四連鑄純水系統現狀及其優化方案

改造者：林 俐

四連鑄純水系統現狀及其優化方案

改造者：林 俐

前言：四連鑄循環水于2006年投運，出于節約用地及節能考慮，采用蒸發冷器作為純水系統冷卻設備，投資費用約為400萬元，四臺空冷器的總設計處理能力為1420m3/h，設計純水出蒸發空冷器溫度應≤38℃，而現場實際處理水量僅為1000m3/h，盡管如此，在夏季高溫季節時，四連鑄純水出水溫度經常超標，從而影響連鑄機的拉速，需要優化。

四連鑄純水系統現狀

四連鑄純水系統現有工藝流程

圖1為四連鑄現有的純水系統工藝流程圖，現有的密閉純水系統冷卻方式主要是依靠表面蒸發式空氣冷卻器，經過蒸發空冷器冷卻后的水由結晶器泵供結晶器使用，回水經過管道過濾器后進入蒸發空冷器進行冷卻，氮封罐主要是給系統穩壓、補水?？绽淦鞯睦鋮s水主要來自于蒸發式空冷器自循環水、設備間接冷卻水和雜用水泵。

現有系統存在問題

圖1　四連鑄純水系統工藝流程圖

圖2　2010年至2014年四連鑄純水送水溫度超標次數

夏季送水溫度經常超標

由于蒸發空冷器的換熱管束在運行和停運過程中存在干濕交替的情況，換熱管束在外部冷卻水停運后，殘留于管束外表面的水份易于蒸發，水中鈣鎂離子將結晶析出留在管束表面，時間一長，管束表面形成一層厚厚的垢，影響換熱效果。自2010年以來，每年夏季，結晶器冷卻水送水溫度經常超過38℃，最高接近40℃，極大影響了連鑄機拉速，進而影響四號連鑄機的正常生產。

圖2為2010年至2014年期間四連鑄純水系統送水溫度超過38℃的次數統計，從圖中可以看出，2010年純水系統送水溫度超過38℃的次數高達24次，為緩解這個問題，水處理分廠于次年對蒸發空冷器進行了改造，改造有二：1.于空冷器內部增加一路間接冷卻水冷卻；2.于空冷器內部增加一路雜用水冷卻。經過改造后，純水送水溫度超標次數有所減少，但由于空冷器的冷卻效果受環境溫度影響較大，在2013年夏季高溫情況下，超標次數仍然達到15次，2014年由于氣溫下降，超標次數有所減少，共超標5次。每年最高送水溫度見表1。

表1　四連鑄純水系統每年最高送水溫度

影響四號連鑄機的平均拉速

四連鑄純水系統是為四號連鑄機的結晶器冷卻供水，連鑄生產對純水水溫有一定的要求：設計值純水送水水溫〈38℃，是連鑄結晶器的極限水溫度，連鑄澆鑄時最佳水溫在35℃左右。此水溫無論是對連鑄板坯生產的拉速還是板坯的生產質量，都是最佳水溫。而當送水溫度超過38℃時，極易導致連鑄機不能按正常的拉速進行生產，甚至造成連鑄機漏鋼、窩坯等重大生產事故，2008年2月27日中午11：30左右，4#連鑄機曾發生過一起漏鋼、窩坯的事件，事件發生是由多方面原因造成，其中一個原因與水處理純水送水溫度過高有關，造成四號連鑄機停產。表二為連鑄方提供的2014年與2013年板坯平均拉速同比下降的百分比統計數據。

表2　四連鑄純水系統每年最高送水溫度

從表2可以看出2013年由于氣溫偏高，整體平均拉速要低于2014年的平均拉速，從而影響生產效率。根據公式：產量=密度*體積=結晶器截面積*時間*拉速，在結晶器密度不變的情況下，在相同時間內，拉速直接影響產量的多少，若拉速從1.1m/min降到1.06m/min，產量將降低4％，因此在拉速降低的情況下，將大大影響生產效率。

圖3　四連鑄純水系統優化后工藝流程圖

表3　2014年1月-9月二連鑄與四連鑄純水最高送水溫度比較

四連鑄純水系統優化方案

為解決夏季純水系統送水溫度高的問題，建議將現有的蒸發空冷器冷卻方式改為板式換熱器冷卻方式，將原來的四臺蒸發空冷器改為3臺板式換熱器，總處理水量為1600m3/h，具體工藝流程圖詳見圖三，新增兩座冷卻塔、三臺二冷水泵、三臺板式換熱器及部分加藥裝置。冷卻完結晶器的水通過現有的管道式過濾器后進入板式換熱器，與由二冷水泵送來的水在板式換熱器內對流，實現熱交換從而達到降低水溫的效果。

蒸發空冷器與板式換熱器的比較

蒸發式空冷器是將管式換熱器置于塔內，通過流通的空氣、噴淋水與循環水的熱交換保證降溫效果；板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器，各種板片之間形成薄矩形通道，通過半片進行熱量交換。

冷卻介質方面比較

蒸發空冷器是以空氣為主的冷卻介質，受環境溫度和空氣濕度的影響較大，水溫難控制；而板式換熱器是以水作為冷卻介質，冷卻能力強，供水水溫穩定。兩種冷卻介質的熱容比相差較大，空氣的熱容比遠小于水的熱容比，所以水的冷卻能力要強于空氣，且空氣冷卻效果易受環境的制約，尤其在高溫季節，蒸發空冷器冷卻效果不佳，而板式換熱器則無此問題。

設備檢修方面比較

四連鑄純水系統空冷器由于全部投入至今無法停運隔離檢修，即使具備檢修時間，檢修仍然較難實施，比如更換空冷器內部填料需將風機和玻璃鋼風筒全部吊出，施工難度大?？绽淦縻~管一旦破損，首先由于臺數較多泄漏點查找困難，其次由于運行一段時間后空冷器玻璃鋼底部螺栓已銹蝕，即使找到泄漏的銅管仍無法進行更換，必須將整臺空冷器設備拆除后才能更換，無法對空冷器局部進行更換，即無法實現內部銅管檢修維護。板式換熱器則非常方便，不存在以上問題，單臺隔離后即可檢查檢修。

清洗維護方面比較

蒸發空冷器噴淋水納入凈環系統統一進行水質管理后，一旦發生管束結垢問題將無法進行單臺清洗處理，必須和清循環大系統串聯做化學清洗，系統清洗費用較高，且對空冷器局部清洗效果有限，長期影響冷卻效果。板換二冷水側基本不會有結垢問題，無需清洗；即使運行至爐役后期出現輕微結垢，也可單臺隔離清洗，非常方便，且不會影響冷卻效果。

現場實際使用情況比較

二連鑄純水系統與四連鑄純水系統擁有相類似的工況，純水系統設計處理水量與四連鑄相近，但二連鑄循環水用板式換熱器作為冷卻設備，自從1997年投產至今，使用情況一直良好，即使在2014年高溫季節，純水系統的最高送水溫度也維持在37℃左右。表四為2014年1月到9月二連鑄與四連鑄純水最高送水溫度的比較，可見二連鑄板換冷卻效果要優于四連鑄的蒸發空冷器，夏季尤為明顯。

結束語

四連鑄純水系統夏季送水溫度超標會影響連鑄坯生產的拉速，而從板式換熱器和蒸發空冷器在水處理分廠的實際應用情況看，板式換熱器的優勢更為明顯，故建議對四連鑄現有的純水系統進行優化，將蒸發式空冷器改為版式換熱器。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.09.031