高壓水除鱗系統經濟運行技術的研究與應用

左先仁 丁海（山鋼集團萊蕪分公司寬厚板事業部，山東萊蕪 271104）

高壓水除鱗系統經濟運行技術的研究與應用

左先仁 丁海
（山鋼集團萊蕪分公司寬厚板事業部，山東萊蕪 271104）

本文從目前鋼鐵行業面臨的嚴峻形勢出發，結合節能降耗要求，主要剖析了萊鋼4300mm寬厚板生產線高壓水除鱗系統除鱗泵機組存在的能耗問題和節能空間，探討分析并研究實施了一系列除鱗系統設備技術改造和經濟運行技術，經最終生產運行實踐證明，該套技術最終得到了成功應用，為國內同行業高壓水除鱗系統節能運行提供了新思路。

預填充閥 熱保護閥 新型高效除鱗噴嘴 除鱗泵 蓄勢器

在目前鋼鐵企業遭遇寒冬，市場競爭激烈的情況下，各中厚板生產企業一方面加強產品結構調整，生產高附加值產品，以技術優勢占領市場；另一方面，都在積極的進行內部成本壓縮、節能降耗研究，以期降低生產成本，擴大盈利能力。鋼鐵行業前景不容樂觀，企業生產成本高企不下，萊鋼寬厚板生產線各種工序能耗指標水平與國內同行先進企業存在一定差距。尤其是噸鋼電耗一般在170～180kWh/t，作為能耗的主要構成，給成本控制帶來很大壓力。

1 系統概況

萊鋼寬厚板事業部高壓水除鱗系統由西門子—奧鋼聯克萊西姆公司設計，主要由三臺多級離心式水泵機組和三套軋線除鱗裝置構成，機組實行“兩用一備”并聯運行。每套機組由一臺高壓除鱗水泵、一臺增速箱、一臺交流異步電機及配套潤滑系統組成。正常生產時，不除鱗時，系統壓力一般在325～327bar；除鱗時，由于生產節奏、除鱗道次的不同，系統壓力有所不同，一般系統最低壓力均在280bar以上。

2 存在問題

（1）如圖1，泵設計流量—揚程曲線所示，高壓除鱗泵最高效率點為75%，對應流量為266.5 m3/h，對應電機功率2700kw，泵揚程273bar，但從兩臺除鱗泵實際使用情況來看，均不在最經濟高效工況區運行。

（2）從圖1中可以看出，國內同類生產線一般除鱗系統壓力設計在230～250bar之間，萊鋼除鱗系統設計壓力在280bar，但得到的除鱗打擊力卻相當。

所以，綜上兩方面，萊鋼寬厚板除鱗系統設計除鱗泵兩用一備的工作方式，存在不合理情況，單臺除鱗泵供水能力未得到充分有效利用，整個系統壓力比較富余，存在能源浪費情況，從理論來說，有一定的節能空間。因此，加強高壓除鱗系統節能研究，實現最經濟運行，無論對泵本身使用效率而言，還是對降低能耗、降低產線成本都有著重大意義。

3 解決方案

（1）本著投資最省、效益最大化原則，如何實現現有的高壓水除鱗系統最經濟運行，需要對整個系統深度研究和思考，并結合國內外現狀進行系統權衡比較。

（2）通過國內考察和對標發現，目前國內主要有下列幾種節能運行方式：一、高壓電機變頻調速運行；二、泵-液力耦合器調速運行；三、多臺蓄勢器+單泵變頻調速運行模式；四、其他經濟運行模式。前三種方式投資較大，施工周期長，投資回收期長，對于當前的企業生產形勢而言不容許，我們需要再探索研究新的經濟運行方式。

（3）通過對萊鋼4300mm除鱗系統本身壓力工況和原始設計資料分析，結合設備、工藝特點，實現除鱗泵由原來的“兩用一備”改為“一用兩備”是有可能的，這樣可以節省因為多運行一臺除鱗泵而產生的無效功耗。從系統工藝流程和設備特點，結合運行工況，要實現單泵運行，必須滿足以下條件：

1 ）從設備角度分析，系統無效流量損失要盡可能少，有效除鱗水量滿足供給要求。

圖1 高壓除鱗泵流量-揚程-效率-功率曲線圖

2）從工藝角度分析，除鱗打擊力必須保證，尤其是關鍵除鱗點（如：精除鱗）。

3 ）從生產節奏分析，除鱗泵-蓄勢器供水比例合適，參數設定合理。

為滿足以上條件，我們預從以上三方面著手，通過對設備功能的整合、對設備性能的局部改善，對系統參數和程序的優化修改，完全有可能最終實現一臺泵的經濟運行模式。

4 可行性研究論證

（1）若要實現單臺泵運行，首先要最大限度降低泵的空載流量，保證單泵運行壓力。從除鱗泵流量—揚程曲線可查得：單臺熱保護流量60～80 m3/h，對應揚程324-327bar。除鱗泵跳泵熱保護流量報警值設定為50m3/h，若將除鱗泵的常開熱保護流量進一步減小，即可達到節能目的，同時實現單臺泵運行的可能性又要大一些。考慮工藝和除磷設備實際情況，無論除鱗或不除鱗，用除鱗閥的預填充水量代替除鱗泵出口熱保護流量，不失為一種巧妙替代，主要基于以下三方面考慮：

1 ）因除鱗閥預填充閥在除鱗閥順控動作過程中，經常發生故障，導致除鱗閥噴射異常，為保證除鱗閥穩定工作，將預填充閥常開；

2 ）預填充閥常開，也起到一種熱保護流量作用，可以將泵高速運轉產生的熱量帶走，功能上類似于熱保護閥；

3 ）預填充閥常開，從設備本身來說，并無太大影響，無論對設備本身或其他設備的沖刷、磨損，都微乎其微。

從預填充閥來看，結構類似于熱保護閥，最后均設有節流孔板裝置，但每個預填充的孔板過流面積約為熱保護閥孔板過流面積的1/3，所以在同樣系統壓力下，單個預填充流量為熱保護閥流量的1/3。從設備裝備看，現場共有4個預填充閥可同時打開，每個預填充流量在20～25m3/h，從節能和設備安全運行角度考慮，最多只需同時打開3個預填充閥，總預填充量為60～75m3/h，與熱保護流量幾乎相當。所以完全可以取代熱保護閥常開狀態，減少單臺泵運行系統揚程損失。

（2）單泵運行后，系統壓力會有所降低，對除鱗打擊力會造成一定影響，尤其是比較關鍵的精除鱗。因此如何保證系統壓力降低后，精除鱗打擊力不受影響，選用一種高性能除鱗噴嘴和穩流器應該是可行的。

萊鋼4300mm寬厚板精除鱗原設計噴嘴在一定除鱗高度、噴射流量和系統壓力下，打擊力在0.54-0.43N/mm2之間，國內同類寬厚板廠軋機除鱗打擊力一般在0.6N/mm2以上，相比之下，萊鋼寬厚板除鱗打擊力明顯偏低，特別是在軋制特殊高強鋼種時，除鱗效果不佳。

為盡量提高精除鱗打擊力，保證除鱗效果，對噴嘴型號重新選型，直接換用同樣流量的新型高效除鱗噴嘴和配套穩流器。在系統壓力250bar時，我們對不同除鱗高度的打擊力和疊加量進行測算，精除鱗打擊力均能保持在0.7 N/mm2以上，滿足各種性能鋼板除鱗要求。

（3）隨著單泵的運行，除鱗系統部分參數會發生一系列變化，可能會影響到系統穩定運行，對這些參數進行實時的修改是必要的。充分利用蓄能水罐空間，適當放大高、低水位范圍，增大蓄能水罐供水比例，同時增大泵流量供給，降低系統壓力，在流量壓力之間尋求一個平衡點，設備整體效率還可進一步發掘。

通過單臺泵除鱗的測試和試運行，將蓄能水罐高水位4.3m和高高水位5.2m分別修改為6m和6.5m是可行的，因為蓄能罐磁浮子液位計總量程為7.5m；另一方面，單臺泵運行，尤其在除鱗節奏較快時，單臺泵瞬間供水比例負荷會增加，導致泵吸入口壓力會瞬間降低，為使泵吸入口壓力不對系統造成影響，因此將泵吸入口低壓端壓力報警值由原來的5.2bar修改為4bar，也是可行的，因為除鱗泵入口設計汽蝕余量為3.9bar。

5 應用效果

自從實現高壓除鱗系統經濟運行模式以后，效果明顯，增效顯著，若年產量按85萬噸計算，則增效如下：

（1）節電效果非常明顯，節電率達46.5%；

經現場除鱗泵負載和非負載統計數據分析，兩臺泵改為單臺泵運行后，每年節電可達5600820kwh，若工業用電平均單價按0.72 元/kwh計算，則每年可降低電耗成本約：5600820×0.72=403.259萬元。

（2）除鱗系統穩定性明顯提高，故障停機率較以前有所降低，平均降低幅度達0.46%。

利用預填充閥代替熱保護閥常開，每月可降低故障停機時間約120min，根據目前生產成本測算，每降低故障停機1%，則噸鋼增效約為7.8元，平均每月按30天計算，有效作業率按60%計算，則每年降低故障停機增效約：120/（30×24×60×0.6）×7.8×85=306.85萬元。

（3）整個機組平均運行時間有所延長，有助于延長機組使用壽命，減少故障損失，降低設備維護費用，平均每年可降低設備維護費用40萬元。

系統優化改造之前，用于整個機組的維護保養平均每年約需63.3萬元；改造后，平均每年維護費用減少為23.3萬元，每年可降低維護費用40萬元。

綜上，年增效總計達：403.259+306.85+40=750.109萬元，隨著產量的增加，增效會更加顯著。因改造投資成本較少，可忽略。

6 結語

通過本文的論述可見，高壓水除鱗系統經濟運行技術的研究應用是成功的，達到了預期的理想效果，但該項目實施后，對系統設備的其他負面影響也需關注和考慮。

（1）除鱗泵單臺運行后，單臺負荷相對有所增加，負荷的交替沖擊對系統管路壽命是一種長期的考驗。

（2）關鍵閥門功能整合后，雖有利于節能，降低故障停機，但對局部設備造成的沖刷磨損需考慮。

［1］楊立.熱軋高壓水除鱗系統節能技術研究與改造.重慶大學，2006.

［2］肖麗，趁池，顧威.高壓水除鱗系統的節能改造及控制方法.寶鋼學術年會，2013.

［3］葉凡.熱軋帶鋼高壓水除鱗系統的改造.《武鋼技術》，2011，49 （4）.

［4］劉慶坤.離心泵的節能措施.《有色冶金節能》，2005.03.

左先仁（1982—），男，2005年7月畢業于蘭州交通大學環境與市政工程學院給排水專業，工程師，主要從事給排水及動力設備技術管理工作。