煤氣快速切斷裝置在濟鋼球團廠的應用實踐

宋長軍

濟鋼煉鐵廠，山東 濟南 250101

0 引言

濟鋼球團豎爐以混合煤氣作為焙燒燃料，隨著豎爐產量的不斷提高，煤氣用量也逐漸增加，為豎爐配備的除塵、助燃、冷卻風機的容量也大幅提高。在生產過程中當煤氣供給系統出現故障，如果不能及時有效的進行處理，會引起煤氣回火爆炸[1]。如果除塵風機異常停止，助燃風機、冷卻風機繼續運行，這時大量熱量會通過布料平臺向外涌向操作室，同時燒壞電纜、設備，對操作室內人身安全造成巨大威脅。如果助燃風機異常停止，煤氣還在供給，煤氣會通過助燃風管道竄入風機房，造成風機房值班人員的人身傷害事故。

1 解決方案

當煤氣供給系統或者風機系統出現故障，快速有效的隔斷煤氣和空氣是防止事故發生的重要手段。球團廠結合豎爐中修為每座豎爐的除塵、冷卻、助燃風機之間增加聯鎖控制，同時安裝了煤氣快速切斷裝置。

1.1 煤氣快速切斷裝置選擇

煤氣快速切斷裝置采用德國進口SEHAZ型電液聯動快關三偏心蝶閥。此閥門廣泛用于煤氣、天然氣、石油管網的安全控制，最小關斷時間小于4s并且可調，斷電時自動關閉。免維護，只需定期檢查蓄能器的氣囊壓力和液壓油的液位。三偏心結構使閥座處無摩擦無擠壓無卡滯，使用壽命長，閥座環的浮動式設計，使閥座環對閥座無摩擦并自補償流程溫度的變化。此裝置接入豎爐DCS操作系統，正常狀態下，電腦上位開機，電液聯動開啟，液壓關閉。閥門也可就地開啟，方便檢修和維護，設置手動液壓操作裝置，用于停電時手動打開、關閉執行機構，同時增加緊急操作和正常操作換向閥。

1.2 風機及切斷閥安全聯鎖設計

1）除塵風機故障停機，冷卻風機立即停止運行，煤氣快速切斷閥關閉，當煤氣快速切斷閥關閉到位，助燃風機立即停止運行；

2）助燃風機故障停機，煤氣快速切斷閥關閉，冷卻風機停止運行，除塵風機不參與聯鎖；

3）煤氣壓力低于設定值10000 MPa，煤氣快速切斷閥關閉，冷卻風機停止運行，當煤氣快速切斷閥關閉到位時，助燃風機停止運行；

4）煤氣快速切斷閥意外停電，則切斷閥關閉，冷卻風機停止運行，當煤氣快速切斷閥關閉到位時，助燃風機停止運行；

5）無論是在聯鎖投入狀態還是在聯鎖解除狀態，冷卻風機故障停機及風機入口閥門故障，都不響應聯鎖。

1.3 實施過程

在豎爐燃燒室前的兩個煤氣支管上各安裝一臺煤氣快速切斷裝置。每座豎爐都有一套獨立的過程控制系統，風機狀態以及切斷閥的操作、狀態信號全部接入豎爐DCS控制系統。通過程序實現閥門和風機之間的聯鎖，這不僅節約了電纜，減少了故障隱患，同時風機、操作閥的狀態在監控計算機上直觀顯示，方便工人操作，也方便維護人員查找故障。

分別采集豎爐煤氣總管和兩個煤氣支管上的煤氣壓力信號，當其中的任意兩個或者3個壓力值低于10000MPa時，此時電腦程序認定煤氣壓力低于10000MPa，煤氣切斷閥響應聯鎖。

2 取得的效果

閥門良好的密封效果，快速的關斷能力，以及與風機之間的快速聯鎖保護，使得該系統投入運行后，杜絕了煤氣的泄露和危險事故的發生，取得了良好效果。

3 在應用中出現的新問題

切斷閥應用兩年后，閥門上位計算機先后出現顯示閥門未關閉到位，通過進一步檢查閥門關閉到位指針，發現閥門確實沒有關閉到位，無法觸發關閉到位信號。出現這種情況后，通過增加開關閥門次數，閥門最終能夠完全關閉到位。

2009年，濟鋼球團廠對2#豎爐進行中修，中修期間閥門不能關閉到位，多次開關也不能夠關閉到位，于是在閥門兩側管道各開100cm2左右方孔。豎爐生廠使用的是高爐-轉爐混合煤氣[2]，開孔后發現，由于高爐煤氣除塵不徹底，造成瓦斯灰在管道和閥門上板結，板結最厚處可以達到3mm。造成閥門閥板無法和閥座完全接觸，使得切斷閥不能完全關閉到位。因切斷閥關斷力矩可達 30萬NM，輕微的瓦斯灰板結被擠壓粉碎脫落，這是前幾次通過反復關閉閥門，閥門能夠關閉到位的原因。

發現是上述原因造成的閥門無法關閉到位后，從方孔處，用硬物摩擦或敲擊閥板和閥座，清理板結的瓦斯灰，由于瓦斯灰的附著力太強，導致清理后效果不理想，12月公共系統檢修，把2#爐西側閥門修繕完畢后發現，兩座閥門仍舊無法關閉到位。

3.1 閥門關閉不到位影響

因為煤氣快速切斷閥在豎爐正常生產時要求全開，閥門長期不動作以及煤氣雜質多是造成高爐瓦斯灰在閥門上板結的主要原因。只能夠借檢修之機進行人工清理，但是閥門本身又非常精密，硬物摩擦會損壞閥門的密封性能，從而影響密封效果。

同時助燃風機跳閘是在煤氣快速切斷閥關閉到位之后，延時一定的時間才動作。程序中用閥門的關閉到位信號作為判斷切斷閥是否關閉到位的依據。在集中聯鎖條件下，煤氣快速切斷閥無法關閉到位，助燃風機將不能聯鎖跳閘。

3.2 解決方案

1）調整閥門的限位開關行程，造成閥門關閉到位的假信號，觸發助燃風機的聯鎖關系。這樣需要不斷的調整行程開關，而且閥門使用時常開，不能夠確定什么時候閥門不能關閉到位，調節不但具有滯后性，而且需要頻繁調整；

2）調整助燃風機跳閘的聯鎖條件，不再使用閥門的關閉到位信號，一旦別的條件觸發切斷閥關閉，程序中發出關閉煤氣切斷閥的指令的同時延時N秒（閥門的正常關斷時間+助燃風機正常需要的延時時間）立即停止助燃風機。隱患是一旦閥門無法關閉，助燃風機停，燃燒室將會出現大量煤氣。所以需要加強點檢，保證閥門供電安全和液壓油正常。

通過研究，最終選擇了第二套處理方案，閥門主要作用是快速關斷，密封性要求在其次。雖然閥門不能完全關閉到位，但是閥門和閥座已經緊密接觸，在強大的扭矩作用下，密封性還是可以保證。在日常的生產中增加閥門的開關次數，延緩瓦斯灰板結速度，同時確定了閥門的清理周期，定期進行專業清理。

[1]宋長軍.球團廠煤氣快速切斷在豎爐生產過程中的應用[D].球團技術研討會論文集，2008.

[2]劉國防.濟鋼球團豎爐使用高爐-轉爐混合煤氣的改造及效果[J].燒結球團，2007，33(1)：39-41.