鞍鋼高爐煤氣均壓管道現(xiàn)狀及改進(jìn)實(shí)踐

李艷 ，戰(zhàn)奇 ，孟凡杰

（1.鞍鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營(yíng)口115007）

鞍鋼高爐爐頂配置的都是串罐無(wú)料鐘爐頂，該設(shè)備是高壓操作系統(tǒng)，為了使上、下密封閥按程序順序打開，保證爐料順利裝入料罐和從料罐排到高爐內(nèi)，且爐頂壓力不波動(dòng)，因此在料罐上設(shè)置了均排壓系統(tǒng)[1]。為了提高均壓的可靠性，大型高爐無(wú)料鐘爐頂系統(tǒng)一般采用二次均壓，一次均壓采用煤氣，二次均壓采用氮?dú)?。使用氮?dú)鈺r(shí)，一般在高爐爐頂平臺(tái)設(shè)置氮?dú)夤迌?chǔ)存氮?dú)?；使用煤氣時(shí)，根據(jù)高爐煤氣凈化工藝的不同，有的高爐采用凈煤氣均壓，有的高爐采用半凈煤氣均壓，或采用荒煤氣均壓。文中針對(duì)鞍鋼11座高爐均壓時(shí)管道的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了實(shí)踐總結(jié)，并提出了合理的設(shè)計(jì)建議。

1 鞍鋼高爐煤氣均壓管道現(xiàn)狀

對(duì)鞍鋼11座高爐的均壓管道進(jìn)行了調(diào)研，具體見表1。

1.1 均壓管道取點(diǎn)位置不同

鞍鋼高爐的均壓煤氣按質(zhì)量不同分為三種，第一種為荒煤氣，取點(diǎn)在重力除塵或旋風(fēng)除塵器出口管道，如鞍鋼本部新 4#、新 5#、10#高爐；第二種為半凈煤氣，取點(diǎn)在畢肖夫洗滌塔的預(yù)洗段，如本部2#、新3#高爐；第三種為凈煤氣，取點(diǎn)在干法除塵系統(tǒng)凈煤氣總管，如本部新1#高爐、11#高爐、鞍鋼鲅魚圈1#、2#高爐。由于使用前兩種煤氣取點(diǎn)位置距離高爐爐頂近、管路短、壓降少，則均壓時(shí)間短，含塵量較大（10～15 g/m3），大量瓦斯灰被煤氣流攜帶到爐頂均壓閥上,損傷設(shè)備；由于凈煤氣含塵量極低（＜5 mg/m3），對(duì)爐頂設(shè)備損傷小，可延長(zhǎng)爐頂設(shè)備使用壽命，但是由于凈煤氣均壓一般取點(diǎn)位置距離爐頂較遠(yuǎn)、均壓管路長(zhǎng)、壓降大，導(dǎo)致均壓時(shí)間延長(zhǎng)和爐頂設(shè)備帶壓差作業(yè)，影響爐頂上料次數(shù)。

表1 鞍鋼高爐煤氣均壓管道現(xiàn)狀

1.2 均壓管道內(nèi)流體流速選擇不同

由表1可以看出，每座高爐均壓閥都有不同程度積灰現(xiàn)象，灰是由瓦斯灰和煤氣中水混合形成的。當(dāng)氣流速度超過40 m/s時(shí)，煤氣冷凝水與瓦斯灰形成的混合泥漿直接被氣流帶到均壓閥上板結(jié)閥門；當(dāng)氣流速度在20 m/s時(shí)，煤氣冷凝水與瓦斯灰形成的潮灰被氣流帶到均壓閥上板結(jié)閥門；當(dāng)氣流速度在12～15 m/s時(shí)，均排壓閥積灰較少。另外，均排壓閥普遍采用一工一備制度，長(zhǎng)期不用的閥門會(huì)存在積灰、積泥漿現(xiàn)象，所以在生產(chǎn)中要經(jīng)常倒換使用，定期維護(hù)。

1.3 均壓管道有冷凝水

當(dāng)爐頂均壓管路距離較長(zhǎng)時(shí)，管道內(nèi)的煤氣溫度與管道外的大氣溫度形成溫差，干法除塵系統(tǒng)管道內(nèi)外溫差更大，煤氣在管道內(nèi)有冷凝水析出，冷凝水有兩個(gè)去處，一是倒流到原取點(diǎn)管路，二是隨均壓氣流帶到爐頂料罐內(nèi)。干法除塵系統(tǒng)冷凝水流到凈煤氣主管道以后，由于干法系統(tǒng)煤氣溫度較高，會(huì)被蒸發(fā)到煤氣中隨氣流帶走。

鞍鋼本部新1#高爐在高爐煤氣濕法除塵改為干法除塵時(shí)，將均壓管道取點(diǎn)改在了凈煤氣主管道上，管路設(shè)計(jì)存在U型彎，U型彎底部為相對(duì)低點(diǎn)且無(wú)排水點(diǎn)。在高爐投產(chǎn)4天以后，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)積累了大量冷凝水并填滿U型管，堵塞了煤氣通路，導(dǎo)致高爐均壓時(shí)間超過20 s，更嚴(yán)重的是冷凝水形成的水柱在高爐每5 s均壓一次時(shí)，沖擊彎頭帶動(dòng)干法除塵系統(tǒng)和整個(gè)共架的荒煤氣管道劇烈振動(dòng)，給整個(gè)管系的穩(wěn)定性帶來極大危害。因此均壓管道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)U型彎，如果建設(shè)地點(diǎn)在北方，最好管道外包覆巖棉，減少內(nèi)外溫差。

1.4 均壓管道跨距、壁厚和材質(zhì)選擇不同

取半凈煤氣和荒煤氣均壓的均壓管道，一般沿著下降管鋪設(shè)至重力除塵出口或畢肖夫塔上段，用共架的方式跨距容易解決；干法除塵系統(tǒng)如果取凈煤氣均壓，由于荒凈煤氣主管道一般高差很大，難以共架在荒煤氣管道上，在加之干法除塵系統(tǒng)距離爐頂遠(yuǎn)，就會(huì)出現(xiàn)跨距大不能滿足設(shè)計(jì)要求的問題。一般可以通過增加壁厚，增設(shè)加固圈提高管道強(qiáng)度和剛度，抬高荒煤氣管道支架，實(shí)現(xiàn)共架等方式來解決。

均壓管道設(shè)計(jì)有的由煉鐵專業(yè)負(fù)責(zé)、有的由結(jié)構(gòu)專業(yè)負(fù)責(zé)、還有的由燃?xì)鈱I(yè)負(fù)責(zé)。結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)的大型高爐均壓管道鋼材厚度往往比較大，約為管道直徑（以米為單位）的5～8倍，往往超過20 mm，或接近 40 mm[2]。 根據(jù)《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道》TSG D0001-2009、《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道第一部分：總則》GB/T20801.1-2006，高爐均壓煤氣管道屬于工作壓力大于或等于0.1 MPa、公稱直徑大于25 mm的輸送高度危害介質(zhì)的管道，屬于GC1級(jí)壓力管道，一般選用Q345B或性能優(yōu)于Q345B的鋼材。

1.5 高爐煤氣系統(tǒng)接點(diǎn)閥門設(shè)置不同

1.5.1 高爐煤氣系統(tǒng)構(gòu)成

高爐煤氣的除塵凈化系統(tǒng)主要由粗除塵和精細(xì)除塵兩部分組成。高爐冶煉過程產(chǎn)生的高爐煤氣經(jīng)上升管、下降管，進(jìn)入粗除塵設(shè)施（重力除塵器或旋風(fēng)除塵器），完成煤氣的粗除塵；再經(jīng)過半凈煤氣管道進(jìn)入精細(xì)除塵設(shè)施 （濕法除塵或干法除塵），完成煤氣的凈化。最后，通過減壓閥組或余壓發(fā)電裝置（TRT）進(jìn)入煤氣管網(wǎng)。

煤氣管道可以細(xì)分為如下幾段：

（1）連接高爐爐頂與粗除塵設(shè)施的荒煤氣管道（煤氣上升管、下降管）；

（2）粗除塵設(shè)施（重力除塵器或旋風(fēng)除塵器）；

（3）連接粗除塵設(shè)施與精細(xì)除塵設(shè)施的半凈煤氣管道；

（4）精細(xì)除塵設(shè)施（濕法除塵或干法除塵）；

（5）連接精細(xì)除塵設(shè)施與煤氣管網(wǎng)的凈煤氣管道及余壓發(fā)電裝置（TRT）和減壓閥組。

鞍鋼鲅魚圈高爐爐頂上料使用的均壓管道及均排壓系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 鞍鋼鲅魚圈高爐煤氣均壓管道及均排壓系統(tǒng)

1.5.2 接點(diǎn)閥門設(shè)置

均壓管道取煤氣點(diǎn)閥門配置球閥和閘閥居多，但都是不可靠密封，導(dǎo)致休風(fēng)時(shí)需要處理煤氣的管路長(zhǎng)，爐頂點(diǎn)火時(shí)間延長(zhǎng)。無(wú)料鐘爐頂設(shè)備及煤氣除塵凈化系統(tǒng)需要定期休風(fēng)檢修，為保證爐頂設(shè)備和檢修人員的安全，需要先置換除塵系統(tǒng)的煤氣，爐頂才能點(diǎn)火，以阻斷高爐內(nèi)新產(chǎn)生的煤氣向除塵凈化系統(tǒng)中排放。如果將球閥和閘閥改用可靠切斷的蝶閥和插板閥，可以實(shí)現(xiàn)均壓管道與凈煤氣管道分段處理煤氣；如果重力除塵器采用切斷閥（可靠密封），可以實(shí)現(xiàn)半凈煤氣管道與下降管分段處理煤氣，大大減少爐頂點(diǎn)火時(shí)間。

2 均壓管道改造實(shí)例

現(xiàn)以典型的鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司高爐為例說明均壓管道的設(shè)計(jì)，鞍鋼鲅魚圈2座高爐煤氣除塵系統(tǒng)原建設(shè)時(shí)采用的是畢肖夫濕法除塵。2012～2014年期間改建為干法袋式除塵。

2.1 改造前的狀況

原濕法除塵時(shí)，均壓煤氣采用比肖夫洗滌塔預(yù)洗段后的半凈煤氣，并在煤氣取點(diǎn)處設(shè)置球閥，如果高爐爐頂需要點(diǎn)火檢修，煤氣除塵系統(tǒng)內(nèi)包括重力除塵器、比肖夫塔、旋風(fēng)脫水器、填料脫水器等的煤氣都需要處理完畢，化驗(yàn)合格，約用時(shí)160 min。

改建干法除塵以后，均壓煤氣采用干法除塵后的凈煤氣，并在接點(diǎn)處設(shè)閘閥。干法除塵各箱體前后都有盲板閥，將半凈煤氣管道和凈煤氣管道分開，休風(fēng)處理煤氣時(shí)只要處理箱體前的半凈煤氣管道、重力除塵器、荒煤氣管道及回壓管道即可。干法除塵系統(tǒng)中均壓管道增加巖棉保溫設(shè)計(jì)，減少管道內(nèi)冷凝水形成，但是閘閥還是不可靠密封，爐頂點(diǎn)火檢修時(shí)仍然要處理凈煤氣管道，處理煤氣時(shí)間為220 min左右。

2.2 改造后的狀況

改造后取煤氣點(diǎn)處閥門采用可靠切斷煤氣的蝶閥和插板閥，重力除塵器頂部采用可靠切斷的盲板閥，則整個(gè)煤氣系統(tǒng)分為5段（如圖1）：

（1）連接高爐爐頂與粗除塵設(shè)施的荒煤氣管道（煤氣下降管）；

（2）粗除塵設(shè)施（重力除塵器）和連接粗除塵設(shè)施與精細(xì)除塵設(shè)施的半凈煤氣管道；

（3）精細(xì)除塵設(shè)施（干法除塵各箱體）；

（4）連接精細(xì)除塵設(shè)施與煤氣管網(wǎng)的凈煤氣管道；

（5）高爐爐頂上料使用的回壓管道及均排壓系統(tǒng)。

爐頂檢修時(shí)，處理完煤氣下降管和均壓管道及均排壓系統(tǒng)里的煤氣就可以進(jìn)行爐頂點(diǎn)火。半凈煤氣管道和重力除塵器的煤氣、凈煤氣管道的煤氣、干法除塵各箱體的煤氣可根據(jù)是否有檢修任務(wù)來決定是否需要處理，需要處理時(shí)也不影響爐頂點(diǎn)火。改造后，關(guān)閉重力除塵器切斷閥后100 min之內(nèi)就可以進(jìn)行爐頂點(diǎn)火，比現(xiàn)在的干法處理煤氣節(jié)省120 min，比以前的濕法處理煤氣節(jié)省60 min。點(diǎn)火時(shí)間縮短，電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)可提前停機(jī)，減少高爐電耗和風(fēng)耗，減少了高爐休風(fēng)時(shí)間，從而提高了高爐產(chǎn)量、降低了生產(chǎn)成本。

由于鞍鋼鲅魚圈均壓管道在流速、路徑、閥門設(shè)置等方面的合理設(shè)計(jì)，2014年6月改造至今運(yùn)行情況良好。

3 結(jié)論

（1）均壓管道的設(shè)計(jì)流速控制在12～15 m/s之間宜減少均壓閥積灰，均排壓閥在生產(chǎn)中要經(jīng)常倒換使用。

（2）要盡可能優(yōu)化管道路徑設(shè)計(jì)，減少管道長(zhǎng)度；干法除塵系統(tǒng)中均壓管道增加巖棉保溫設(shè)計(jì)，減少管道內(nèi)冷凝水形成；管路不宜有U型彎設(shè)計(jì)，如果避免不了，需要在低點(diǎn)設(shè)計(jì)高壓排水設(shè)施，定期手動(dòng)或自動(dòng)排水。

（3）均壓管道取煤氣點(diǎn)采用蝶閥和插板閥，實(shí)現(xiàn)煤氣分段處理，減少處理煤氣時(shí)間、節(jié)省人力消耗。

（4）均壓管道跨距大的問題一般可以通過增加壁厚，增設(shè)加固圈，抬高荒煤氣管道支架的方式來解決；均壓管道屬于GC1級(jí)壓力管道，一般選用Q345B或性能優(yōu)于Q345B的鋼材。

隨著高爐煤氣濕法除塵改干法除塵的有序推進(jìn)，鞍鋼均壓煤氣多使用高爐凈煤氣，取煤氣點(diǎn)處設(shè)計(jì)蝶閥和插板閥，煤氣分段處理，減少高爐休風(fēng)時(shí)間，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[1] 項(xiàng)鐘庸，王筱留.高爐設(shè)計(jì)-煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐[M].冶金工業(yè)出版社，2007.

[2] 楊大元.高爐粗、荒煤氣及均壓管道設(shè)計(jì)用鋼[J].鋼鐵技術(shù)2010（1）： 54-56.