2#爐復吹系統設計中的設計難點和技術關鍵及解決方案

摘 要:主要對2#爐復吹系統設計中的設計難點和技術關鍵及解決方案進行了介紹

關鍵詞:復吹工藝設計介質流量檢測控制

中圖分類號:TF713.1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(c)-0080-02

1 引言

根據我公司高磷鐵礦試驗要求，為摸索轉爐底吹工藝參數、改善轉爐工藝脫磷效果、做好新區轉爐雙聯工藝技術儲備，公司決定進行一次高磷鐵水試驗，因此我廠2#轉爐需要進行底吹供氣適應性改造，即新增一坐2#爐復吹系統。而由于本次工藝要求的原因，新增2#爐復吹系統設計存在不少技術關鍵和技術難點需解決。

2 工藝

工藝條件:介質N2，閥前壓力2.2MPa，閥后壓力1～1.7MPa，流量80～600NM3/H，口徑DN40，常溫，故障位置開；該系統應同時滿足如下工藝:介質Ar，閥前壓力1.4MPa，閥后壓力0.2～0.4MPa，流量80～120NM3/H。

工藝過程:在轉爐吹煉過程中，按工藝要求的流量、壓力從轉爐底部分時吹入氮氣或氬氣進行冶煉。

3 設計流程圖

3.1 N2和Ar總管

如圖1所示。

(1)分別設計一套氣動切斷閥，便于通過PLC控制N2或Ar進入支管；

(2)分別設計一套止回閥，防止N2或Ar回流進主管道；

(3)分別設計一套就地壓力表，便于就地觀察N2或Ar壓力；

(4)分別設計手動截止閥和手動球閥各一套，便于安全切斷N2和Ar，另外也有利于氣動切斷閥檢修；

(5)總管上遠傳壓力檢測和就地壓力檢測各設計一套，遠傳壓力檢測用于流量補償，就地壓力用于就地觀察；

3.2 流量控制回路

(1)分別設計兩個相同流量控制回路，一個回路控制兩支底吹槍，如流程圖，每個回路上均設計有流量計、氣動調節閥、手動球閥、止回閥、遠傳壓力等。

(2)流量計用于回路流量檢測，信號送計算機；

(3)氣動調節閥用于回路流量大小的控制，控制信號由計算機送給調節閥；

(4)氣動調節閥旁通回路設計有兩個手動截止閥和一個不銹鋼針型閥，主要考慮復吹系統投入運行后，為防止堵塞，轉爐底吹槍必須長期有一個保底壓力，不銹鋼針型閥就是來調整這個壓力的，手動截止閥是檢修和調試必須的；

(5)止回閥是防止介質回流，遠傳壓力表將壓力信號送計算機；

4 設計難點

流量計既要檢測N2流量，也要檢測Ar流量，N2的壓力為2.0MPa，Ar的壓力為1.4MPa，如何識別管道中流通的介質是N2或Ar，如何保證流量檢測精度，是設計中的難點；另外，工藝要求一個調節回路須控制氮氣和氬氣兩種介質，且氮氣和氬氣的壓力差別大，所以技術關鍵是介質流量控制。

解決方案

4.1 通過計算機使流量計智能化，能夠自動識別氮氣和氬氣兩種介質，具體方法為

N2切斷閥和Ar切斷閥控制信號在計算機程序上設計為互鎖，N2切斷閥開到位時，Ar切斷閥必然是關到位，Ar切斷閥開到位時，N2切斷閥必然是關到位，也就是說，兩個切斷閥只能有一個，且必須有一個是開到位，當N2切斷閥開到位時，管道中介質就是N2，當Ar切斷閥開到位時管道中介質就是Ar，這樣就解決了識別管道中流通的介質的問題；

4.2 為保證流量檢測精度，我采取了兩個辦法

(1)我在計算機程序中引入了壓力補償，補償公式如下:

Qv=Q測

引入了壓力補償后，N2、Ar流量檢測精度基本得到保證。

(2)鑒于工藝要求，系統運行時，氮氣和氬氣兩種介質的流量差別很大，且氮氣和氬氣兩種介質的壓力不同，這就要求流量計的量程比要足夠寬，對小流量的檢測要特別靈敏，普通的孔板流量計顯然不能滿足要求，經過查詢資料，本著經濟性和技術先進性的原則，我選擇了一體化楔形流量計。

4.3 對于介質流量控制，我采取了分段控制的辦法

即在系統運行時大流量階段用調節閥進行自動控制，在系統等待時小流量保底壓力階段用旁通手動閥進行控制；

5 技術關鍵

本套系統由于是一個流量調節回路承擔著氮氣和氬氣兩種介質的流量調節，對流量計和調節閥的要求較高，因此流量計和調節閥的選擇以及調節閥的精確計算是本設計能否成功的關鍵。

5.1 根據前面的論述，流量計我選擇了一體化楔形流量計，下面簡單介紹一下楔形流量計

楔形流量計是一種新型流量計，它解決了對流量變化范圍較大的準確計量問題，楔形流量計的結構如下圖: 楔形流量計傳感器的檢測件是楔形孔板，它是一塊V型的節流件，安裝在管道的上部，它的園滑頂角朝下，這樣有利于含懸浮顆粒的介質及臟污介質順利通過。

如圖2所示。

楔形流量計的測量原理:楔形流量計的基本流量方程式來自于伯努利原理(能量守衡和連續方程)，通過楔塊產生差壓，該差壓正比于質量或體積流量。用不同的高度H與管道內徑ID的比(楔比H/ID)來確定不同的流量測量范圍，因此，楔形流量計可以應用于最困難的流量測量，并保證精確可靠的測量結果。其計算公式:

式中

qv——體積流量，m3/s；

c——流出系數；

ε——可膨脹性系數；

m——節流面積比；

D——管道內徑，m；

△p——差壓，Pa；

ρ——被測介質密度，kg/m3。

如圖3所示。

楔形流量計的最大特點就是流量范圍度寬。精度0.2級時，流量范圍可達1∶25；精度0.5級時，流量范圍高達1∶33。這是其它差壓式流量計無法比擬的(標準孔板的流量范圍1∶3)。

5.2 調節閥我選擇了重慶川儀工程技術有限公司生產的CV3000系列閥門

因為CV3000系列閥門具有以下特點:①可實現大的CV值與更廣的可調比從獨特的流體分析中產生的S型構造閥體，能夠抑制因流路形狀復雜而產生渦流以及因流路突然擴大而引起的復雜不規則流動現象，從而帶來高效率的介質流動；另外，閥體上腔中的導流翼能夠將介質節流所產生的不穩定流體高效率地導入閥后。由于有以上特點，使CV3000系列調節閥與原V系列調節閥相比具有CV值增加30％，可調比由30∶1擴大到50∶1(加附件可達75∶1)，因而可用于更廣范圍下負載變動的控制；②高精度流量特性能帶來“理想”流動采用高精度流量特性曲線作為標準技術參數，理論上實現“理想”的流動，使過程增益穩定。

另外，重慶川儀工程技術有限公司生產的CV3000系列閥門是引進的日本山武株式會社CV3000系列調節閥及附件設計制造技術，產品零件所需模具采用進口德國DECKEL MAHO數控加工中心制造，閥內件及小口徑閥閥體采用進口美國HADINGE車削加工中心制造，整體產品質量達到日本山武株式會社同類產品技術水平。因此，選擇重慶川儀工程技術有限公司生產的CV3000閥門完全能滿足本設計要求。

5.3 調節閥的精確計算

調節閥的計算主要是指Cv值的計算，Cv值的定義:閥處于全開狀態，兩端壓差為1磅/英寸2(0.07kgf/cm2)的條件下，60(15.6℃)的清水，每分鐘通過閥的美加侖數.(Cv=1.17Kv Kv是我國調節閥流量系數的符號)；

Cv值的計算公式:

Cv=1.17Q

式中P1:進口壓力

P2:出口壓力

G:比重

Q:最大流量 m2/hr

將工藝條件代入上述公式，計算出最大Cv為2.79，最小Cv為0.29，根據調節閥額定Cv值的選擇原則(額定Cv值為最大Cv值的2-3倍)，我們選取最大Cv值2.79的2.5倍即6.975后靠標準得額定Cv值為6.3。

然后我們用額定Cv值6.3對閥門進行開度驗算，驗算結果為最大流量對應的閥門開度76.1%，最小流量對應的閥門開度9.5%，基本能滿足工藝的要求。

根據工藝要求和上面的計算，流量特性我們選擇等百分比，因為在等百分比流量特性的情況下，相同的調節閥開度增量會引起流量變化的百分率相同，該流量變化始終與調節閥位置改變前的流量成正比。在閥芯靠近閥座位置時，流量很小；在大流量的情況下，流量變化很大，適合當前工藝。

到此，調節閥選型完成。

6 結語

2#爐復吹系統設計在解決了設計難點和技術關鍵后，其余設計就迎刃而解，順理成章。后來，根據本設計建成的2#爐復吹系統投運后，儀表檢測準確，切斷閥反應靈敏，調節閥控制精準，設備檢修方便，完全能夠滿足工藝要求，為公司高磷鐵礦試驗提供了設備保證，為工藝部門摸索轉爐底吹工藝參數、改善轉爐工藝脫磷效果作出了貢獻。