新型稀油密封干式煤氣柜防凍設計在鋼鐵企業中的應用

鄭 晨，王龍鋒，高子豐

（中冶南方工程技術有限公司，湖北武漢 430023）

前言

鋼鐵企業產生的高爐煤氣、焦爐煤氣分別是煉鐵、焦化的副產品，被廣泛用于高爐、軋鋼、自備電廠等用戶，而煤氣柜的作用主要是緩沖全廠煤氣的產銷波動和穩定全廠的管網壓力。新型稀油密封柜由于其自身特點，主要適用于儲存高爐煤氣或焦爐煤氣，其本體鋼結構主要由活塞、底板、側板、柜頂組成。氣柜設計過程中，煤氣柜最為核心的就是密封裝置，該裝置的原理主要是采用加力機構的機械密封性及稀油作用下的靜液密封性的雙重作用，保證對煤氣的密封，達到安全運行的目的。新型稀油密封煤氣柜的投運對鋼鐵企業減少煤氣放散，降低企業生產成本及節能減排有著重要的意義。

1 煤氣柜密封油系統防凍措施設計

由于新型稀油密封煤氣柜是薄壁鋼結構的大型罐體設備，除制作、安裝及調試要求較高外，設計院在設計時還應充分考慮其不同地域下特征、運行條件及所處的環境。因新型稀油密封煤氣柜的特殊性，在南北方不同地域及冬季極端溫度下，對煤氣柜的設計存在較大的差異性。目前，國內煤氣柜設計，南方與北方沒有具體界定，通常情況下，防凍措施設計以長江南北為界，或者冬季溫度＜0 ℃為區分，設計院根據地域特點，在臨界條件下則會考慮增設防凍措施設計。

新型稀油密封煤氣柜密封油系統工作原理：底部油溝的油通過油泵站進行油水分離，分離后經油泵送至煤氣柜高位油箱后溢流至活塞油溝內，活塞油溝內的稀油通過密封裝置與側板的間隙，緩慢下落至底部油溝，從而形成油路循環系統。在北方冬季運行時，由于溫度過低，油泵站中油水分離效果不好，油中含有的水分也會因低溫而結冰，出現掛蠟等情況，引發安全事故，影響氣柜安全運行。

煤氣柜密封油的選用其性能指標必須滿足不同地域、不同參數煤氣柜的密封要求。在技術參數選擇上，南方北方也存在較大差異，通常來說密封油的技術指標如表1所示。

表1 煤氣柜密封油的技術指標

因氣柜密封油粘度隨溫度升高而降低，南方煤氣柜應選擇粘度高的密封油，而北方煤氣柜設計時，由于夏季冬季溫差大，密封油粘度指標則不好選擇，北方稀油密封氣柜，密封油系統防凍設計就成為設計的重點。

1.1 油泵站采暖及油上升管保溫

長江以南地區因不受冬季低溫的影響，通常選用戶外型油泵站，該類型油泵站為撬裝式設備，露天安裝在基礎上，有效避免了因CO 聚集造成的安全事故。北方則因冬季低溫的影響，通常選用戶內型油泵站，油泵站與柜內底部油溝直接連通，存在煤氣泄漏的可能，因此在考慮為其配套設置油泵站房保溫的同時，由于煤氣易燃、易爆的特性，需設計CO 探頭并要求其與事故軸流風機連鎖，站房設計也考慮泄爆面積。北方地區的站房內應設置采暖設施，以確保冬季室內溫度＞10 ℃。

大型煤氣柜因油泵站至高位油箱的油上升管距離長，也需對該油上升管進行保溫處理，該措施可減少油上升管內密封油與室外的熱量交換，從而使進入氣柜的密封油達到冬季運行時所需相應的性能指標。

1.2 底部油溝加熱

因高爐煤氣及焦爐煤氣中含塵，稀油密封煤氣柜的底部油溝設計為油水分界的形式。在防凍措施設計中，底部油溝加熱管的設置是最普遍、最經濟的方式。

底部油溝加熱管通常設計為蛇形管，管內通蒸汽或者熱水保證底部油溝內油的溫度保持在15 ℃左右。由于蒸汽管道溫度，壓力受全廠影響大，且很難控制，也容易造成了密封油技術參數的不穩定。因此，在柜區內增設獨立換熱站，將蒸汽換熱成熱水加熱底部油溝情況居多，該配置能精確控制進水與回水溫度，保證密封油的技術參數。

不足之處在于該管道長期泡在底部油溝內，高爐煤氣、焦爐煤氣冷凝水對其有腐蝕性，會給管道的運行及檢修帶來困難。

圖1 底部油溝加熱管示意圖

1.3 活塞油溝及高位油箱電加熱

新型稀油密封柜活塞行程大，因此冬季在-10 ℃以下的北方區域，僅靠底部油溝加熱的方式已無法保證密封油的技術性能指標。設計方案在考慮底部油溝加熱的基礎上，會增設活塞油溝及高位油箱電加熱措施來徹底解決稀油密封柜在北方運行時冬季結冰的問題。

活塞油溝及高位油箱電加熱的方式是在活塞油溝及高位油箱內增設加熱電阻絲，具有耗電省，轉換效率高，不損壞油質，維護簡單等優點。

活塞油溝電加熱設計選型中也有以下幾點需注意：首先應根據規范對電加熱設施的防爆分區做要求，活塞上應屬于1 區防爆，相應的該電氣設備需滿足防爆要求。其次，為保證電加熱器的使用效果，電加熱的功率要有保證。在實際運行過程中，某北方鋼廠也存在因電加熱器功率不夠，導致油加熱效果不好，致使氣柜冬季運行出現冷凝水結冰的情況。第三，北方某鋼廠也曾因加熱器的設備老化導致活塞上部出現著火的事故，因此該電加熱系統的安全性及可靠性還需得到驗證。

圖2 活塞油溝內電加熱器示意圖

2 煤氣柜本體防凍措施設計

2.1 柜體保溫層

在我國北方地區，為充分保障稀油密封煤氣柜冬季穩定運行，氣柜除配備密封油系統的防凍措施設計外，柜體外部有做保溫層設計的案例。

該設計方案主要是在煤氣柜外側，沿氣柜活塞行程范圍做保溫結構，具體方式主要是在氣柜外側設計角鋼作為保溫層骨架，同時采用巖棉及鍍鋅鋼板做保溫層進行保溫。從冬季氣柜運行的效果來看，增加保溫層確實解決了稀油柜活塞冬季運行不暢的困擾，有效解決了氣柜內壁掛蠟等情況的發生。但實際使用過程中，該措施無法保證完全杜絕雨水進入保溫層中，一旦雨水滲入，增大了對柜體側板腐蝕的危險，且柜體外側用巖棉及鍍鋅板包裹，也不利于觀察側板腐蝕情況，為今后氣柜側板檢修帶來了困擾。

2.2 柜體鋼材低溫性能

除上述根據冬季極限溫度及地域應增加配套的防凍措施設計外，在寒冷地區還應考慮鋼材本身的低溫性能，例如煤氣柜鋼板許用最低溫度通常按：Q235-B 許用最低溫度為-10 ℃，Q235-C 許用最低溫度為-20 ℃，Q345-C 許用最低溫度為-40 ℃。柜體上的型鋼，相配套的無縫鋼管等均有許用最低溫度的要求。特別是我國東北地區及海外俄羅斯等地區需針對冬季極端溫度考慮鋼材的低溫性能。

3 結語與展望

煤氣柜作為鋼鐵企業節能環保必不可少的大型設備，未來運用會越來越廣泛。隨著《危險化學品重大危險源辨識》的發布，鋼鐵企業中煤氣柜被定義為重大危險源，煤氣柜的安全運行成為重中之重，結合HAZOP 分析風險矩陣來看，防凍措施設計增加的配置雖然能降低煤氣柜冬季運行的風險，但也增加了單體設備發生風險的概率。因此除了從工藝設計、設備制造與施工監管上消除安全隱患外，企業自行的定期維護和日常檢修也是必不可少的。