高爐軟水密閉循環系統設備管理問題探討

王成江

（山東石橫特鋼有限公司煉鐵廠,山東肥城 271625）

前言

軟水密閉冷卻循環系統是目前國內煉鐵高爐使用較多的冷卻技術，采用軟水密閉循環冷卻的優勢主要是：使用化學軟化水克服工業水結垢、腐蝕的缺點，延長冷卻設備使用壽命，從而延長高爐使用壽命。使用密閉循環，無廢水排放，節水效果顯著，保持生態環境。結合二煉鐵高爐軟水系統運行實際情況，對軟水系統設備管控問題進行討論。

1 軟水循環系統簡介

二煉鐵高爐軟水系統主要向熱風爐熱風閥、混風閥、倒流休風閥，高爐中、大套及爐底板、爐喉3段之外的高爐本體提供冷卻水，采用2 臺供水泵組同時向高爐、熱風爐供水，冷卻回水通過同一管道回到空冷器冷卻后回到泵組循環形成閉式循環。水泵站設電動循環泵3臺，用2備1，同時系統設1臺柴油機泵保證突發事故狀態時向系統供水。

（1）空冷器原理

軟水系統中重要的冷卻設備——蒸發式空冷器。換熱板管材質為304 不銹鋼，蒸發冷卻器是一種將水冷與空冷、傳熱與傳質過程融為一體的冷卻設備。其工作原理是利用板外水膜的蒸發強化板外傳熱。其工作過程是用泵將設備下部水箱中的循環冷卻水輸送到位于水平放置的板式換熱器上方的噴淋水分配器，由分配器將冷卻水向下噴淋到板束表面，使板束外表面形成連續均勻的薄水膜；同時用風機將空氣從設備下部空氣吸入窗口吸入，使空氣自下向上流動，冷卻水平放置的熱板束表面。此時傳熱板的板外換熱除依靠水膜與空氣流間的顯熱傳遞外，板外表面水膜的迅速蒸發吸收了大量的熱量，強化了板外傳熱。二煉鐵空冷器為不銹鋼板片式，較其他煉鐵車間紫銅管式提高效率、降低成本。

（2）脫氣罐原理

脫氣罐設置在高爐36 m 平臺處，軟水從爐體底部進入冷卻壁，冷卻回水回到爐頂脫氣罐，軟水冷卻過程中當冷卻水管溫度高于100 ℃時，水開始汽化，在水管內表面形成一層氣膜，氣膜生長壯大匯聚成氣泡進入水中，氣體進入水中經集水分管、集水總管、回水總管到達脫氣罐，脫氣罐的功能是將氣體與水分離。在回水管中水呈紊流狀態，水到達脫氣罐時水速驟然降低，水呈層流狀態，氣泡開始上浮，并且有足夠的時間使氣泡上升到脫氣罐的頂部，頂部的氣體通過自動排氣閥排掉，從而實現整個系統的脫氣。

（3）膨脹罐原理

設計時考慮到該地區冬季氣溫低，把膨脹罐設計放在了水泵站內，并聯在軟水回水管道上，膨脹罐采用囊式膨脹罐，膨脹罐的主要作用除了承受系統中冷卻介質熱膨脹及冷收縮功能外，還承擔整個系統軟水密閉循環冷卻系統水位控制、壓力控制的功能。膨脹罐內充氣壓力不足或皮囊破裂直接影響軟水系統的穩定運行。

2 運行出現的問題及處理措施

2.1 空冷器換熱板片結垢

空冷器下方循環水為凈環水池提供的大循環水系統，要控制空冷器循環水池水質，先控制凈環水鈣硬、氯離子、pH 值、濁度等指標合格，分析結垢原因。空冷器水槽貯水量約16 m3，噴淋水量190 m3/h，蒸發量約為4.0 m3/h，取水槽內化驗濃縮倍數在8 以上，pH 值為：9.1，水池小、蒸發量大、濃縮倍數高是結垢的根本原因。

處理措施：

（1）在空冷器水槽西側增加1路DN50的溢流水管，控制溢流量5 m3/h,可帶走一些水中懸浮物，減輕管束結垢；控制空冷器水槽濃縮倍數跟常壓水濃縮倍數一致（5.0～6.0 之間），濁度控制在10 NTU 以下；因空冷器水槽內的水一直溢流而變為“活水”，溢流出的水流進凈環水池，降低濃縮倍數。

（2）定期清理空冷器噴淋泵排污管、檢查噴淋頭，保證噴淋效果；每月檢查空冷器百葉窗，對損壞的百葉窗及時更換，確保冷卻風量分布均勻。

(3)水處理公司日常維護非常重要，二煉鐵6 臺空冷器，要求每月循環清洗一遍，日常清洗方式為物理清洗，禁止化學清洗，每月清理板箱底部淤泥、雜物一遍，清洗前后及過程中拍照記錄。每天取循環水化驗水質、數據分析，異常情況及時匯報。

2.2 軟水泵常有氣體排出

在高爐正常生產期間，軟水泵排氣閥有氣體排出，經檢測氣體是空氣，根據前面分析，系統中的氣體產生于軟水與冷卻壁熱交換過程中。危害之一是降低冷卻強度，造成冷卻壁溫度升高甚至燒壞；危害之二是形成氣塞，大量氣體流經循環泵時，水泵葉輪容易汽蝕，循環泵的效率下降，影響設備壽命，嚴重時系統中的水將無法形成循環，影響高爐正常生產。

處理措施：

（1）膨脹罐每季度檢測充氣壓力，使充氣壓力不低于0.15 MPa，提高軟水氣化溫度，使軟水具有一定的欠熱度，使回水壓力不低于0.25 MPa；

（2）日常點檢關注爐頂、熱風爐脫氣罐的自動排氣閥，確保排氣閥運行正常；

（3）在膨脹罐頂部安裝自動排氣閥，及時排除罐體內的氣體，防止水泵氣蝕。

2.3 高爐冷卻壁漏水不能及時發現

高爐水冷卻壁如燒損嚴重或冷卻管道斷裂，需要大量補水時，系統壓力降低、補水頻繁、補水量大,可以從軟水系統壓力表現出來；但冷卻壁局部漏水或補水量較小時，系統反應滯后。2017 年高爐冷卻壁燒損，沒有及時發現軟水系統異常，導致軟水向高爐內漏水，造成高爐爐況不穩定。

預防措施：

（1）制定軟水系統補水記錄表，要求崗位人員按要求記錄當班補水數據每周匯報設備科，當班如有異常補水，及時通知設備科及水煤工，快速排查異常原因。

（2）對脫氣罐罐體液位計改造，更換為磁致伸縮液位計，設定好低液位水位，將報警信號接到水煤工值班室，當脫氣罐水位降至低水位時發訊報警，值班人員可以快速發現并及時組織排查水位降低原因。

（3）根據高爐爐況及負荷及時調整軟水流量和供、回水溫度。

（4）要求泵房操作工和維修工對軟水柴油機泵每周啟動試驗一次，并做水泵壓力、柴油機溫度、運行狀況記錄，確保突發停電時柴油機泵給高爐供水。

3 水質管理

3.1 凈環水

空冷器噴淋水使用的是高爐凈環水，空冷器的結垢、腐蝕情況成為凈環水加藥的重要調節依據。凈環水的水質指標中濁度要優于國標（20 NTU）的要求，達到l5 NTU 以下，氯離子小于700 mg/L，鈣硬小于1600 mg/L，濃縮倍數控制在3.0～4.0 之間，pH 值控制在7.5～9.5。根據空冷噴淋水運行時間的長短、季節因素，及時清理水槽。

3.2 軟水

軟水指標控制pH 值在9.5～11，濁度小于20 NTU,總硬小于35 mg/L，總減大于250 mg/L,總鐵小于1.0 mg/L,指標數據異常及時匯報、分析。

4 結束語

軟水泵、管道、冷卻設備、脫氣罐、空冷器、膨脹罐組成了高爐軟水系統，系統中每一個設備部件都非常重要，通過管理、維護、控制才能實現軟水系統良好的運行。通過建立健全軟水設備管理制度、標準，加強設備日常點檢，發現問題及時處理，管理人員定期檢查、不定期抽查，取得了良好的效果。二煉鐵高爐軟水系統實現安全、穩定運行。