攀钢2#高炉荒煤气放散系统改造
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摘 要：通过对攀钢2#高炉荒煤放散系统在运行中出现的故障进行分析，观察总结；找出可靠的改进方案和解决措施，并对2#高炉放散系统出现的问题进行技术改造，有效的解决了荒煤放散系统设备积灰和冲刷现象；确保了2#高炉荒煤放散系统的稳定运行。
关键词：荒煤放散系统 积灰 冲刷
攀钢2#高炉荒煤气放散系统于2009年9月在清洗一站与2#煤气净化系统同步建成投运（图一），是2#高炉干式除尘系统的组成部分，在干式除尘系统和高炉出现异常等特殊情况下起到紧急放散作用，保护攀钢2#高炉及其配套的环保系统设备的安全运行。攀钢2#高炉荒煤气放散系统投运以来暴露出的主要问题是：系统设备冲刷和积灰现象严重，同时因钒钛磁铁矿冶炼难度较大，钟式高炉顶温控制稳定性与无料钟高炉存在差异，高炉顶温控制稳定性差，经常出现异常波动，最高达到了570℃，迫使系统经常启用荒煤气放散系统；因放散系统流经介质为荒煤气，含尘量为10g/Nm3、温度基本上在400℃左右，造成荒煤气放散系统阀门、管道磨损严重，失去功能等问题，制约着高炉系统设备正常运行。因此，从工艺、设备、荒煤气放散切换方式等方面进行系统分析，并进行相应的改进，以达到缓解或解决荒煤气放散系统存在的问题。
图一
一、存在的问题
1.放散系统阀门内部容易积灰板结
攀钢2#荒煤放散系统的DN1800放散蝶阀和DN1800眼镜阀是放散系统的关键设备之一。阀门内部及其管道连接部位积灰严重，容易板结成硬度较高的灰垢，无法有效清除；导致阀门卡死，无法正常关闭；使系统阀门丧失其功能，放散系统无法正常工作，危急2#高炉及其煤气净化系统设备的安全运行，对整个2#高炉及系统设备的安全生产影响极大。（图二）
图二
2.放散系统阀门及管道容易受到荒煤气冲刷
攀钢2#荒煤气放散系统在放散时，极易造成荒煤气对放散系统设备及管道冲刷。特别是放散系统的减压阀组及其连接部位的管道冲刷更为严重，导致阀体及管道在短时间之内冲穿（图三），造成大量煤气外泄，对周围环境及人员的生命安全影响极大。由于冲刷严重，高温的荒煤气大量外泄，造成抢修打包作业困难，作业风险增大。
图三
3.放散系统阀门出现异常情况无法开启
放散系统的电动蝶阀（DN1800）主要是用于眼镜阀均压，但是实际操作过程中，由于泄漏严重，致使眼镜阀前后压差过大，眼镜阀无法开启；其次阀体内部积灰板结阀门无法开启；其它意外情况导致阀门无法开启。在2#高炉炉温异常情况下，无法实施紧急放散，将导致BDC筒体布袋全部损毁，最终造成2#高炉停运。放散系统的放散蝶阀及眼镜阀在紧急情况或者意外情况下无法开启，放散系统将失去其放散功能。
4.系统局部管道布局设计不合理，导致放散系统存在“燃爆”风险
分子密封器排污管与长明火排污管、点火管排污管汇集在一起，容易造成焦炉煤气从排污管窜入分子密封器内，一旦密封器内部进入空气和煤气混合成一定的比列，存在“燃爆”风险。2009年12月22日攀钢1#荒煤气放散塔“燃爆”导致分子密封器排污阀断裂，长明火管排污阀断裂，塔基础螺栓松动。
5.系统眼镜阀密封部位隐患，将导致系统设运行恶化加剧
放散系统的眼镜阀是系统煤气可靠的切断装置，其眼镜阀内密封面容易结垢，眼镜阀密封圈容易受高温老化，密封圈脱落，压紧装置等故障，导致眼镜阀存在荒煤气微量泄漏现象。
二、原因分析及改进措施
1.原因分析
1.1积灰板结原因分析
由于放散系统的入口管道及其主要设备是水平布置安装（图四），DN1800放散蝶阀前是三通，当启用荒煤气放散阀时，荒煤气流向突然在三通位置急转90°，荒煤气中的粉尘突然受到蝶阀和眼镜阀的阻流作用在阀体内部沉积下来，煤气中含有的水份和粉尘相互作用，造成瓦斯灰在沉积部位板结。高炉荒煤气粉尘含量大，容易在短时间内汇集大量粉尘，甚至整个阀体积满瓦斯灰后板结，放散蝶阀的密封部位、行走轨道部位积垢，导致阀门无法正常开启；由于放散蝶阀及其进出口管道水平布置，很容易积灰堆积，眼镜阀入口管道处堆积的瓦斯灰，在开启眼镜阀的过程中，很容易掉入眼镜阀箱体，造成眼镜阀箱体内积满瓦斯会板结，整个阀板无法动作。
1.2煤气冲刷原因分析
荒煤气放散对设备冲刷严重导致设备过早报废，频繁检修，检修难度大。荒煤气放散系统在启动放散时，由于高炉荒煤气的含尘量为10g/Nm3，大量的荒煤气长达数小时连续的对其设备及管道表面进行冲刷切削，使煤气管道变薄，局部管道及阀体冲穿，阀门密封面冲刷一道道沟槽。造成大量荒煤气外泄，危及系统设备的安全运行，导致设备功能过早失效。尤其是阀门在没有完全开启状态下，阀门开启度越小，荒煤气在阀体处流速越大，阀体及连接部位的管道切削冲刷越严重。
图四
1.3阀门异常无法开启原因分析
荒煤气放散系统蝶阀存在一定量的泄漏，荒煤气对蝶阀冲刷导致蝶阀密封间隙增大，煤气泄漏量大于系统均压时的排泄量，眼镜阀前后压差大导致阀门无法开启。放散蝶阀积灰板结严重，无法开启。2010年3月3日荒煤放散蝶阀由于阀体内部集结的瓦斯灰板结，导致阀门卡死，在开启放散蝶阀时蝶阀主轴断裂（图五），蝶阀无法打开，导致2#高炉荒煤系统不能放散。眼镜阀箱体内部积灰板结严重，压紧装置及眼镜阀阀板被卡在板结瓦斯灰中无法动作。
图五
在荒煤气放散系统环境中运行，因阀门冷态、热态温差过大（高炉异常情况下可达到300℃），阀板与介质接触（在密闭空间内），对外传热较小，而阀体外部与空气直接接触，对外传热相对较大。因此，在相同温差下，阀体、阀板的线膨胀差异直接导致阀门长期使用过程出现卡死现象。
1.4放散塔排污管道设计不合理原因分析
攀钢2#荒煤放散系统由于设计初期，将分子密封器排污管与长明火排污管、点火管排污管汇集在一起，容易造成焦炉煤气从排污管窜入分子密封器内，一旦分子密封器内的氮气与大气逐渐发生气体交换，增加了密封器内部的氧含量，在放散塔长明火（火源）的影响下，形成“燃爆”风险。
1.5系统眼镜阀隐患，将导致系统设运行恶化加剧原因分析
眼镜阀内密封面容易结垢，密封面出现凹凸不平现象，眼镜阀密封圈在压紧状态下，无法实施有效密封，导致荒煤气泄漏。其次是眼镜阀密封圈容易受高温老化，导致密封圈使用周期降低。眼镜阀阀板及阀座通道处容易结垢，在眼镜阀压紧装置完全松开的情况下，阀板密封圈与阀座距离缩短，致使密封圈在阀板移动时被突出的灰垢刮落，导致眼镜阀出现泄漏。荒煤气的泄漏直接导致眼镜阀密封面、密封圈被冲刷，使眼镜阀运行状况进一步恶化，大量泄漏粉尘不断眼镜阀箱体内部汇集、板结导致眼镜阀功能完全丧失。
2.改进措施
2.1放散系统阀门积灰板结改进措施
针对这种积灰现象，作为现场技术人员对局部工艺布局进行了深入的研讨分析，考虑采用重力消除管道和放散蝶阀处积灰，在瓦斯灰还没有板结前及时清除放散蝶阀及其管道积灰现象，最好的措施是将放散蝶阀的阀体由立式安装变为水平安装，眼镜阀前部管道改为垂直安装（如图六），同时放散系统的管道整体提高，这样放散蝶阀体内就不容易积灰，部分粒度较大的粉尘在重力作用下沉入入口管道，阀体积灰这一难题得到有效解决。
图六
2.放散系统阀门及管道受到荒煤气冲刷改进措施
在减压阀组前增设切断型煤气密封阀组，此密封阀组采用线密封结构，阀门打开时，阀板旋至侧面，通路无阻挡件，对介质流向导入角改变较小，阀体磨损也就相对较低。降低气体流经阀体或管壁的速度，结合清洗三站煤气放散阀与筒体排灰系统煤气密封阀的使用效果，采用轴向端面密封型阀门，由于温度对其密封的影响相对较小，并且阀板采用整体悬臂结构，阀门打开时，通路无阻挡物，按照流体力学中附面层的影响，层流状态下，管道壁的流速最小，因此降低放散系统阀门及管道容易受到荒煤气冲刷。管道内部增加倒流装置，阀门出入口等关键部位涂抹耐磨水泥，防止设备受到冲刷，延长设备使用寿命。
3.阀门异常无法开启改进措施
攀钢2#荒煤气2010年3月3日出现荒煤放散蝶阀由于阀体内部集结的瓦斯灰板结，导致阀门卡死，在开启放散蝶阀时蝶阀主轴断裂，蝶阀无法打开，导致2#高炉荒煤系统不能放散。根据现场实际情况，为了确保系统设备的安全运行，在2#荒煤气入口总管增设旁DN600的通管道，防止放散系统设备在出现异常情况下，紧急启用旁通放散，达到保护系统设备安全的目的。
4.放散塔排污管道设计不合理改进措施
放散塔排污管道设计不合理，导致放散系统存在“燃爆”风险，针对这一现象，我们采取了以下措施。
4.1将分子密封器排污管与焦炉煤气排污管分开铺设，分别接入单独的排污罐，并在放散塔下增设排污二次门。
4.2在荒煤气放散插板阀后加装氮气吹扫头，长期对荒煤气放散管进行充氮保压。
4.3完善荒煤气放散控制程序和运行维护规程。
5.眼镜阀密封部位隐患治理措施
根据眼镜阀密封部位出现的隐患对设备的影响，我们采取了以下治理措施：利用每次高炉休风的机会对荒煤气放散系统的眼镜阀进行检查，及时把眼镜阀密封面上形成的灰垢清理干净，对有损伤、脱落、磨损的密封圈及时更换，及时清理眼镜阀体内部的积灰。对眼镜阀的压紧装置和传动装置进行检查维护。使眼镜阀运行状态受控，消除眼镜阀煤气泄漏等隐患。
三、改后效果
经过荒煤气放散系统的改造情况来看，荒煤气放散系统阀门、管道积灰问题得到有效解决。阀门异常磨损（冲刷）得到根本治理。由于采用耐磨层冲刷材料，极大延长设备的使用寿命。从改造以来运行至今，设备目前仍然稳定运行。攀钢2#荒煤气放散系统的成功改造，堪称攀钢荒煤气放散系统技术改造成功的经典列子。其技术改造方案被成功的运用到攀钢1#、3#荒煤放散系统中去。
参考文献
[1].王文斌.《机械设计手册》.机械工业出版社.2004.
[2].吴望一.《流体力学》.北京大学出版社.2000.