于海新赵晗
（通化钢铁集团公司）
摘要：针对首钢通钢炼铁厂二号高炉（m3）串罐炉顶均排压系统在冬季严寒条件下的生产问题，进行技术攻关，制定改进措施。改进后完善了均排压系统的功能，降低了系统的故障率，满足了高炉高产稳定顺行的要求和环保要求。
关键词：串罐排压攻关
1．概述吉林省通化市地处北温带大陆性季风气候区，冬季长达5个月，严寒而干燥，历年最低气温-38.7℃，历年最长冰冻期天。首钢通钢炼铁厂二号高炉于年9月末投产，高炉容积m3，炉顶为串罐式装料设备。投产后炉顶均压系统在冬季由于半净煤气与空气的温度差，产生结露，均排压管道多次发生粉尘结厚堵塞现象，造成高炉被迫休风。在正常生产的情况下，如发生单一均压故障，因有煤气而无法检修，只有等待休风处理。针对东北冬季高寒气候对高炉均压系统的影响及以上存在的问题，为满足生产要求我们进行了一系列技术攻关和改进。主要改进有：
1）均压介质由重力除尘后的半净煤气改为采用布袋除尘后的净煤气。
2）重新设计改进了均压放散管线。
3）改进FSX-2.5CDN阀门5台，在阀体处增添了检修用方法兰人孔，对阀板与阀杆的联接进行优化设计。
二号高炉炉顶均排压系统的改进完善了系统功能，降低了均压煤气介质的含尘量，大幅降低了系统的故障率和员工劳动强度，并实现了不用休风处理均压系统故障，增强了系统的可靠性。改进后系统对空排放煤气粉尘量减少，噪音分贝合格，满足了环保要求。此项改进为首钢通钢公司新高炉大型化建设提供了切实可行的经验，在东北地区寒冷气温下同类型高炉生产中有借鉴和推广价值，并获得国家专利两项，年创效万元以上。
2．改进前系统原理简介二号高炉的炉顶均压系统由2套均压放散阀构成，使用通过重力除尘器的半净煤气均压。
图1：原炉顶均压系统原理图
如图1，高炉高压操作时，下密受到炉喉高压煤气的压力。为了使下密顺利开启，要通气体进入料罐内；为了使上密顺利操作，又要把料罐的高压煤气放掉，使上密上下的压力均为大气压。所以在称量料罐装满料后，上密封阀、放散阀和二次均压阀关闭后，开启均压阀，向称量料罐中充入半净煤气（压力略大于炉顶压力0.01MPa），对料罐进行一次均压。称量料罐排料完毕，关闭料流调节阀和下密封阀后，此时上密封阀、上料闸应处于关闭状态，开启放散阀，将料罐内高压气体排出，使料罐内压力与大气压力相等，为开启上密封阀并进行下一次装料做好准备。当炉顶称量料罐进行一次均压后，如压力不足需要向称量料罐引入高于炉顶煤气压力的氮气，实现二次均压，为打开下密封阀和料流调节阀，将料罐中的炉料装入炉内创造条件。
高炉放散过程中要排出大量含灰尘气体通过旋风除尘器。料罐内的高压气体通过均压口和管道进入旋风除尘器，在旋风除尘器内形成旋转、下沉的气流。利用文式管除尘原理，在重力和离心力的共同作用下灰尘和气体分离，气体上升通过管道排放到大气中，而灰尘下落、聚集在锥形漏斗底部。而后通过均压过程再将灰尘鼓入料罐，随炉料进入炉内。
3．原炉顶均压系统存在的问题（1）由于均压系统采用经过重力除尘器的半净煤气，气体中含有大量的粉尘，在冬季由于煤气与空气的温度差，产生结露，管道多次发生粉尘结厚堵塞现象，高炉被迫休风。
（2）由于半净煤气粉尘量大，旋风除尘器经常磨损开裂，轻微泄漏时需带压补焊，严重时要求休风处理，造成高炉操作不敢提高风压，从而影响生产。
（3）放散消音器经常被粉尘灰堵塞，不能使用，使用旁通放散噪音大，严重影响环境。
（4）均压阀、放散阀、卸灰阀阀柄在冬季因湿灰冻结，受力过大经常脱落，影响生产。
（5）卸灰阀故障频繁，经常常开，导致旋风除尘无法作用，粉尘排入大气，影响环境。
（6）正常生产的情况下，因有煤气，无法在线检修单一均压系统故障，只有等待休风处理。
4．均排压系统改进的研究与实施针对原均排压系统的问题，二号高炉对炉顶均压放散系统进行了研究与改进。
4.1均压介质的研究与改进原系统采用经过重力除尘器的半净煤气，气体中含有较多的粉尘。冬季由于煤气与空气的温度差，产生结露，发生粉尘结厚堵塞管道和磨损阀门、除尘器等现象。二号高炉研究了两套方案来改进均压介质：一是采取氮气作均压介质；二是采用干法布袋除尘后的净煤气作均压介质。氮气作为均压介质的优点是气源洁净、干燥、压力较大、技术成熟，缺点是费用昂贵；采用布袋除尘后的净煤气作为均压介质的优点是气源相对洁净、运行费用低，但设计程序等无借鉴，改进难度大。权衡利弊，决定采用干法除尘后的净煤气作为均压介质。
采用布袋除尘后的净煤气均压，实施方案管路由如图2所示。净煤气出口选在靠重力除尘器第一组箱体附近的净煤气2.4m总管上，管道全长约m。净煤气出口侧设一台DN蝶阀、一台DN插板阀，在高炉检修时切断煤气用；在管道上设一DN放散管，安设两台DN阀门，检修时驱赶煤气用；在与原DN管道对接处和管道中途设两个6分短管加阀门，检验煤气含量用。施工过程为先铺设管道，待休风时与DN管道和净煤气2.4m总管对接，为节省时间在净煤气2.4m总管上带压开孔。管路设备改造的同时，对原有的控制程序及操作画面进行了相应重新设计及更改优化。改进后系统运行稳定，能满足生产要求，由于气源洁净系统故障减少。
图2：净煤气均压改进示意图
4.2旋风除尘器研究与改进高炉煤气要充入和放出旋风除尘器，旋风除尘器存在反复交变应力作用。原设计旋风除尘器顶部为平头结构，刚度较差，因粉尘吹刷及原料添加剂腐蚀，局部壁厚减薄，焊口在充入和放出高炉煤气时反复活动，易开焊。
重新设计和更换了新的旋风除尘器，增加了筒体钢板厚度，并采用压力容器封头式结构增强了结构强度，分体式设计检修更为方便。改进后，旋风除尘器运行良好。
4.3均排压阀门研究与改进原均压、放散、卸灰阀的阀柄与阀座通过６个螺丝联接，在冬季因湿灰冻结、受力过大、螺丝脱扣等导致阀座经常脱落。阀门发生故障只能休风检修，影响生产。
通过改进DN均排压阀门（见图3），在阀体处增添了方法兰人孔，用螺栓将盲板固定在阀体上。在检修时不用拆卸阀门、管道，打开人孔，即可对阀柄、阀板进行检修。此种高炉均排压阀具有以下特点：
图3
（1）均排压阀弯头可以根据施工现场情况任意旋转，方便管道安装，适用于炉顶平台的狭窄工况。
（2）均排压阀阀杆密封采用V型组合密封圈和PTFE(或石墨)盘根密封，在盘根与组合密封圈间设有球墨铸铁或铜质间隔环。在设备运行一段时间后，可通过注润滑油和调整压盖间隙来改善密封情况。（见图4）
图4
（3）在均排压阀弯头对侧安装有方形检修小门，使用螺栓紧固，金属包覆垫片密封，方便在线检修阀门。
（4）阀板与阀杆联接如图5：连接件一为铸钢件与连接件二焊接为一体，或连接件一、连接件二为整体铸件或锻件。拉杆通过球型压头和连接件与阀板联接，连接件二通过均布的8～12个高强内六角螺栓与阀板联接，螺栓紧固后，沉孔内安装硅橡胶防灰堵帽。此种设计阀杆与阀板联接牢固，不易脱落；球型压头可补偿阀杆中心的偏移，使阀板密封严密；检修更换阀板方便；防灰堵帽使螺栓帽孔不易积灰。
图5
（5）均排压阀阀板与阀座通过安装在阀座的硅橡胶密封圈密封，见图6。密封圈嵌置于固定阀座与可拆阀座间，可拆阀座通过内六角螺栓联接在阀体下法兰上，螺栓紧固后，沉孔内安装硅橡胶防灰堵帽。此种设计使密封圈更换简便、快捷。
图6
（6）弯头处设有压缩空气吹扫用球阀，在检修时开启球阀，通入压缩空气以吹扫阀内残留煤气，保证检修人员安全。
4.4均排压系统布置方式研究与改进4.4.1新系统的构成
原均排压系统只是实现基本功能，不具备备用功能，任何一台设备或一段管路出现故障，只能休风处理。二号高炉对原均排压系统进行重新设计、改进，完善了系统功能。新系统构成：如图7，均压按介质运动方向依次设置蝶阀、盲板阀、带检修孔的均压阀、旋风除尘器、卸灰阀；排压按介质运动方向依次设置旋风除尘器、蝶阀、盲板阀、带检修孔的放散阀、放散消音器；系统还设有吹扫放散阀、二次氮气均压系统。此系统均压、放散阀各设置两套，互为备用，使用经过干法布袋除尘的净煤气均压。
图7
4.4.2新系统功用描述：
（1）均压阀的功用
称量料罐装满料后，关上密封阀、排压阀（放散阀）和二次均压阀后，开启此阀，向称量料罐中充入净煤气（压力等于炉顶压力或略小于炉顶压力0.01Mpa），对料罐进行一次均压，以保证炉料的顺利入炉。两均压阀一工一备。
（2）放散阀的功用
称量料罐排料完毕，关闭料流调节阀和下密封阀后，此时上密封阀、上料闸应处于关闭状态，开启此阀，将料罐内高压气体排出，使料罐内压力与大气压力相等，为开启上密封阀并进行下一次装料做好准备。两放散阀一工一备。
（3）旋风除尘器与消音器的功用
高炉生产将料罐内的高压气体排出时带有大量烟尘、灰尘，料罐内的压力气体进入旋风除尘器，在旋风除尘器内形成旋转、下沉的气流。利用文式管除尘原理，在重力和离心力的共同作用下，灰尘和气体分离开。气体上升通过管道进入放散消音器，减小噪音后排放到大气中；而灰尘下落、聚集在锥形漏斗底部，通过均压过程再随气流进入料罐，随炉料进入炉内。放散消音器旁设有旁通管路，放散消音器堵塞严重时，可临时使用旁通管路。
（4）二次均压阀的功用
当炉顶称量料罐进行一次均压完毕，如延时后没有“均压好”信号，则需要向称量料罐引入高于炉顶煤气压力的氮气，同时关闭一次均压阀，开启二次均压阀进行二次均压。如果均压阀1和均压阀2均不能使用，也可以单独使用二次均压阀操作。
4.4.3新系统在线检修操作的实现
新系统实现了不必休风在线检修操作：
（1）如系统的均压管道或设备出现故障，以均压阀1故障为例，首先关闭均压阀1系统的蝶阀和盲板阀，开启均压阀1，关闭均压阀2，再开启吹扫放散阀1，用二次均压氮气充压吹扫煤气后，开均压阀1检修孔即可处理。如遇均压阀泄露，且暂时无法处理时，可关闭蝶阀再关闭盲板阀，启用另一套均压阀即可。
（2）如系统的放散管道或设备出现故障，先将放散阀1和放散阀2打开，然后开二均氮气充压吹扫煤气，开故障放散阀检修孔即可处理；如遇放散阀泄露，且暂时无法处理时，可关闭蝶阀再关闭盲板阀，启用另一套放散阀即可。
5．改进的效果与意义表１.改进前后性能指标对比
性能指标
改进前
改进后
均压煤气介质含尘量（mg/Nm3）
＞7
＜3
设备作业率（%）
93.5
是否具备不休风处理故障能力
否
能
排放消音器使用率（%）
52
是否达到噪音、粉尘等环保要求
不能达到
能达到
经过改进，完善了均排压系统的功能，满足了高寒气候下的安全生产要求，大幅降低了系统的故障率和员工劳动强度，实现了不用休风处理均排压系统故障，增强了系统的可靠性。同时改进后对空排放煤气粉尘量减少、噪音分贝合格，满足了环保要求。此项改进为通钢集团公司大型化改造新高炉建设提供了切实可行的经验，并在通钢三号高炉建设中已得到应用，在东北地区寒冷气温下同类型高炉生产中有借鉴和推广价值。
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