摘要：台车式加热炉是一种利用台车将工件送入炉内并可对工件进行多种热处理工艺的大型工业热处理炉，是工业生产中的关键设备。加热炉的模块化设计能有效提高工程质量，缩短建造周期并节省投资费用。本文介绍了台车式加热炉模块化设计的发展现状，以该加热炉为研究对象，对加热炉的模块化设计做了具体阐述，并对其中存在的一些问题做出了具体分析，为优化加热炉的模块化设计提供参考。
关键词：台车式加热炉；模块化设计；
前 言：自上世纪90年代开始，随着工业生产的进步，设备设施逐渐大型化。由于许多设备都需要进行整体热处理，这就使得工业生产中对大型热处理设备的需求越来越广泛。而为了提高设计、制造、运输和安装的效率，加热炉的建造逐渐由传统模式向结构的模块化设计进行转变。根据不同加热炉结构的特点，对其按生产难度、运输限制、现场安装等要求划分成若干个部件，使得各个部件都能够以模块集成的方式进行设计，这种设计模式称为加热炉的模块化设计。模块化设计的优劣是影响工业炉建造质量、建造周期的重要因素，成熟、合理的模块化设计不但能缩短工程周期，降低车间和现场制造的难易程度，而且为道路运输和现场安装提供了巨大的便利条件。按照模块化程度的不同，加热炉的模块化主要有3种形式：传统的分体制造运输和现场组装，部分模块化以及整体模块化。
本文以12x4m台车式加热炉为例，对台车式加热炉的模块化设计实施方法进行具体介绍。台车式加热炉属于间歇式变温炉，具有一个室状炉膛，以可移动的台车作为活动炉底，由牵引机构带动台车，进而完成热处理前后对台车上工件的运动。台车式加热炉设备结构主要由炉体、炉门、起升机构、台车、牵引机构、管路系统、烟囱及密封系统组成。综合考虑设备的结构，制造和运输条件等因素，炉体、炉门、台车、管路系统以及烟囱均采用部分模块化的设计方式。
1 炉体的模块化
炉体由钢结构壳体及耐火材料砌筑的炉衬构成，包括炉侧墙、炉后墙、炉顶。由于炉体外形尺寸为13000x5670x4500mm，整体重量约为22t，将炉体钢结构模块化则可以满足公路运输高度和宽度的限制。钢结构壳体由型钢与钢板拼焊而成。壳体采用5mm厚钢板制作，使用型钢作为骨架，保证壳体具有足够的强度。工厂车间内制作过程中，可以用SOLID WORKS等软件将炉体进行立体建模，以求在模块化的过程中将炉体结构分解的更加合理。而且，在各个模块确定以后，加热炉的制造不再受到单一设备整体的限制，可以多模块同时制作。同时，实现了大型设备的小型化生产，避免现场施工的高难度作业环节，而车间制造更利于各道工序效率的提高及质量的把控。这样既缩短了制作周期，降低了制造难度又提高了产品质量。各模块制造完成后，应提前在厂内进行预拼装，及时发现和处理模块间连接时存在的各种问题。炉壳分块处应采用同型号的槽钢”背靠背”的连接方式，现场连接时采用螺栓连接。为满足炉壳的钢结构强度及稳定性，现场安装时壳体内侧拼接处应进行连续焊，使炉体成为一个密闭的整体，保证气密性的同时防止耐火材料砌体热胀冷缩产生变形。
2 炉门模块化设计
炉门由型钢与钢板焊接而成，四周外框均为耐热不锈钢板（1Gr18Ni9Ti），这样可以减小炉门受热产生的变形。炉门结构与炉体结构相类似，因而其模块化设计方式一致，分块的原则尽量沿壳体的长度方向的横梁进行分割，连接方式采用螺栓连接。为保证连接型材的刚度，在型材里侧上焊接一定量的加强筋，分块之间连接后内侧应进行连续焊。模块分割应避免出现在烧嘴位置、管路接口及仪表接口等位置。
3 台车模块化设计
台车式加热炉的工件是依靠台车在牵引机构拖动下实现进出炉的。作为加热炉的重要组成部分，台车由车架和耐火材料砌体组成。车架一般采用横梁和纵梁拼焊的结构，上铺钢板，以便于堆砌耐火材料。车架外形尺寸为13700x4000x515mm，设计制造时，可将台车车架与车轮连接的部分形成单独的模块。而车轮机构及部分车架可采用标准化的生产模式，形成独立且批量的标准单元。再通过改变剩余车架尺寸来调整台车的整体轮距和轴距。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在拼接处预留定位孔，现场安装施工时，可以通过在厂内在制过程中预留的定位孔完成对接作业，实现无专业技能化施工，保证装配质量的同时降低了制造与安装的成本。
4管路系统的模块化
台车式加热炉为燃气型，管路主要分为天然气管路、压缩空气管路和排烟管路三部分，天然气管路采用无缝钢管，压缩空气管路和排烟管路均采用普通焊管，管路设有气体流量器、气体过滤器、调压调稳阀等装置，同时设置换热器来利用排烟的余热预热压缩空气，提高炉子的综合热利用率，管路分段连接处均采用法兰连接，空气法兰之间均垫石棉胶垫，煤气法兰之间均垫石墨缠绕垫片，保证管路的密封性。煤气管路的安装需要专业的施工人员进行，管路安装完毕后进行试压，用5000Pa压力试漏半小时，压降率不超过1%。
5烟囱段的模块化
加热炉排烟方式采用尾部上排烟设计，烟囱高度约30m，由于烟囱的直径较小，因此对于烟囱的模块化设计，本质上是对烟囱的分段处理。从利于运输的角度考虑，该烟囱可分为3段，烟囱分段连接处采用法兰螺栓连接，考虑到风载等载荷对细高烟囱的影响，相邻两螺栓之间应用筋板进行加强。
6 模块化设计的主要问题
台车式加热炉的模块化设计目的在于提高制造、运输和施工过程的可操作性，从而达到降低投资费用的目的。为更好的实现模块化设计，加热炉的设计工作者还需注意以下几个问题：
6.1合理的划分模块
合理的划分模块是保证制造、运输和安装的首要影响因素。设计者需要对加热炉的炉体、运输路线及现场安装条件做充分的调研。在不削弱炉体各部分强度及刚度的前提下，应尽量满足从工厂到安装地点的运输条件，并完成结构的优化设计。
6.2 变形控制
设计者应在焊接接头高度、单个模块侧墙尺寸允许偏差、预组装尺寸允许偏差、模块尺寸以及最终模块尺寸等方面提出相应的规范及要求。以减小制造、运输和现场安装过程中出现的模块变形问题，将变形控制在允许的范围内。
6.3模块间的密封
虽然模块化设计有诸多优点，但模块与模块之间的拼接始终存在缝隙，加大漏风系数，这便给加热炉热效率的提高带来了新的问题。加热炉热效率的高低对装置的能耗水平有直接的、重要的影响，是衡量加热炉先进性的重要指标。设计者应在确保加热炉热效率的前提下，进行模块化设计。
7 模块化实践
由于近些年来国内大量模块化制安模式的成功，加热炉模块化制安模式正在被越来越多的企业所接纳和使用，这就促使了更多的专业加热炉设计制造群体放弃国内传统工艺，转而采用模块化的工厂制造模式。
结束语
介绍了台车式加热炉的模块化设计的具体实施方法。通过对台车式加热炉的模块化设计，缩短了加热炉的建造周期，节省费用投资并确保了加热炉本体的现场施工质量。另外，加热炉的模块化设计除依照相关标准规范外，还应与制造、运输及安装紧密结合，以达到提高项目建设质量，缩短建设周期的目的。
参考文献：
[1]刘国辉 徐隽媛 基于加热炉模块化安装技术研究[J]价值工程2012（31）
[2]梁文彬 张韶伟 大型加热炉模块化制造与安装[J]中国造船2014（55）
[3]李仲鸣 浅谈加热炉模块化组装[J]工程技术 2016（11）
论文作者:汪腾
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/13
标签：加热炉论文; 台车论文; 管路论文; 模块论文; 烟囱论文; 炉门论文; 现场论文; 《基层建设》2018年第20期论文;