高爐爐缸冷卻壁水管閥門更換問題研究

曹 梁

（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鐵廠，山西長治 046031）

0 引言

某鋼鐵廠中的煉鐵廠，其所采用的高爐容積有2000 m3，為自立式框架結構，已投產超過10年。此高爐爐缸的內襯采用的是陶瓷杯與碳磚相結合的復合結構，二者之間的縫隙是通過碳素搗打料來進行填充的，爐缸的外部為厚度為160 mm、材質為低鉻鑄鐵的一層光面冷卻壁。高爐運行中所采用的循環冷卻方式為軟水密閉循環冷卻方式，進行熱量傳遞的方式就是通過爐缸冷卻壁內的冷卻水進行傳遞且對內襯進行保護的。由于此冷卻壁的運行情況會對爐缸的使用壽命產生直接的影響，此高爐使用10年以上之后，由于爐缸冷卻壁進出水管的腐蝕問題而出現漏水故障，而且還存在水管閥門銹死而無法正常開關的問題，這也對冷卻壁的冷卻強度造成不利影響。因此，針對上述情況來進行維護，對出現嚴重腐蝕問題的水管以及閥門的更換，而且在更換過程中還要保障爐缸所需一定冷卻強度的情況下進行帶水和帶壓更換。

1 爐缸狀況及問題

1.1 爐缸狀況

此爐缸冷卻水系統采用軟水密閉循環冷卻的方式，這種冷卻方式具有較好的冷卻可靠性，在運行中也有較少的水量消耗以及動力消耗，對冷卻管路的腐蝕問題也比較輕。但是，爐缸的運行狀況會對高爐的使用壽命產生直接的影響，因此在這超過10年的使用過程中，一直加強對爐缸的冷卻管理，對水質和水量也有著嚴格的要求。不僅按照爐缸的熱負荷狀況以及不同熱負荷狀況下所要求的水溫差等來對爐缸冷卻水的水量和水壓等參數進行確定和控制，還進行了爐缸熱流強度以及熱負荷、水溫差等控制標準，在實際的運行中按照上述標準來進行定期檢查和控制。通過上述控制和管理手段，在超過10年的高爐運行管理過程中始終將爐缸水溫差等數值基本控制在允許的范圍之內，但是數值仍存在逐漸上升的趨勢。

1.2 現狀及問題

正如前文所述，在此高爐經過長時間的使用之后，已經開始出現了冷卻壁水管腐蝕嚴重以及漏水等故障問題，在本煉鐵廠中針對上述問題，目前只是采用給漏水的水管打抱箍的方式來進行暫時控制，但是無法從根本上對漏水問題進行消除。而如果出現爐缸冷卻壁水管腐蝕嚴重并且出現漏水嚴重的問題時，則會降低爐缸的冷卻能力，也會對熱量的傳輸造成嚴重影響，從而會出現爐缸內的磚襯處于高熱負荷狀態下而發生侵蝕問題加劇和爐缸壽命縮短的問題。此外，漏水問題還會導致爐基下部出現積水問題，不僅造成軟水資源的浪費而導致成本的增加，還會導致安全隱患問題的發生。另外，本煉鐵廠中的高爐爐缸內還存在冷卻壁進出水支管的閥門被銹死的問題，這就需要針對上述問題來對上述出現問題的水管以及閥門進行統一更換。

2 冷卻壁更換施工

2.1 休風前的準備

由于本次冷卻壁更換施工所需要更換的水管和閥門的數量較多且工期較長，大概需要進行96 h 的休風時間，因此，在休風之前的3 天都不做進攻性調整來對爐缸的活躍度進行確保，也可以保證在更換結束并復風時可以快速恢復。此外，還要精確計算休風料并開放中心邊緣兩道氣流，確保在整個休風過程中可以有充足且穩定的爐溫還有合適的渣堿。在準備過程中還要對高爐冷卻系統進行詳細檢查，通過對壞風口進行及時減水來對水量進行良好控制，在此過程中如果出現異常都需要通過應急措施來確保休風安全。

由于冷卻壁更換施工的工期比較緊張且任務比較艱巨，而且此施工時間正處于夏季悶熱的時間。為了確保休風時間內的順利施工，就需要在施工之前對施工工序進行明確。首先是更換進水閥門，然后是更換進水短管，最后更換回水閥門。在上述3個施工工序中需要根據所需要更換水管和閥門的數量以及工作量來對人員進行合理配置，但是每個工序中都需要進行電焊工、鉗工、輔助工、安全員以及現場管理人員的配置。而且參與冷卻壁更換施工的所有人員在準備階段都要進行統一的技術培訓和安全教育，確保工作人員的專業水平和安全意識滿足此次施工的要求。此外，還要在準備階段根據計劃的工作量和更換內容來對所需要的工具以及材料和設備等進行準備，不僅確保所準備工具和材料的數量滿足要求，而且要確保所用工具和材料的規格型號符合要求，確保更換施工的順利進行。

在準備階段最后還要進行以下工作：由于在進行水管和閥門更換時要在確保爐缸冷卻壁在一定的冷卻強度下進行帶水和帶壓更換，還要將軟水進行停止以及對中壓水進行置換。這主要是由于中壓水的壓力和流量等參數可以滿足爐缸冷卻的要求，而且需要確保中壓水在整個休風時間內不允許停止。該置換方式操作比較簡單和方便，只需要使用一根水管就可以完成上述操作，僅需要進行長度約15 m 水管的準備，將重要水管與爐缸冷卻水管進行連接。

2.2 對爐缸冷卻壁進出水管和閥門進行更換

由于帶水更換水管和閥門具有較大的技術難度，所以應該按照上述方案中的要求來使用中壓水對爐缸內的冷卻軟水進行置換，確保原來的出水變為進水。具體地說就是使用上述準備的長度大概為15 m 的水管在中壓水管的破口進行焊接，并且將此水管與爐缸排水管上的閥門進行連接，上述水管和閥門的直徑都為300 mm（圖1）。

圖1 中壓水管連接

在連接完成之后就通過此閥門來向爐缸冷卻壁進行中壓水的供應，確保原來的出水變為進水，還要將爐缸冷卻壁進出水總閥進行關閉，以及將爐缸進水總管中直徑為400 mm 的排水閥進行打開來進行排水。在此過程中，對漏水水管進行帶水更換（圖2、圖3）。

圖2 爐缸冷卻壁進水總閥

圖3 爐缸冷卻壁出水總閥

此外，上述中壓水的水量還需要滿足以下條件，不僅要確保冷卻壁水管的排水溫度控制在45 ℃及以下，而且要控制爐缸冷卻壁側壁的溫度控制在200 ℃及以下，爐缸的熱負荷也要控制在29.3 kJ/（h·m2）及以下。按照上述要求對此次水管和閥門更換中所需要的中壓水水量進行計算，得出所需要的中壓水量為14 400 t。

2.3 水管和閥門更換施工程序

按照上述施工工序的要求，首先需要進行進水閥門的更換。在此施工過程中首先要將閥門關閉來實現停水操作，而且此過程中需要16 人同時進行三方停水確認，然后可以進行閥門的拆除。在進行閥門拆除時需要同時對2 只一組的閥門進行同時按順序拆除，在安裝時則要按照相反的順序進行。在上述閥門拆除過程中，要先對出口進行拆除然后對入口進行拆除。但是在對閥門進行安裝時則需要先對進口法蘭進行安裝并且對安裝完成的閥門進行緊固和關閉，之后再進行出口法蘭的安裝。安裝完成之后，需要進行調水作業，確保滿足工藝要求。在上述閥門更換的過程中，需要分為8 個操作組同時進行閥門的拆除和新閥門的安裝，而且這些操作組需要從8 個不同的方向并沿著爐基進行順時針作業。

其次是進行進水短管的更換。首先是進行三方確認并對進出口閥門進行關閉，在不會出現漏水的情況下來進行更換，此外還要關閉進水閥門的出口法蘭來進行排水，在排水完畢之后通過氣焊割刀來對出現漏水問題的管道進行切割，切割完成之后對短管的長度進行測量，并且按照長度要求來對新短管進行切割，切割完成之后還要對切割管口進行打磨。然后將打磨好的短管法蘭與閥門的出口法蘭進行連接和緊固，并對短管進行重新焊接。在焊接完成之后進行試水作業，確保試水合格之后才能結束此施工工序。

最后就是進行回水閥門的更換。首先就需要將對應串號的閥門以及無法關閉的閥門進行確認，將進口閥門到回水閥門出口位置的壓力調小，調至0.1 MPa 左右。然后按照先拆除入口閥門再拆除出口閥門的方式進行，并且對新閥門采取先出口后入口的方式進行安裝。在安裝完成之后，要對閥門的開關狀態進行調整，并且調整之后要確保閥門處于打開狀態。

3 更換效果

經過上述水管和閥門更換并且經過一段時間的運行之后發現，爐缸的冷卻效果顯著增加，為高爐后期的強化冶煉提供了有力支持。在確保其冷卻效果的同時，也提高了高爐運行的安全性以及延長其使用壽命，不僅降低了高爐運行中出現爐缸冷卻風險的概率，而且可以在確保安全生產和運行的前提下，確保高爐生產者以及操作者可以放開手腳進行操作以及進行爐況調劑。此外，在上述水管以及閥門的帶水更換過程中，也沒有在休風期間出現局部溫度過高的問題，在復風之后也使得爐缸內的各個部位快速恢復之前的狀態，確保冷卻壁溫度的正常，取得了良好的更換施工效果。

4 結語

針對某鋼鐵廠中的煉鐵廠高爐運行情況，以及其中存在的爐缸冷卻壁管路腐蝕和閥門銹死等問題，提出了水管和閥門帶水更換的檢修方案，并且對高爐爐缸冷卻壁水管和閥門按照施工程序進行帶水更換施工。更換完成并投入運行之后，證明此更換施工的效果符合預期目標。在后續使用過程中，還要不斷積累經驗，對水管和閥門更換施工工序進行改進和優化。