1880 m3高爐沖渣循環水系統改造

張志強

（萊鋼集團設備檢修中心，山東萊蕪 271104）

0 前言

2×1880 m3高爐渣處理采用圖拉法工藝，該工藝具有以下特點：占地面積小；遇鐵不爆炸，可處理含鐵40%以上的熔渣；節水、節電；工藝流程短，易于布置；成品渣含水量低、質量好等。工藝流程：高爐液態渣經渣溝流落到快速旋轉的粒化輪，被粒化輪葉片擊碎，并沿切線方向拋射出去，同時，受到從粒化輪上、下噴頭噴出的高壓水流冷卻和水淬作用而形成水渣，再經脫水器濾水后流到渣皮帶，通過皮帶外運火車車皮。

循環水系統是整個工藝中的關鍵環節，從脫水器中被濾出的水，攜帶≤2 mm的小顆粒的粒化渣，進入沉淀水池，經重力沉淀后，由氣力提升機將粒化渣外排渣場，沉淀池中的水通過渣漿泵再用于冷卻粒化輪、殼體、水淬熔渣等，并沖洗內、外篩網以保持脫水器的過濾性能。

1 設備現狀

循環水系統動力源由沖渣泵房提供，每座高爐泵房各有3套供水泵組，水泵均采用博山渣漿泵，泵組出水口控制閥門結構形式均由水力控制閥和手動漿液閥組成（圖1）。水力控制閥主要用來防止管道內的水倒流，以免水泵倒轉，造成系統壓力卸壓或產生“水錘”，此特點優于普通止回閥。手動漿液閥用來切斷管道出口，當水泵出現故障時，便于水泵檢修。在日常生產過程中，循環水系統所存在的各種缺陷逐漸暴露出來，集中于沖渣泵房內，主要存在4個問題。

（1）水力控制閥關不嚴，引起渣漿泵倒轉。

（2）水力控制閥關不嚴，造成供水管道系統卸壓，為了不影響供水壓力，需多臺水泵同時工作，嚴重浪費資源。

（3）循環水與熔渣熱交換后，水溫迅速升高至80～97℃，導致水力控制閥密封老化快，縮短了使用壽命。

（4）手動漿液閥開關不靈活、關閉不嚴密，造成泄水現象。

圖1 供水泵組

2 原因分析

循環水系統水力控制閥是故障的關鍵點，控制開合主要依靠閥門進出口水壓來自行控制，沒有外部驅動裝置，為此分析水力控制閥的工作原理。水泵啟動后，下控制腔由進口端補水至下控制腔，推動閥芯向上運動，上控制腔的水通過針閥排出至出口，由于針閥NV1的節流作用，閥門緩慢開啟。水泵正常運轉后，閥門繼續打開直到全開，水泵停止后閥板在感應彈簧及水流作用下迅速關閉至90%，出口端高壓水通過針閥NV2進入上控制腔，下控制腔的水通過BV流入進口端，最終在上控制腔壓力的作用下完全關閉，其中上、下控制腔是靠膜片隔開的（圖2）。而進入閥體上、下控制腔的通徑是直徑為Φ8的控制管路，含渣量高的渣水極易將控制管堵塞，一方面導致控制腔不通而形不成開啟或關閉壓力，另一方面在閥座上形成厚厚的積渣，造成閥板與閥座配合不嚴。

水力控制閥關閉不嚴，渣漿泵倒轉，渣漿泵軸頭密封由于反復正反轉，造成密封處軸徑磨損嚴重，而軸承箱、泵體、殼體卻完好無損，由此可見水力控制閥對介質清潔度要求較高，不適于該循環水系統使用環境，為此有必要進行改造。手動漿液閥雖然結構簡單，但是結構剛性差，密封面易損壞，使用壽命短，開關不靈活，不能快速切斷水流。

圖2 水力控制閥工作原理

3 改造方案

根據水力控制閥主要作用，選擇相同使用性能閥門替代，并對閥門結構形式、使用壽命、性價比全面分析，可以采用電動閘閥或電動偏心半球球閥進行替代。

3.1 閥門重新選型

3.1.1 Z941H-10C電動閘閥

用電動閘閥代替水力控制閥。將1#沖渣泵房水力控制閥更換為Z941H-10 DN400型電動閘閥；將2#沖渣泵房水力控制閥更換為Z941H-10 DN500型電動閘閥。由于所使用的介質水中帶渣嚴重，常因閥座底部積渣而造成閘板關不嚴，對此要求生產廠家對閘閥做相應的改進。具體改進操作時，可將閥門底部開一個通孔后再加上一個小的閥門，主要作用是通過開啟閘閥底部閥門將積渣及時排出，從而保證閘板能夠關閉到位（圖3）。

圖3 閘板閥改造示意

3.2 電動偏心半球球閥PBQ940H-10C

3.2.1 電動偏心半球球閥門改造（圖4）

用電動偏心半球球閥代替水力控制閥。同樣考慮到使用介質水中帶渣嚴重，會在閥體下部積渣而造成球體無法轉動關不嚴，要求現場安裝時要改變一下角度，同時要求生產廠家把電機、手輪的安裝位置進行重新設計和安裝；并在閥門底部留出一個通孔，再加上一個小的閥門，目的是通過開啟球閥底部閥門將積渣及時排出，從而保證閥門球體能夠關閉到位。

圖4 電動偏心半球球閥改造示意

3.2.2 安裝方法

正常安裝位置（球體轉軸垂直安裝）適用于清水介質，根據現場介質的需要，安裝時應沿軸線旋轉90°，使其球體轉軸呈水平狀態，閥球體運行軌線是由上到下，這樣閥門在開啟狀態時，球體旋到上部，沖渣水可暢通無阻的通過；閥門在關閉時，球體自上而下旋轉。

3.3 2種閥門優化選擇

電動閘閥主要零件材料，閥體、閥蓋為WCB；閘板、閥座WCB1Cr18Ni9；不銹鋼閥桿；閥桿螺母黃銅；油浸石棉盤根或柔性石墨填料；石棉橡膠板墊片。電動偏心半球球閥主要零件材料，WCB的閥體、閥蓋；上下閥桿2Cr13；1Cr18Ni9Ti的球體；合金鋼的閥座密封圈；柔性石墨填料；墊片是柔性石墨復合墊。2種閥門尺寸參數見表1。由各表可看出，①電動閘閥重量大，所需安裝空間大，管路的承載力能力不足，須制作管托；②電動閘閥電動偏心半球球閥體積小、重量輕，結構形式更為合理。最終選用電動偏心半球球閥。

表1 尺寸參數

4 方案實施

以2#爐沖渣泵房3#泵組為例，將現場水力控制閥由目前的位置拆除，在原位置加等通徑，長度1100-540=570 mm的管道，再將DN500的電動偏心半球球閥安裝到相應位置。閥門接電及信號的設定由電氣、自動化部負責（圖5）。1#沖渣泵改造方法同2#，新加管路長度以現場測量為準。

5 改造效果及經濟效益

5.1 改造效果

2#沖渣泵房 3#泵 自2016年1月定修改造以來，運行效果非常理想，閥門開關靈活，密封性能可靠，完全消除了泵倒轉問題，滿足了生產的需要，相對應泵及閥門的使用壽命有了很大的提高。

圖5 2#沖渣泵房3#泵組改造示意

5.2 經濟效益

5.2.1 節省備件的費用計算

（1）渣漿泵。改造前每臺渣漿泵泵軸使用壽命約6個月，改造后，使用壽命提高到18個月，2座沖渣泵房每年可節省泵軸8根。每臺泵軸總成價值3.5萬元，每年可節省費用28萬元。

（2）漿液閥。改造前漿液閥每臺使用壽命3個月，改造后，閥始終處于常開狀態，開關頻率極低，使用壽命提高到24個月，2座沖渣泵房每年可節省漿液閥21個。每臺漿液閥價值0.68萬元，每年可節省費用14.28萬元。

（3）水力控制閥。改造前水力控制閥每臺使用壽命3個月，改造后，偏心半球閥閥使用壽命12個月，每臺水力控制閥價值2.3萬元，每臺偏心半球閥價值3.8萬元，每年可節省費用26.4萬元。

5.2.2 節省用電費用

改造前，需2臺甚至是3臺泵同時工作才能滿足生產需要，改造后，只需1臺泵就能達到用水要求，每座沖渣泵閥組每天工作18 h以上，電機功率355 kW，電費按0.55元/kW·h，則每年可節省用電費用256.56萬元。

5.2.3 節省清理火渣費用

改造前，2015年每座泵房處理故障平均需放火渣72爐次，改造后，泵房處理故障無需再放火渣，清1爐火渣費用2000元，則每年可節省渣場清理費用28.8萬元。各項費用合計每年創經濟效益354.04萬元。