转炉汽化冷却系统常见问题及解决对策

转炉汽化冷却系统常见问题及解决对策

童健民

(武钢第一炼钢厂 武汉430083)

摘 要 转炉汽化冷却系统的安全稳定运行对于转炉实现高产、稳产是非常重要的,在连续生产过程中影响汽化冷却系统安全运行的因素较多,但常见的问题可以概括为 腐蚀、结垢、堵塞、操作 4类。结合现场实际对这4类问题提出了具体的解决对策,经过实践完善后取得了较好的效果。 关键词 转炉 汽化冷却 对策

Problems Comm only Existed in C onverter V aporized Cooling System and Some Solutions

TONG Jian-min

(No.1Stee l -making Plant o f WISCO W uhan 430083)

Abstract The safe and stable running of converter vaporized cooling sys te m is very important to the realiz ation of hi gh and s table output.There are many fac tors affecting the safe and s table running i n continuous producti on,but the commonly seen problems can be s ummarized as four ki nds:decay,fil th,s top and operation.The c onc rete solutions to the four ki nds of problems are put forward based on the site practice and good res ults have been obtained.

Keywords converter vaporized cooli ng countermeasures

转炉汽化冷却系统设备的安全稳定运行是保证被其冷却的转炉稳产、顺产的重要条件之一,在实际生产过程中相当一部分转炉汽化冷却系统暴露出这样或那样的问题,轻则影响转炉产能发挥,重则导致事故发生甚至被迫停炉。从各类事故的起因来看主要集中在 腐蚀、结垢、堵塞、操作 4类问题上,解决好这4类问题既可延缓其内部氧化腐蚀,控制结垢,又可确保其安全稳定运行,为转炉持续高产及蒸汽回收创造良好的条件。

1 转炉汽化冷却系统工艺概况

以2 100t 转炉为例,其汽化冷却系统采用热力除氧,除氧后的软水供低压强制循环和高压自然循环来实现其生产过程中的汽化冷却,其工艺流程如图1

所示。

图1 2 100t 转炉汽化冷却系统工艺流程

2 转炉汽化冷却系统运行中常见的问题

转炉汽化冷却系统在生产过程中常见的问题,概况起来主要表现有 腐蚀、结垢、堵塞、操作 4类,必须分析清楚这4类问题产生的原因,才能制定相应的对策。2.1 腐蚀产生的原因及其危害

供给热力式除氧器的低温软水中溶解有一定量的氧、氮、二氧化碳及微量的氢等气体,其中二氧化碳及氧的存在

容易引起转炉汽化冷却系统的管网、泵组、烟道及锅炉等设备内部的腐蚀,尤其是氧化腐蚀最为严重。这是因为,任何气体在水中的溶解度决定于水温及此气体在水面上的压力。所谓分压力,即水面上的空间中,如果没有其他气体或蒸汽,仅此一种气体单独存在时的压力。水的温度越高,其中气体的溶解度就越小,水面上空间中这种气体的分压力越小,这种气体在水中的溶解度也就越小。表1所示为不同压力、温度下水的饱和氧量(其他气体也存在类似关系)[1]。

表1 水中氧气质量浓度与温度、压力的关系

mg/L

水面压力/MPa 水温/ 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90100

0.101410.88.87.5 6.2 5.4 4.7 3.6 2.6 1.600.08118.57.0 5.7 5.0 4.2 3.4 2.6 1.60.500.068.3 6.4 4.3 4.3 3.7 3.0 2.3 1.70.8000.04 5.7 4.2 3.5 2.7 2.2 1.7 1.10.40000.02 2.3 2.0 1.6 1.4 1.2 1.0000000.01

1.20.90.80.50.2

0 从表1中可以看出,水温低于40 时氧质量浓度达7-8mg/L 以上,低温水中的高氧量、高二氧化碳量等造成了转炉汽化冷却系统设备或构件内部腐蚀。生产实践统计的结果表明,在1年的设备运行周期内,没有除氧或除氧不充分的软水对系统内部所造成的腐蚀量是充分除氧的数倍甚至是10多倍。

转炉汽化冷却系统内部若长期受到严重的腐蚀,轻则缩短设备的运行寿命,重则会造成局部堵塞或造成高温段的烟道管束内传热不均引起爆管漏水事故。因此,解决腐蚀问题

44 工业安全与环保

Industrial Safety and Environmental Protection

2008年第34卷第2期February 2008

是确保汽化冷却系统安全、高效运行的重要工作之一。

2.2 结垢产生的原因及其危害

转炉汽化冷却系统内部结垢主要是因为其采用的冷却剂软水所造成的,软水在送入除氧器之前都会在专用软水站用石灰和纯碱做软化处理,单用石灰软化,只能去除暂时硬度,加入纯碱则可去除永久硬度[2]。那么去除了暂时硬度和永久硬度的软水为什么还会在系统内部产生结垢呢?生产统计数据表明,在可比时间段内将软水送入汽化冷却系统前再用磷酸三钠进一步消除硬度与未用磷酸三钠进一步消除硬度相比,系统内部的结垢量要少数倍以上甚至更多。转炉汽化冷却系统内部结垢最直接的后果会导致系统传热效率下降,当烟道内壁结垢增大甚至是失控状态时,烟道管束由于内外传热不畅其外表面(即与1600 左右的高温烟气接触面)烧损量会增大,这种状况不能得到控制,会导致系统设备使用周期缩短,甚至造成烟道管束的高温受热段产生局部爆管漏水事故,影响转炉正常生产。因此,在生产过程中要预防和控制汽化冷却系统内部结垢问题。

2.3 堵塞产生的原因及其危害

堵塞问题往往发生在生产过程中处理各类事故之后复产的阶段,一般分为供水部分堵塞和排水、排污部分堵塞。其中高压自然循环供水还是排污部分堵塞容易通过监控设备发现,只要及时排除不会对生产或安全构成危害。低压强制循环不论是供水和排水,部分堵塞都较难发现,若不及时排除则会对生产或安全构成危害。本系统中由于2座转炉共用1套除氧器,仅在各转炉强制循环的入口安装了1只软水流量计,而流量计显示的软水流量是活动烟罩、下料口、氧枪水套等设备的总流量。因此,当某一设备的软水流量减少甚至堵塞断流时,在短时间内很难准确查出问题。在生产过程中曾发生过因活动烟罩进水堵塞而造成在几小时内其冷却管束烧损变形的事故。

堵塞问题虽然主要发生在低压强制循环设备上,但其危害也不容忽视。它一旦发生,轻则造成冷却设备损坏,影响安全生产,重则造成活动烟罩等部分泄漏,从而导致转炉停产。因此,在生产过程中要及时发现并迅速排除 堵塞 问题,实现转炉安全、稳产。

2.4 操作出现的问题及其危害

转炉汽化冷却系统操作出现的问题一般表现在: 软水除氧操作; 余热锅炉水位操作; 蒸汽回收操作3个方面。软水除氧操作问题主要是除氧不彻底,软水中含氧量不达标甚至超标,它往往是没有均衡地往除氧器中补水或除氧蒸汽控制偏小所致。余热锅炉水位操作问题常表现为实际水位偏低或偏高,水位偏低(在氧枪下枪吹炼下限水位以上)一般是生产前补水不及时或排污阀、排水阀、烟道管束渗漏所造成;水位偏高(在氧枪下枪吹炼上限水位以下)一般是生产前补水过多或排水阀不能及时排水和给水调节阀组有渗漏、关闭不严所造成。

水位偏低时,锅炉内的软水冷沫增多,膨胀变大,烟道管束内易结垢。水位偏高时,在转炉下枪吹炼时其沸腾水位迅速上涨至汽水分离板下部猛烈撞击汽水分离板[1]。一旦发生上述情况会造成蒸汽的湿度增大,严重时会引发蒸汽输出管道水击事故,不利于汽化冷却系统的安全运行。

3 解决 腐蚀、结垢、堵塞、操作 常见问题的对策

解决常见问题要结合生产实际,这样可以取得事半功倍的效果。本文根据2 100t转炉汽化冷却系统设备的实际状况,制定并实施了如下对策措施。

3.1 腐蚀的解决对策

要解决好汽化冷却系统设备内部的 腐蚀 问题,重要的是尽可能地减少软水中的氧、氮、二氧化碳等气体。根据前文分析,结合2座转炉汽化冷却系统共用1台除氧器的实际情况,在正常生产时应不间断地均匀地对除氧器进行软水补入(流量尽可能小),避免短时间向除氧器内大量补入低温软水。根据除氧实践观察,当除氧器排气头内的压力P>0.02 MPa时,其中的气体较易排出,反之则不易排出。为稳定除氧效果,可将排气头内的工况压力控制在0.02-0.04MPa之间为宜,理想的除氧水温应控制在102-104 之间[2](特殊情况下水温要控制在80 以上),这样可以有效地排出软水中的腐蚀性气体,从而最大限度地控制和减缓系统内部腐蚀程度。实施此对策措施1年后,转炉汽化冷却系统运行情况统计表明,其内部腐蚀比之前减少了80%以上, 腐蚀 问题得到了较好的控制。

3.2 结垢问题的解决对策

要解决好汽化冷却系统设备内部的结垢问题,重要的是做好除氧后的软水再软化工作,主要是将除氧合格后的软水送入汽化冷却系统前用磷酸三钠进一步消除硬度,即:

3Ca(HCO3)2+2Na3PO4

Ca3(PO4)2 +6NaHCO3 3Mg(HCO3)2+2Mg3PO4

Mg3(PO4)2 +6NaHC O3 3CaSO4+2Na3PO4

Ca3(PO4)2 +3Na2SO4

3MgSO4+2Na3PO4

Mg3(PO4)2 +3Na2SO4

磷酸三钠除了消除水的硬度外,还能促使老水垢逐渐溶解[4],并在系统内壁形成致密的保护膜,延缓腐蚀。

根据对策,采取了定期对除氧后的软水加入一定量的Na3PO4溶解再送入系统的措施,另外还定期排除系统中的溶解泥渣,避免局部堵塞。实施此对策后,检查运行1年后的汽化冷却系统设备表明其内壁结垢现象基本得以消除,烟道主要受热段传热均匀,漏水率下降75%以上。

3.3 堵塞问题的解决对策

根据2.3分析和生产过程中发生的 堵塞 事故来看,低压强制循环中各子循环管道及冷却管束一般不易堵塞, 堵塞 主要表现在各子循环进水阀门上。为此可采取如下对策: 在各子循环进水阀门出口增加直通式流量计,这样可以准确地判断其流量,及时排除堵塞故障; 在各子循环进水阀门进、出口分别安装排污阀,这样可以及时有效地检查进水阀前后软水流量变化,便于在低压强制循环各类事故处理完毕复产时准确判断其流量是否正常。实施此对策后可有效地检查、判断 堵塞 ,避免因此而造成的事故。

3.4 操作问题的解决对策

根据前文分析并结合生产实际条件,制定了以下对策:

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