下一个月更换一次，甚至一个星期都不到，每年设备维修费用不低于2万元。煤气燃烧机的工作情况远好于柴油燃烧机，因为气源稳定可靠，更换过滤器最多一年一次，用的少可达到两年，费用每年低于0.3万元。

总的来说煤气系统的维护费用低于柴油系统。

2、设备技术改造方案

2.1、步进式淬火炉的改造

淬火炉改造要在原有炉体基础上径行，在不改变液压步进机构的前提下，最大限度的利用原有电控柜上的电器元件、炉体材料、风机。改造完成后，系统性能应能更好的满足板簧生产的需要。具体要求如下。

2.1.1淬火炉采用人工点火，在主控面板上应该有人工点火的顺序开关。在主管路上应考虑防暴、

防泄漏措施。并相应的考虑一些点火及操作时的安全措施。 2.1.2温度控制采用通断煤气、PID仪表的方法进行控制。 2.1.3燃气燃烧后炉体内温度要均匀，避免出现局部高温。 2.1.4采用换热器，淬火炉上新风换热后风温不应低于200℃。 2.1.5燃烧器应能耐高温。管路上各开关阀门应考虑防爆。

2.2、回火炉的改造

回火炉改造要在原有炉体基础上径行，在不改变网带传送机构的前提下，最大限度的利用原有电控柜上的电器元件、炉体材料、风机。改造完成后，系统性能应能更好的满足板簧生产的需要。具体要求如下。

2.2.1回火炉应采用全自动点火方式，具备全面的点火、火焰监测系统。考虑到设备以及产品情况，采用柴油燃烧器更换煤气燃烧器方案。

2.2.2温度控制采用通断天然气、PID仪表的方法进行控制。

2.2.3燃气燃烧后炉体内温度要均匀，避免出现局部高温。管路上各开关阀门应考虑防爆。

2.3、其它加热炉的改造

2.3.1淬火炉采用人工点火，在主管路上应考虑防暴、防泄漏措施。 2.3.2采用换热器，淬火炉上新风换热后风温不应低于200℃。 2.3.3燃烧器应能耐高温。管路上各开关阀门应考虑防爆。

3、煤气用量计算

根据每台设备的原柴油消耗和柴油燃烧器功率，按燃烧值相等的原则，每公斤柴油和每立方煤气按2.38的换算关系，计算出以下数据。

3.1、步进淬火炉用气量280立方/小时，回火炉用气量104立方/小时，加热炉用气量75立方/

小时，轧机炉用气量150立方/小时。进淬火炉供气管道φ89×4（8支喷嘴），回火炉供气管道φ76×4（8支燃烧器），加热炉供气管道2寸（2只喷嘴）。轧机炉管道φ60×3（4只喷嘴）。

3.2、目前全公司共有步进炉3台，辊道炉1台（用气量同步进炉），回火炉4台，加热炉9台，

轧机炉1台。总数量18台。

3.3、炉前用气压力为4000－5000Pa（每台炉子前设单台设备调压表）。考虑到沿程压力损失，

减压站输出压力应为0.1Mpa。

3.4、供车间主管道直径φ219×6，分支管道直径φ159×6，至单台设备前管道直径为φ108×

4.5。

3.5、一车间主管道流量 1368立方/小时，二车间主管道流量 993立方/小时。 3.6、煤气进厂总管道流量 2361立方/小时（按峰值计算，以下同）。

所有的炉子24小时运转的情况下总需求量为每天5万立方。这个需求量在区里算是第二个用气大户，需求量最大的一个厂每天用气为10万立方。因区里天然气置换倒下40多万方煤气，

燃气公司目前的总产气量为每天70万立方，完全能够满足供气要求。

4、柴油与煤气节能性、经济性分析对比。

4.1热值等量换算对比

目前燃气集团提供的人工煤气热值为1.59－1.75×10J /Nm3（3800—4200Kcal/Nm3, 质量标准Q/QRQ 10401-2002），工业用气价格为1.2元/立方。我们目前生产线上采用的0＃柴油加

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热，热值在3.77－4.19×10J/kg之间，2006年市价在5—5.1元/公斤。 目前世界上已探明的石油储量可供开采40年，而煤炭可供开采200年，因此采用石油资源价格会越来越高。

按理论计算，两种燃料的燃烧值换算后，柴油是煤气热值的2.38倍。在同样生产要求条件下，产生相同热量，每燃烧1公斤柴油，则需燃烧2.38立方的人工煤气，每公斤柴油与等热量的煤气差价＝5.05－2.38×1.2＝2.194元。目前板簧一车间（中型簧）每条生产线生产一吨板簧约消耗90kg柴油，板簧二车间（轻型簧）每条生产线生产一吨板簧约消耗84kg柴油，板簧三车间（重型簧）每条生产线生产一吨板簧约消耗105kg 柴油。按板二车间保守的计算，每吨板簧消耗柴油费用为84kg×5.05元/公斤＝424.2元，消耗煤气费用为84kg×2.38×1.2元/立方＝239.9元，每吨板簧费用差价＝424.2-239.9＝184.3元，如果按全年生产3万吨板簧计算，采用柴油需要花费1272.6万元，采用煤气需要花费719.7万元，使用人工煤气可节约552.9万元。

当采用高效换热器提高风温后，毎将风温提高100℃，燃气节省5%。在淬火炉上采用换热器后可将风温提高到300℃，回火炉上采用换热器后风温可以提高到150℃，端部加热炉采用换热器后，风温也可提高到300℃。因此，采用换热器后，淬火炉、端部加热炉可再节省燃气10%以上，回火炉可再节省燃气5%左右。

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4.2、投资核算

4.2.1煤气管道设施投资.

费用为98万元，此费用经燃气集团设计预算得出。 4.2.2油改气设备改造费用。

经考察，方案确定如下：淬火炉因使用过程中温度较高，达到了煤气的燃点，因突然停电或煤气压力不稳造成熄火后再喷入煤气，会自动燃烧，不会造成事故，其它开机和关机时在电器程序上改动一下，设备变动不大，每台器材购买预算3.3万元/台，技术服务和电器程序等1.2万元/台,总计每台淬火炉改造4.5万元。

考虑公司现有的状况，工人文化程度较低，流动性大，生产劳动强度很大，并且在生产时，尤其是夏天，空气流动性差，为了避免给安全生产造成隐患，因此在回火炉的设备改造上，采用自动化水平较高的燃烧机，一是设备变动小，柴油的燃烧机换个煤气燃烧机而已，二是实现点火、升温、温控过程的能够实现自动化。只是造价较高，每台预算为7.8万元。

小型加热炉费用2.58万元。

目前厂区两个车间的用气设备有18台，其中4条生产线上有4台淬火炉、4台回火炉，其余10台设备为小型加热炉。

4台×4.5万元＋4台×7.8万元＋10台×2.58万元＝75万元。 4.2.3安全设施投资。

根据安全要求，车间内部需要安装燃气泄漏报警和通风装置，根据需要三处厂房共需设10个探测点，这项费用需3万元。 4.2.4工程总计。

98万元＋75万元＋3万元＝176万元。 最后计算出整个改造投资为176万元。

目前整个工程造价需要176万元的投入，如果一年运营下来，当年可以有＝552.9－176＝376.9万元的剩余利润。当年投资，当年就见效益。 4.2.5分析的结论。

我们认为板簧车间油改气工程技术上可行，经济上能够实现，是完全可行的。

5、工程实施后效果和总结

煤气工程实施后确实能够实现我们预想的功能，完全达到了设计的要求。经3个月运行的情况来看，各项指标运转正常。以五月份为例。

5.1煤气压力稳定。

高峰和低谷的压力损失很小，设定的供气压力为8000Pa,低谷时最多跌落到7500 Pa，对设备的运行没有影响。

5.2煤气供应量充足。

现在的生产条件下，每日日均的板簧产量为80吨左右，平均开动2条生产线，日消耗煤气2.2万方，煤气费用为2.64万元。管道的设计能力为日供气5.6万方，如果满负荷运转，供气量能够满足要求。

5.3生产成本下降明显。

五月1－2号放假休息，我们统计了3－29号的数据，五月份共生产板簧1938.65吨，共耗用煤气517388立方，煤气费用为620865.6元。和燃烧柴油相比，效果极为显著。由以上数据可以计算出，五月份平均每吨板簧煤气消耗为267方，费用为320.4元/吨；如果用柴油提供能源，每吨板簧消耗柴油90公斤，当前费用为477元，每吨差价为156.6元，五月份费用节约额为30.36万元。实际消耗原低于每吨300立方的实际数值。

5.4车间工作环境大大改善。

车间彻底解决了黑烟问题，工作环境大大改善，给职工提供了一个良好的工作环境。

参考文献：

[1] 《煤气设计手册》编写组编 煤气设计手册 中国建筑出版社 1983－8 [2] 张美杰、程玉保 金属材料工业窑炉 [J] 冶金工业出版社

[3] 王昌遒 人工煤气国家标准(GB13612-92)修订的几个问题 [J]. 中国市政工程华北设计研究院 2003－7－31

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