董志剛,丁 欣,何 亮,邱百松
(中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司天津石油專用管分公司,天津 300280)
在線石油專用管稱重、測長、噴標(biāo)系統(tǒng)在石油專用管生產(chǎn)制造企業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,其測量出來的長度和重量是貿(mào)易結(jié)算的主要依據(jù)。由于測量時必須是成品,所以稱重測長工序一般在噴漆工序之后,而漆垢的堆積會形成惡劣的工作環(huán)境。鋼管推動測長系統(tǒng)在這種環(huán)境中工作極易損壞,維修時零部件也不方便更換,生產(chǎn)企業(yè)迫切需要一款簡單可靠的稱重測長噴標(biāo)系統(tǒng)。
圖1 在線稱重測長噴標(biāo)設(shè)備
(1)測長設(shè)備。由2 個光柵尺、若干V 形輸送滾輪(圖2)、2 個電感式傳感器以及數(shù)據(jù)處理軟件等組成。光柵尺內(nèi)置于5 mm 厚的金屬方管中,每根方管的一側(cè)開有合適形狀的長方形的孔,方孔上安裝有6 mm厚的鋼化玻璃,光柵透過鋼化玻璃發(fā)射和接收信號(圖3)。方管內(nèi)孔空隙中先填充耐振材料,再充入了氮氣,最后使用密封膠將整個方管與外界空氣隔絕,防止電器元件氧化腐蝕。
圖2 V 形輸送滾輪
圖3 光柵尺測長結(jié)構(gòu)
(2)稱重設(shè)備。由2 個舉升機構(gòu)、2 個稱重模塊、2 個電感式傳感器以及數(shù)據(jù)處理軟件等組成(圖4)。
圖4 舉升機構(gòu)
(3)噴標(biāo)設(shè)備。由1 個電感式傳感器、1 個噴標(biāo)頭以及數(shù)據(jù)處理軟件等組成。
(1)測長。鋼管完成噴漆工序后,被翻料機構(gòu)橫向翻到縱向輸送線上。輸送線原是停止?fàn)顟B(tài),當(dāng)輸送線上的2 個電感式傳感器都感應(yīng)到鋼管時,2個電感式傳感器均變?yōu)楦唠娖?,信號傳遞給可編程控制器PLC 后產(chǎn)生“鋼管就位”的信號。工業(yè)電腦根據(jù)該信號,一并綜合設(shè)備里的其他傳感器的情況,判斷由輸送線上的2 個“光柵尺”進(jìn)行測量,大約1 s 后直接測量,數(shù)據(jù)傳遞回工業(yè)電腦進(jìn)行整合計算,記錄長度數(shù)據(jù)。其計算原理如下(圖5):①由光柵尺測量出AB 和CD 段長度;②已知長度BC,該長度可由不同長度的校棒測量計算,取平均數(shù)得出;③計算得出鋼管長度L=AB+BC+CD。
圖5 測長計算原理
(2)稱重。鋼管長度記錄完成后,系統(tǒng)給PLC 發(fā)出信號,PLC控制輸送線上的2 個舉升機構(gòu)將鋼管托起,每個舉升機構(gòu)下部安裝著1 個稱重模塊(圖6)。完全升起后,鋼管停頓2 s,稱重模塊采集穩(wěn)定的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)反饋給工業(yè)電腦,由系統(tǒng)計算出該鋼管的質(zhì)量并記錄。
圖6 稱重過程
(3)噴標(biāo)。稱重后放下鋼管,輸送線開始向前輸送鋼管,系統(tǒng)將鋼管的質(zhì)量和長度填入設(shè)置好的噴標(biāo)空位中,并將信息傳遞給自動噴標(biāo)機。當(dāng)噴標(biāo)機下方的電感式傳感器感應(yīng)到鋼管時,PLC中的計時器開始計時,由于輸送線上的鋼管移動速度是固定的,設(shè)定的時間結(jié)束后,噴標(biāo)頭開始噴標(biāo),保證每一根鋼管的標(biāo)記都被噴涂在同一位置,最終管體上將顯示該根鋼管的型號、編號、重量、長度等內(nèi)容。當(dāng)噴標(biāo)機處的電感式傳感器感應(yīng)不到鋼管時,PLC 接收到信號后再由工業(yè)電腦綜合設(shè)備里的其他傳感器的情況,控制翻料裝置繼續(xù)上料重復(fù)測長、稱重、噴標(biāo)的過程。
鋼管外徑139.7~339.7 mm;鋼管長度9.5~13.5 m;稱重范圍0~4000 kg;稱重精度0.2%;測長精度±1 mm。
(1)測長時,鋼管由若干個V 形輸送滾輪共同定位,即使某個滾輪有缺陷也不會影響定位,光柵尺的測量軸線與鋼管的軸線基本在同一直線上。阿貝誤差的影響較小,測長精度很高。
(2)測長時輸送線停止,鋼管處于靜止?fàn)顟B(tài)。整個測量過程為靜態(tài)測量,可直接消除設(shè)備振動和機械誤差,確保系統(tǒng)的測長精度。
(3)整個測長過程全部使用光柵尺測量,理論精度可達(dá)到0.1 μm。測長精度和重復(fù)精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過API 標(biāo)準(zhǔn)±30 mm 的精度要求。
(4)光柵尺內(nèi)置于方管中充滿氮氣的密閉環(huán)境,在確?;覊m無法進(jìn)入的同時,延長了線路的使用壽命。方管的兩端設(shè)置了防撞裝置,確保光柵尺的安全。
(5)稱重時,鋼管被2 個舉升機構(gòu)舉起,停頓2 s 后再記錄數(shù)據(jù),可消除鋼管因顫動造成的數(shù)據(jù)偏差。
(6)由于該設(shè)備整合了稱重、測長和噴標(biāo)三個功能,工業(yè)電腦能對每根鋼管的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄,包括質(zhì)量、長度、生產(chǎn)日期、規(guī)格型號、批次、鋼管編碼等數(shù)據(jù),方便查詢。
(7)稱重和測長在同一個工位,每根鋼管的測長與稱重僅需要大約10 s,系統(tǒng)計算時間可忽略不計。將數(shù)據(jù)傳輸給噴標(biāo)設(shè)備后,鋼管直接在輸送線移動過程中進(jìn)行噴標(biāo),節(jié)約了工時和設(shè)備空間,整條生產(chǎn)線的工作更高效、流暢。
通過長期的石油專用管生產(chǎn)現(xiàn)場稱重測長噴標(biāo)設(shè)備的使用和維修經(jīng)驗,結(jié)合了國內(nèi)外同行業(yè)油套管生產(chǎn)線的調(diào)研和摸索,于2019 年開發(fā)出來該套設(shè)備,現(xiàn)應(yīng)用于中國石油渤海裝備石油專用管公司制管四廠。目前這套設(shè)備使用效果非常好,測量時間短、精度高、噴標(biāo)效果好,得到了生產(chǎn)一線工人和技術(shù)人員的高度評價。