一种无缝管酸洗装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种无缝管酸洗装置及采用该装置进行酸洗的方法。该装置通过空气压缩机、活塞式加压泵使酸液循环流动，提高酸洗效率，且通过废气过滤净化装置、废液中和净化装置分别过滤废气和酸液，减少对环境的污染，还设置了用于固定无缝管的夹具、栅栏式支架，用于临时储存酸液的酸液中转收集装置、缓冲缸及过滤酸液中的酸洗废渣的多层过滤装置等。本发明的酸洗方法采用上述装置，并对酸液比例进行了调整，总体来说降低了酸液中酸的含量，并调整了适宜的酸洗时间和温度，操作简便，能够在短时间内将无缝管酸洗均匀，使其表面质量好，达到金属损耗少，成材率高，返工率低，设备使用率高，可对多品种、多规格无缝管进行酸洗的效果，对规格不同的无缝管，都可以达到上述效果。
【专利说明】一种无缝管酸洗装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式涉及无缝管酸洗领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种 新型酸洗设备及应用该设备的酸洗方法。
【背景技术】
[0002] 传统的钛合金无缝管酸洗方法为：将管坯进行表面预处理后（一般是喷砂或修 磨）直接置于50?60°C、一定比例的HF/HN03/水混合溶液中静置酸洗，然后冲洗、晾干。由 于无缝管一般较长（长度多数大于9米），在管子的内腔中部由于酸洗反应时产生的气泡来 不及排出会阻碍化学反应的进行，且外表面预处理效果不稳定，这样酸洗出来的无缝管其 内外表面都会形成酸洗不均匀，需二次表面处理后再酸洗，使与酸反应掉的金属大大增加， 严重影响成材率。
[0003] 目前随着高品质钛合金无缝管需求量的增加，传统的酸洗方式成本高（主要指金 属损耗）的缺点已严重制约了钛合金无缝管的产量。因此急需开发能保证酸洗钛合金无缝 管酸洗均匀的新方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供使用一种提高无缝管酸洗效果的新装置，并用该装置酸洗 无缝管的新方法，该方法可以保证其能够在短时间内酸洗均匀、表面质量好，从而控制金属 损耗，提高成材率；并且在不生产钛合金无缝管时，可更换酸液对其它需要进行酸洗的无缝 管进行加工。
[0005] 为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
[0006] 一种无缝管酸洗装置，包括酸洗池，所述酸洗池通过压缩空气管与空气压缩机连 接，该装置还包括临近且罩在酸洗池顶面的抽气盖，抽气盖通过抽气管与废气过滤净化装 置连接，酸洗池内设置用于支撑无缝管的与酸洗池一体的栅栏式支架，所述栅栏式支架上 端面设置卡槽，栅栏式支架一侧临近喷嘴，所述喷嘴设置在酸液流通管位于酸洗池内的一 端，所述酸液流通管的另一端连接在多层过滤器上，所述酸液流通管上设置活塞式加压泵， 所述酸液流通管和活塞式加压泵之间还设置了缓冲缸，所述多层过滤器与酸洗池连通，并 与酸液中转收集装置连通，所述无缝管酸洗装置还包括用于夹持无缝管的夹具，所述夹具 下端具有能够嵌入所述卡槽的卡键。
[0007] 酸洗池是直接酸洗的一个部件，无缝管酸洗时是放在酸洗池内的，压缩空气机通 过压缩空气管将压缩空气打入酸洗池内，由于酸洗池内有酸液，且酸液将压缩空气管的管 口处淹没，因此压缩空气进入酸洗池后能够使酸液不停的流动，增加酸洗效果；抽气盖和废 气过滤净化装置是用于抽取废气的，特别是在酸洗过程中产生的no、no 2、so2等容易产生酸 雨的有害气体，需要经过化工处理后再将气体排出，否则会对环境造成破坏，抽气盖与酸洗 池的位置关系类似抽油烟机与灶台的关系，即抽气盖并没有封闭酸洗池，而是直接罩在酸 洗池的上方，废气过滤净化装置可将酸洗池内的气体通过抽气管抽出并过滤，该装置与化 工行业中进行空气过滤净化的设备具有相同的结构和作用，属于常规的净化设备。栅栏式 支架、酸洗池、空气压缩管通过注塑工艺注塑成为一个整体结构。栅栏式支架起到支撑无缝 管的作用，因为喷嘴在喷出酸液时要将酸液喷到无缝管内空腔中，起到均匀有效酸洗无缝 管内部的作用，因此无缝管要与喷嘴一一对应，而栅栏式支架就起到了将无缝管托起并与 喷嘴对应的作用，而栅栏式支架不是等高的，如通常使用两个栅栏式支架分别支撑无缝管 的两端，而这两个栅栏式支架的高度是不一样的，靠近喷嘴的一个较高，另一个较低，它们 的顶端之间形成的斜面与水平面存在夹角，更有利于酸洗时废渣、废气的排出，从而起到更 好的酸洗效果。多层过滤器能够将酸洗过程中产生的废渣过滤出来，活塞式加压泵的作用 是对酸液流通管内的酸液进行加压，从而使酸液从喷嘴喷出，冲刷无缝管内表面并促使整 个酸洗池内的酸液流动，活塞式加压泵和空气压缩机都是加大酸液流动，±曾加酸洗效果的 设备。缓冲缸是一个必不可少的部件，设置在活塞式加压泵和酸液流通管之间，由于酸液流 通管内有酸液流动，而活塞式加压泵不能够与酸液接触，否则容易损坏，所以就必须加一个 缓冲缸，用于进行压力传导并起隔绝作用，避免活塞式加压泵与酸液的直接接触。多层过滤 器是与酸洗池内的酸液连通的，通常设置在酸洗池底部，酸液可在重力作用下流到多层过 滤器内进行过滤，然后又经酸液流通管、喷嘴回到酸洗池内。多层过滤器与酸液中转收集装 置是连通的，在酸洗完成后，酸液可以通过酸液中转收集装置回收，只需要将酸液中转收集 装置的位置放低，通过大气压的作用，让酸液回到酸液中转收集装置中。夹具的作用是夹持 无缝管，因为酸洗时是同时对多根无缝管进行酸洗，且酸液一直在循环流动，因此必须用夹 具将无缝管固定，否则无缝管容易滑落造成安全事故或在酸洗时晃动，致使喷嘴无法对中 影响酸洗效果。
[0008] 进一步的技术方案是：所述夹具包括上夹片、中夹片和下夹片，上夹片与中夹片通 过铰链固定且两者的连接处形成至少一个圆形夹孔，中夹片与下夹片也通过铰链固定且两 者的连接处也形成至少一个圆形夹孔，所述卡键位于下夹片下端与下夹片为一体式结构， 卡键为相同规格。本装置的夹具并不是一个型号的，在对不同规格的无缝管进行酸洗时可 以使用相应型号的夹具，根据无缝管的尺寸进行调整。
[0009] 更进一步的技术方案是：所述栅栏式支架至少为两个，所述至少两个栅栏式支架 的上端面之间的斜面与水平面形成5°?6°夹角。夹角可以使酸洗废渣及废气更易排出。 过低的夹角促使排出效果不明显，过高的夹角使无缝管两端高度差太大（9m长管子按6° 夹角计算两端高度差约lm)，需使用更多的酸液来浸没；其次由于重心的升高也不安全。 [0010] 更进一步的技术方案是：所述喷嘴具有至少一个喷孔，所述喷嘴上与喷孔相对的 另一端具有能够卡接在酸液流通管内的连接管。喷孔的个数是与无缝管的根数对应的，喷 孔之间的间距也是与无缝管的规格相对应的，由于喷嘴与酸液流通管是卡接关系，因此喷 嘴是可以更换的，以便于适应不同规格的无缝管，另外，由于酸液流通管与喷嘴卡接的位置 本就位于酸洗池内，所以卡接处可以密封也可以不密封，不密封时，会有很少的酸液从卡接 的地方渗出，不经喷嘴喷出而直接漏到酸洗池内，但这并不影响使用效果，因为渗出的酸液 是很少的且没有外漏。
[0011] 更进一步的技术方案是：所述喷嘴的每个喷孔能够与被夹具夹持的无缝管管口 一一对应。这是为了保证每根无缝管内部都被酸洗且酸洗均匀。
[0012] 优选的，所述活塞式加压泵的压强恒定为0. 4MPa。使用这个压强能够使酸液以较 快的流速喷出从而对无缝管内表面产生冲刷效果，提高酸洗效率。
[0013] 更进一步的技术方案是：所述的无缝管酸洗装置还包括独立的废液中和净化装 置。这个装置并没有和其它的装置连通，只是用于处理废酸的，在酸洗完且酸液不能再次使 用时，用酸液中转收集装置收集后再转移到废液中和净化装置中进行化工处理，防止酸液 直接排放造成环境污染。
[0014] 更进一步的技术方案是：所述的无缝管酸洗装置上与酸接触的部件均采用聚四氟 乙烯材料制成。聚四氟乙烯材料制成的部件如酸洗池不会被酸液腐蚀，抽气盖虽然没有与 酸洗池中的酸液直接接触，但是抽出的气体中也有部分蒸发的酸液，因此也使用聚四氟乙 烯材料。
[0015] 一种上述装置酸洗无缝管的方法，它包括以下步骤：
[0016] (1)用夹具将无缝管固定在无缝管酸洗装置的栅栏式支架上，让喷嘴的每个喷孔 分别与每根无缝管的管口对应；
[0017] (2)在酸液中转收集装置中预存酸液，所述酸液为体积含量5?6^^/11-15% ΗΝ03的混合酸水溶液、35?40%的HC1水溶液或者15?30%的H2S04水溶液；
[0018] (3)将步骤（2)预存的酸液直接倒入酸洗池中，启动废气过滤净化装置，启动活塞 加压泵并向酸洗池内通入压缩空气使酸洗池中的酸液循环流动，酸液循环流动过程中逐渐 通过多层过滤器过滤，然后经酸液流通管流至喷头喷向无缝管内进行酸洗，以酸液浸没最 上层管子时计时酸洗1?2. 5min ;
[0019] (4)步骤（3)完成后，移开抽气盖并将酸液排放至酸液中转收集装置内，将无缝管 连同夹具一起取出，然后将它们用清水冲洗后放置风干；
[0020] (5)将步骤（4)风干后的无缝管上的夹具打开，检查酸洗效果，然后将合格的无缝 管进行平头加工。
[0021] 由于使用的装置有效的增加了酸洗效果，因此在酸洗时不能直接使用传统的酸液 配比，否则会造成酸洗过度，影响表面质量并造成金属损耗增大。本发明通过调整酸液的比 例来适应装置的使用。例如使用混合酸时，用体积含量5?6%的HF、11?15%的ΗΝ0 3，余 量为水，其它酸液同理。
[0022] 更进一步的技术方案是：步骤（3)所述酸液温度为20?30°C，酸洗120?150s ; 或者酸液温度为31?50°C，酸洗80?119s ;或者酸液温度为51?70°C，酸洗60?79s。 酸洗过程中，酸液温度会逐渐升高，或者可以为了效率而人工控制酸液温度，在酸液温度处 于不同阶段时，酸洗的时间有细微的调整，这有利于减少金属损耗，当然，也必须保证酸洗 效果合格。
[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明采用该装置酸洗无缝管，操作 简便，能够在短时间内酸洗均匀、表面质量好，金属损耗少，成材率高，返工率低，设备使用 率高，可对多种无缝管进行酸洗，对规格不同的无缝管，都可以达到上述效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明酸洗装置结构示意图。
[0025] 图2为本发明夹具结构示意图。
[0026] 图3为本发明栅栏式支架结构示意图。
[0027] 图4是本发明栅栏式支架与水平面夹角示意图。
【具体实施方式】
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0029] 图1是酸洗装置结构示意图。该装置包括一个酸洗池101，酸洗池101通过压缩 空气管102与空气压缩机（图中未示出）连接，该装置还包括临近且罩在酸洗池101顶部 的抽气盖103,抽气盖103通过抽气管116与废气过滤净化装置104连接，酸洗池101内设 置用于支撑无缝管105的与酸洗池101 -体的栅栏式支架106,本装置至少有两个栅栏式 支架106,该至少两个栅栏式支架106的上端面之间的斜面与水平面形成5°?6°的夹角 401 (如图4)，该栅栏式支架106的上端面设置卡槽301 (如图3)，栅栏式支架106 -侧设置 喷嘴107,较高的一个栅栏式支架106与喷嘴107临近，喷嘴107通过酸液流通管108与多 层过滤器109连通，两者卡接，因此喷嘴107可以更换，喷嘴107上具有多个喷孔，可以将多 根以上的无缝管105同时酸洗，且喷嘴107的每个喷孔都应当与被夹持的无缝管105管口 对应，有利于酸液喷入无缝管内壁进行酸洗，酸液流通管108上设置活塞式加压泵110,其 压强恒定为〇. 4MPa，多层过滤器109的与酸洗池101连通，用于过滤酸液，酸液过滤后可以 通过酸液流通管108和喷嘴107再回到酸洗池101内，另外，多层过滤器109的一侧设置酸 液中转收集装置111，同时，本发明的装置还设置一个废液中和净化装置112,该装置并没 有与上述的主体装置连通，而是独立的，用于处理废酸，另外，本装置还设置了夹持无缝管 的夹具113,如图2所示，该夹具113包括上夹片201、中夹片202和下夹片203,上夹片、中 夹片和下夹片的连接方式是铰链连接（图中未示出），上夹片与中夹片之间形成圆形夹孔 204,中夹片和下夹片之间也形成圆形夹孔204,在下夹片203的下端有一个与下夹片一体 式结构的卡键205,该卡键205能够嵌入栅栏式支架106的卡槽301里，使夹具113与栅栏 式支架106固定在一起，而夹具113的圆形夹孔204能够将无缝管夹持住，因此能够达到将 无缝管固定在栅栏式支架上的目的，在实际酸洗过程中，根据生产需要，要制备多种规格的 夹具以适应不同规格的无缝管，因为无缝管的管径可能是不同的。本装置所有与酸液直接 接触的部件均采用聚四氟乙烯按图纸定制并组装；部分装置埋于地下，如图1所示的地面 114将装置分为地上部分和地下部分，地下部分预埋，并留出更换可拆卸式多层过滤器所需 空间，将地面部分组装好后直接整体安放到位并连接好各部位接口，加水入酸洗池内并通 入压缩空气、打开活塞式加压泵使池内液体循环流动，设备正常试运行后，排空池内水，安 放好需要酸洗的无缝管，再加入预存于酸液中转收集装置内的、已按比例配置好的酸液，进 行酸洗。
[0030] 下面通过具体实施例来阐述应用上述装置进行酸洗的方法。
[0031] 实施例1
[0032] ⑴表面预处理：将外径Φ 60?61mm的α + β相钛合金无缝管未平头荒管放入喷 砂设备，进行内外表面喷砂，以确保将表面的致密氧化膜破碎。
[0033] ⑵装夹：选取10支长度接近的、表面预处理完的管子用Φ60管材专用夹具装夹好 两端。
[0034] ⑶安放：将装夹好的管子整体吊装入酸洗池，并将下夹具的卡键卡入栅栏式支架 的卡槽，将配套的喷嘴的10个喷孔伸入管子内安装好，然后安放好可移动式抽气盖。
[0035] ⑷酸洗：将酸液中转收集装置内预先配好的温度为21?22°C的以体积计5% HF、 15% HN03、80%水的混合溶液通入箱式酸洗池，同时打开设备电源开关开始酸洗，酸洗时间 以酸液浸没最上层管子后开始计时，时间为2. 5分钟。
[0036] (5)冲洗、风干：时间到后，将酸洗池中酸液排放至酸液中转收集装置内同时移开可 移动式抽气盖，然后将酸洗完的管子整体吊出冲洗并风干。
[0037] (6)外观检查：打开夹具，逐支检查内外表面酸洗效果，合格品转下工序平头并进行 其它加工；平头是指将无缝管上夹具夹持位置未酸洗到的部分及两端其它部分切掉。
[0038] 实施例2
[0039] ⑴表面预处理：将外径Φ 140mm左右的α + β相钛合金无缝管未平头荒管放入喷 砂设备，进行内外表面喷砂，以确保将表面的致密氧化膜破碎。
[0040] ⑵装夹：选取6支长度接近的、表面预处理完的管子用Φ 140管材专用夹具装夹好 两端。
[0041] ⑶安放：将装夹好的管子整体吊装入酸洗池，并将下夹具的卡键卡入支架的卡槽， 将配套的喷嘴的6个喷孔伸入管子内安装好，然后安放好可移动式抽气盖。
[0042] ⑷酸洗：将酸液中转收集装置内连续生产过程中温度为55°C左右的已使用过的 混合溶液再加入适量酸液，使其以体积计达到HF (6 % ) HN03 (11 %左右）再次通入箱式酸洗 池，同时打开设备电源开关开始酸洗，酸洗时间以酸液浸没最上层管子后开始计时，时间为 1分17秒。
[0043] (5)冲洗、风干：时间到后，将酸洗池中酸液排放至酸液中转收集装置内同时移开可 移动式抽气盖，然后将酸洗完的管子整体吊出冲洗并风干。
[0044] (6)外观检查：打开夹具，逐支检查内外表面酸洗效果，合格品转下工序平头并进行 其它加工。
[0045] 实施例3
[0046] ⑴表面预处理：将外径Φ73-74πιπι的不锈钢无缝管未平头荒管放入修磨设备，进 行整体修磨。
[0047] ⑵装夹：选取10支长度接近的、表面预处理完的管子用Φ73管材专用夹具装夹好 两端。
[0048] ⑶安放：将装夹好的管子整体吊装入酸洗池，并将下夹具的卡键卡入支架的卡槽， 将配套的喷嘴的10个喷孔伸入管子内安装好，然后安放好可移动式抽气盖。
[0049] ⑷酸洗：将酸液中转收集装置内预先配好的温度为30°C左右的体积含量的15% H2S04水溶液（15%4504、85%水）通入箱式酸洗池，同时打开设备电源开关开始酸洗，酸洗 时间以酸液浸没最上层管子后开始计时，时间为2分钟。
[0050] (5)冲洗、风干：时间到后，将酸洗池中酸液排放至酸液中转收集装置内同时移开可 移动式抽气盖，然后将酸洗完的管子整体吊出冲洗并风干。
[0051] (6)外观检查：打开夹具，逐支检查内外表面酸洗效果，合格品转下工序平头并进行 其它加工。
[0052] 实施例4
[0053] 采用如实施例3所示的方法，仅酸液使用浓度以体积计35 %的HC1水溶液（35 % HC1、65%水），酸洗温度50°C，酸洗时间1分55秒。
[0054] 实施例5
[0055] 采用如实施例3所示的方法，仅酸液使用浓度以体积计40 %的HC1水溶液（40 % HC1、60%水），酸洗温度70°C，酸洗时间60s。
[0056] 实施例6
[0057] 采用如实施例3所示的方法，仅酸液使用浓度以体积计30%的H2S04水溶液（30% &504、70%水），酸洗温度301：，酸洗时间2分钟。
[0058] 实施例7
[0059] 采用如实施例3所示的方法，仅酸液使用浓度以质量计15%的&504水溶液（15% H2S04、85%水），酸洗温度60°C，酸洗时间1分钟。
[0060] 通过上述实施例1?7,可获得表面质量优良且富氧α相已清除干净（实验后通 过金相检验证实）的无缝管。具体指标如下：
[0061] 表1 α+β相钛合金无缝管酸洗指标
[0062]
【权利要求】
1. 一种无缝管酸洗装置，包括酸洗池（101)，其特征在于所述酸洗池（101)通过压缩 空气管（102)与空气压缩机连接，该装置还包括临近且罩在酸洗池（101)顶面的抽气盖 (103)，抽气盖（103)通过抽气管（116)与废气过滤净化装置（104)连接，酸洗池（101)内 设置用于支撑无缝管（105)的与酸洗池一体的栅栏式支架（106)，所述栅栏式支架（106)上 端面设置卡槽（301)，栅栏式支架一侧临近喷嘴（107)，所述喷嘴（107)设置在酸液流通管 (108)位于酸洗池内的一端，所述酸液流通管（108)的另一端连接在多层过滤器（109)上， 所述酸液流通管（108)上设置活塞式加压泵（110)，所述酸液流通管（108)和活塞式加压泵 (110)之间还设置了缓冲缸（115)，所述多层过滤器（109)与酸洗池（101)连通，并与酸液 中转收集装置（111)连通，所述无缝管酸洗装置还包括用于夹持无缝管的夹具（113)，所述 夹具（113)下端具有能够嵌入所述卡槽（301)的卡键（205)。
2. 根据权利要求1所述的无缝管酸洗装置，其特征在于所述夹具包括上夹片（201)、中 夹片（202)和下夹片（203)，上夹片（201)与中夹片（202)通过铰链固定且两者的连接处形 成至少一个圆形夹孔（204)，中夹片（202)与下夹片（203)也通过铰链固定且两者的连接处 也形成至少一个圆形夹孔（204)，所述卡键（205)位于下夹片（203)下端与下夹片为一体式 结构。
3. 根据权利要求1所述的无缝管酸洗装置，其特征在于所述栅栏式支架（106)至少为 两个，所述至少两个栅栏式支架（106)的上端面之间的斜面与水平面形成5°?6°夹角 (401)。
4. 根据权利要求1所述的无缝管酸洗装置，其特征在于所述喷嘴（107)具有至少一个 喷孔，所述喷嘴（107)上与喷孔相对的另一端具有能够卡接在酸液流通管内的连接管。
5. 根据权利要求1所述的无缝管酸洗装置，其特征在于所述喷嘴（107)的每个喷孔能 够与被夹具夹持的无缝管（105)的管口--对应。
6. 根据权利要求1所述的无缝管酸洗装置，其特征在于所述活塞式加压泵（110)的压 强恒定为〇. 4MPa。
7. 根据权利要求1所述的无缝管酸洗装置，其特征在于它还包括独立的废液中和净化 装置（112)。
8. 根据权利要求1?7任意一项所述的无缝管酸洗装置，其特征在于所述无缝管酸洗 装置上与酸接触的部件均采用聚四氟乙烯材料制成。
9. 一种采用权利要求1?7任意一项所述的装置酸洗无缝管的方法，其特征在于它包 括以下步骤： (1) 用夹具将无缝管固定在无缝管酸洗装置的栅栏式支架上，让喷嘴的每个喷孔分别 与每根无缝管的管口对应； (2) 在酸液中转收集装置中预存酸液，所述酸液为体积含量5? 的混合酸水溶液、35?40%的HC1水溶液或者15?30%的H2S04水溶液； (3) 将步骤（2)预存的酸液直接倒入酸洗池中，启动废气过滤净化装置，启动活塞加压 泵并向酸洗池内通入压缩空气使酸洗池中的酸液循环流动，酸液循环流动过程中逐渐通过 多层过滤器过滤，然后经酸液流通管流至喷头喷向无缝管内进行酸洗，以酸液浸没最上层 管子时计时酸洗1?2. 5min ; (4) 步骤（3)完成后，移开抽气盖并将酸液排放至酸液中转收集装置内，将无缝管连同 夹具一起取出，然后将它们用清水冲洗后放置风干； (5)将步骤（4)风干后的无缝管上的夹具打开，检查酸洗效果，然后将合格的无缝管进 行平头加工。
10.根据权利要求9所述的酸洗无缝管的方法，其特征在于步骤（3)所述酸液温度为 20?30°C，酸洗120?150s ;或者酸液温度为31?50°C，酸洗80?119s ;或者酸液温度 为51?70°C，酸洗60?79s。
【文档编号】C23G3/04GK104152933SQ201410415317
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】杨旭, 边华川, 郭元蓉, 江健, 邹友富, 黄英, 曾理 申请人:攀钢集团成都钢钒有限公司