安鋼3#高爐調(diào)壓閥組管系受力平衡優(yōu)化改造

常艷軍

摘? 要：調(diào)壓閥組因管系因受力平衡等問(wèn)題，多次發(fā)生管道開(kāi)裂等情況;依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際從增加拉桿、調(diào)整設(shè)置固定、滑動(dòng)支座及其管道焊接方式等一系列優(yōu)化改造，來(lái)減少管道受力和振動(dòng)，杜絕事故發(fā)生，確保安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：高爐;調(diào)壓閥組;管系;受力平衡

中圖分類號(hào)：TF321? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）24-0124-02

Abstract： Due to the force balance of the pipe system， the pipe cracking occurred many times in the pressure regulating valve group. According to the actual situation， a series of optimization and transformation， such as adding pull rod， adjusting and setting to be fixed， sliding bearing and pipe welding mode， etc.， can reduce the force and vibration of pipeline， prevent accidents and ensure safety in production.

Keywords： blast furnace; pressure regulating valve group; pipe system; force balance

引言

安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司煉鐵廠3#高爐自投產(chǎn)以來(lái)，負(fù)責(zé)爐頂壓力調(diào)節(jié)的重要設(shè)備系統(tǒng)調(diào)壓閥組出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償器拉裂，調(diào)節(jié)管道與調(diào)節(jié)閥法蘭拉開(kāi)的設(shè)備事故，造成高爐被迫休風(fēng)，嚴(yán)重影響高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)，同時(shí)每次休風(fēng)也會(huì)造成一定經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)各專業(yè)小組成員分析論證，認(rèn)為造成管道開(kāi)裂的主要原因是受力平衡和管道振動(dòng)，而振動(dòng)大多是因?yàn)檎{(diào)節(jié)流量時(shí)氣流高速通過(guò)閥門(mén)引起的，閥門(mén)在不同開(kāi)度，通過(guò)不同流量煤氣會(huì)形成不同的振動(dòng)頻率。 本文探討了調(diào)壓閥組管系受力平衡以及減小振動(dòng)的操作維護(hù)措施等優(yōu)化實(shí)施方案。

1 高爐調(diào)壓閥組工作原理及操作設(shè)置

安鋼3#高爐設(shè)計(jì)容積4747m3，設(shè)計(jì)年產(chǎn)生鐵382萬(wàn)噸，爐頂壓力0.25MPa，屬于高壓操作型高爐，用壓力調(diào)節(jié)閥組即調(diào)壓閥組來(lái)調(diào)節(jié)高爐頂壓。大型高爐生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高爐煤氣，通過(guò)爐頂上升管、重力除塵器、干式布袋除塵器或文氏管濕法除塵，進(jìn)入調(diào)壓閥組與TRT，經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥組與TRT的并聯(lián)流量調(diào)節(jié)，匯入凈煤氣環(huán)網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)爐頂壓力的有效調(diào)節(jié)。高爐生產(chǎn)要求頂壓穩(wěn)定，頂壓波動(dòng)會(huì)對(duì)料流速度，氣流分布、爐況順行有較大影響;爐頂壓力的過(guò)大波動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致崩料、滑料等爐況發(fā)生，影響高爐正常生產(chǎn)，所以頂壓的穩(wěn)定、精確控制極為重要;高爐頂壓調(diào)節(jié)范圍寬、要求精度高，波動(dòng)也大。安鋼3#高爐負(fù)責(zé)控制爐頂壓力的裝備有2條途徑（詳見(jiàn)圖1）：（1）TRT：從干法除塵過(guò)來(lái)的高壓煤氣直接推動(dòng)TRT發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將煤氣壓力能轉(zhuǎn)換為電能，同時(shí)減壓至低壓進(jìn)入煤氣管網(wǎng);（2）調(diào)壓閥組：當(dāng)高爐爐頂壓力波動(dòng)較大或TRT故障時(shí)，干法除塵過(guò)來(lái)的高壓煤氣進(jìn)入調(diào)壓閥組節(jié)流減壓為低壓后進(jìn)入煤氣管網(wǎng)。

高爐調(diào)壓閥組由并聯(lián)聯(lián)接的4套調(diào)節(jié)閥、膨脹節(jié)和聯(lián)接管道（包括直管和擴(kuò)張管）組成。其中1#、2#、3#閥組設(shè)計(jì)通徑為DN900調(diào)節(jié)閥和配套膨脹節(jié)，4#閥組為DN600調(diào)節(jié)閥和配套膨脹節(jié)。4套調(diào)節(jié)閥功能分別為自動(dòng)調(diào)節(jié)、量程、自動(dòng)調(diào)節(jié)、快開(kāi)。詳見(jiàn)圖2。

2 高爐調(diào)壓閥組運(yùn)行狀況及故障分析

安鋼3#高爐調(diào)壓閥組由于建設(shè)場(chǎng)地狹小，為節(jié)省場(chǎng)地空間，設(shè)計(jì)干法除塵出口管道與調(diào)壓閥組（包含4套煤氣調(diào)節(jié)閥及配套波紋補(bǔ)償器和管道）聯(lián)接為垂直方向聯(lián)接，并在調(diào)壓閥組煤氣入口管道安裝波紋補(bǔ)償器一套。該高爐投產(chǎn)以來(lái)，先后2次出現(xiàn)在TRT向調(diào)壓閥組切換過(guò)程中4套小波紋補(bǔ)償器拉裂和3#調(diào)節(jié)管道與調(diào)節(jié)閥法蘭拉開(kāi)的情況，均造成高爐16小時(shí)的故障休風(fēng)事故，帶來(lái)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

調(diào)壓閥組管道、法蘭出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象基本都跟振動(dòng)有關(guān)，而振動(dòng)大多是因?yàn)檎{(diào)節(jié)流量時(shí)氣流高速通過(guò)閥門(mén)引起的。閥門(mén)在不同開(kāi)度，通過(guò)不同流量煤氣會(huì)形成不同的振動(dòng)頻率。從調(diào)壓閥組工作原理看，振動(dòng)在所難免，常用減小振動(dòng)的措施有如下幾點(diǎn)：（1）調(diào)壓閥組與消音器間設(shè)固定點(diǎn)，調(diào)壓閥組內(nèi)設(shè)支架，調(diào)壓閥組前設(shè)支架等措施，可提高系統(tǒng)的固有頻率。（2）調(diào)壓閥組采用整體結(jié)構(gòu)型式，為減少氣流沖擊采取雙封頭穩(wěn)流，四支管均布的剛性連接結(jié)構(gòu)和閥后設(shè)漸擴(kuò)管的措施。（3）各支路閥門(mén)采用剛性連接，為拆卸預(yù)留的波紋管用拉桿螺母鎖緊可提高系統(tǒng)的固有頻率。（4）調(diào)壓閥組本體需采用Q345B材料制造，其抗拉抗剪強(qiáng)度約是普通碳鋼Q235B的1.3倍以上。對(duì)于壁厚10mm的DN600、DN900管道，可承壓1.0MPa （300℃）。保證在設(shè)計(jì)工況下，系統(tǒng)強(qiáng)度應(yīng)符合要求。

綜上分析檢查，安鋼3#高爐調(diào)壓閥組系統(tǒng)存在周邊固定點(diǎn)未固定，低頻振動(dòng)時(shí)，管道設(shè)備的振動(dòng)位移是肉眼不易辨識(shí)的。固定點(diǎn)未固定，系統(tǒng)的固有頻率低，造成局部振動(dòng)加強(qiáng)。未固定點(diǎn)主要有減壓閥組前的MG1固定支架，減壓閥組和消音器間的MG2固定支架，TRT入口支管MG6支架等部位;管系的焊接質(zhì)量也存在一些問(wèn)題，不完全符合國(guó)家規(guī)范要求。按JB/T 74-1994《管路法蘭技術(shù)條件》焊接要求（見(jiàn)圖3），平焊法蘭應(yīng)同時(shí)焊接管道兩側(cè)，同時(shí)保證焊高和管道插入深度。該處維修因時(shí)間限制，快速修復(fù)時(shí)沒(méi)有焊接法蘭內(nèi)側(cè)或未完全滿焊，造成管道齊根斷開(kāi)的情況。

3 高爐調(diào)壓閥組優(yōu)化措施及改造方案

3.1 調(diào)壓閥組運(yùn)行前的檢查

調(diào)壓閥組運(yùn)行前，除保證閥門(mén)的正常開(kāi)閉和程序無(wú)誤外，還應(yīng)檢查管系的固定質(zhì)量和焊接質(zhì)量。

3.2 調(diào)壓閥組的控制優(yōu)化

調(diào)壓閥組設(shè)有4個(gè)液動(dòng)閥門(mén)，分別是1個(gè)DN600主調(diào)閥、1個(gè)DN900量程閥和2個(gè)DN900快開(kāi)閥，可獨(dú)立TRT長(zhǎng)期運(yùn)行。頂壓由調(diào)壓閥組控制時(shí)，2個(gè)快開(kāi)閥關(guān)閉，靠調(diào)節(jié)閥和量程閥自動(dòng)調(diào)節(jié)。頂壓由TRT控制時(shí)，調(diào)壓閥組起輔助調(diào)節(jié)作用。當(dāng)TRT快切到調(diào)壓閥組時(shí)，首先打開(kāi)2個(gè)快開(kāi)閥，再打開(kāi)調(diào)節(jié)閥和量程閥，緩慢關(guān)閉快開(kāi)閥。調(diào)壓閥組閥門(mén)有3個(gè)值可以初步設(shè)定，分別是快開(kāi)閥初始開(kāi)度、主調(diào)閥開(kāi)度上限和下限。壓力調(diào)節(jié)是通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度實(shí)現(xiàn)，該開(kāi)度需要根據(jù)煤氣工況和閥門(mén)設(shè)備性能現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，盡可能保證開(kāi)度調(diào)節(jié)時(shí)避開(kāi)失效控制區(qū)和振動(dòng)過(guò)大區(qū)域。調(diào)節(jié)主調(diào)閥開(kāi)度上下限（常規(guī)下限在20-30%，上限在50-65%），找到一個(gè)振動(dòng)較小的區(qū)域。

3.3 調(diào)壓閥組的運(yùn)行檢查

除設(shè)備的正常維護(hù)外，調(diào)壓閥組各支管檢修用補(bǔ)償器拉桿外螺母應(yīng)鎖緊。為了防止鎖緊螺母松動(dòng)，可考慮采用自鎖螺母并點(diǎn)焊的方式保證其鎖緊效果。

3.4 調(diào)壓閥組管系改造方案

相同設(shè)計(jì)，不同設(shè)備的構(gòu)造和氣流大小都造成系統(tǒng)固有頻率不同。前述設(shè)計(jì)上已采用多種措施提高了系統(tǒng)的固有頻率，但在生產(chǎn)中仍然可能存在振動(dòng)的可能。簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的改變方式就是增加剛性支撐連接。并且除閥門(mén)本體的損壞外，調(diào)壓閥組應(yīng)采用合規(guī)的焊接方式，閥門(mén)采用對(duì)焊法蘭?？焖傩扪a(bǔ)時(shí)，選用同材質(zhì)母材和合規(guī)的焊條，對(duì)損壞處焊接采用全焊透的對(duì)接焊縫。

具體改造方案如下：（1）更換3#DN900閥門(mén)進(jìn)出口端直管、擴(kuò)張管及法蘭，管道與法蘭焊接方式內(nèi)、外圈焊接，管道與法蘭焊縫。（2）檢查管系及消音器固定支座MG1/MG2/MG6等3個(gè)固定點(diǎn);完善調(diào)壓閥組入口滑動(dòng)支座M1。（3）調(diào)整3#調(diào)節(jié)閥安裝角度方向，為調(diào)壓閥組封頭安裝拉桿做準(zhǔn)備。（4）安裝4套煤氣管道全程拉桿，見(jiàn)圖4。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采取以上措施，吸收、固定高爐調(diào)壓閥組運(yùn)行產(chǎn)生的盲板力，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的固有頻率，減少了生產(chǎn)中可能存在振動(dòng)，杜絕了因管道拉裂造成惡性長(zhǎng)時(shí)間故障休風(fēng)事故的發(fā)生。

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