RH真空度故障查找方法研究

劉鐵，任開有，張勇，林學斌

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

RH真空處理是煉鋼廠生產線非常重要的環節，RH真空度是真空處理的關鍵參數之一，其直接影響整個鋼種的生產計劃能否連續實施，決定了生產成本及鋼的產品質量。鞍鋼高附加值鋼的冶煉均出自RH真空爐。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠（以下簡稱“三分廠”）原來對RH真空度故障的查找和維護沒有一個固定的方法作參考，日常真空度出現故障時，故障查找時間長，真空度運行十分不穩定，造成真空產能經常不達標。經過不斷摸索和實踐，研究出了快速有效的真空度故障查找方法，采用后，每罐鋼水真空度小于2 Mbar的時間縮短了3 min，取得較好的經濟效益。本文對此作以介紹。

1 真空系統簡介

三分廠擁有2座175 t RH-TB真空處理精煉裝置，由德國MEVAC設計，中方合作制造，分別建成于1999年和2005年。真空爐設備覆蓋區域自下而上高度落差29 m，設備分布9層平臺，占地面積360 m2。該裝置中的真空泵系統由4級真空泵和3個冷凝器組成，真空泵為大氣排放式蒸汽噴射泵，每級真空泵均由一個拉伐爾噴管和一個拉伐爾管組成,真空泵的工作介質是飽和蒸汽,冷凝器的工作介質是水。每一級真空泵都在一個固定的壓力范圍內運行，即此系統中的壓力在開始下一級之前已經達到一定水平。第一級只冷卻工藝氣體，第二級冷卻工藝氣體和來自第一級的蒸汽，蒸汽在第一個冷凝器C1中冷凝，后面的兩級吸走氣體和水蒸汽的混合物，蒸汽在下游冷凝器上凝結，氣體/水蒸汽混合物自第三冷凝器C3引出，在大氣條件下起作用，并且經由車間屋頂排入大氣。

真空泵主要包括2個增壓器、4個蒸汽噴射器、3個冷凝器、3個下水管線、蒸汽集管等。真空泵及冷凝器簡圖見圖1。真空泵在此密封水箱中的最多水位與冷凝器的排放口之間的最小距離大于10.3 m，包括第一個冷凝器C1的上游兩個增壓器，在冷凝器C1和C2之間、冷凝器C2和C3之間各有兩個噴嘴 （C1和C2之間的為S3A和S3B，C2和C3之間的為S4A和S4B）。

圖1 真空泵及冷凝器簡圖Fig.1 Diagrams for Vacuum Pump and Condenser

2 存在的問題及采取的方法

工藝要求生產8 min以內系統的真空壓力小于2 Mbar。統計2016年1～10月份1#RH真空度合格率見圖2。由圖2看出，8 min以內小于2 Mbar的合格率平均不到50%，而且每個月真空度合格率不穩定。

圖2 真空度合格率統計圖Fig.2 Statistical Chart on Pass Percent of Vacuum Degree

結合現場實際與理論分析后認為，RH真空爐真空度的不良狀態由多種因素導致，一般情況下是泵系統或下料系統泄漏，而泄漏點往往位于設備的拐點處或動作變化處。通過關閉真空主閥（前提是確保主閥密封嚴實），然后進行泵系統能力及泄漏率測試，初步判斷是泵系統內部故障還是泵系統外部故障。這兩種故障均借助于廢氣分析儀和移動式真空度檢測儀表，一般內部故障查找比較困難，而外部故障查找比較容易。

真空度的故障問題是隱性的，無法直觀得到準確判斷。以泵系統內部故障為例，如果非生產時，單獨測試泵系統區域真空度處于不達標狀態，并且廢氣量比標準量大很多，可以推斷是泵系統存在泄漏點或泵體管壁堵塞，導致泵系統內部廢氣排放受阻；或者冷凝器內部冷卻水系統出現故障導致廢氣冷卻液化效果差造成。

當RH真空精煉爐生產過程中真空度出現異常時，應首先查看真空系統相關介質參數，因為真空系統形成真空度的關鍵在于各種介質間的相互配合，看這些介質是否在標準波動范圍內。以下是相關介質參數的標準（以三分廠兩座RH為例）：

飽和蒸汽壓強＞1 MPa，溫度＞184℃；

冷卻水入口水溫＜33℃；

氣冷器入口溫度900℃；

氣冷器出口溫度200～300℃；

氣冷器需水量35 m3/h。

當介質參數滿足使用要求時進行下一步查找，根據經驗對常發生故障關鍵點進行優先檢查。真空度常見故障點有：頂槍密封段盤根、鏡頭密封圈、密封段與熱頂蓋壓和密封、真空室與熱頂蓋壓和膠條、熱頂蓋兩側入孔法蘭密封、合金擋板箱耳軸密封、合金擋板箱底面密封、合金伸縮接頭、下料變徑管、下料管道、真空室對接法蘭、下料軟連接、下料柱塞密封、S2-C1拐點、S1-S2拐點、抽空管道。以上是導致真空度故障概率占75%以上的地方。此外，還有隱性故障例如各種介質閥門開關不嚴等。

上述排查后仍存在故障的話，可以根據以下內容按順序依次對照排除，對比實測值與理論標準值，對不達標的故障點逐一處理,最終找到影響真空度的故障點所在。下文中提到的參數值以三分廠RH真空爐理論設計值為參考。

2.1 介質部分檢查

介質部分標準參數如下：

飽和蒸汽：壓強1.05 MPa，溫度≥184℃；

濁環水：總流量1 500 m3/h，供水壓力0.3 MPa，入口水溫＜33℃；

C1冷凝器：主噴頭水流量450 m3/h，側噴頭水流量550 m3/h；

C2冷凝器：主噴頭水流量300 m3/h，側噴頭水流量300 m3/h；

C3冷凝器：主噴頭水流量200 m3/h，側噴頭水流量250 m3/h；

C1冷凝器水溫與入口水溫溫差＜8℃；

C2冷凝器水溫與入口水溫溫差＜17℃；

C3冷凝器水溫與入口水溫溫差＜22℃。

2.2 蒸汽噴射泵檢查

泵體管道（法蘭、折角、焊口）無泄漏；

蒸汽切斷閥開關到位，是否掉砣，無卡阻；

蒸汽噴射泵耗氣能力：2.07 t/h（以S1噴射泵為例）；

蒸汽噴射泵喉口尺寸：Φ（26.1±0.1）mm（以 S1噴射泵為例）。

檢查蒸汽噴射泵本體是否結垢，尤其是管道喉口處是否結垢。通常采用風鎬或電鎬進行清垢。

2.3 蒸汽調節閥檢查

調節閥動作是否靈敏，無卡阻，壓力是否有大幅波動。

2.4 逆止閥檢查

真空系統一般有三個逆止閥：S3B逆止閥H1、S4B逆止閥H2、C3側噴逆止閥。要求閥密封嚴實、開關到位，可以用手電照射閥門的一側查看是否透光。

2.5 輔助閥檢查

真空系統一般有三個輔助閥：主閥后泄水閥、破空閥、S1和S2疏水器。要求輔助閥密封嚴實，可以通過聽聲音及煙霧測試等方式進行密封性檢查。

2.6 泵體管道及連接部分檢查

主要檢查項目：蒸汽管線、各處入孔、泵體管道、真空料倉及抽空管道、濁環回水管線。重點檢查氣流折角處（S1-S2、S2-C1）（氣體變速沖刷區），重點檢查抽空管道彎頭拐點處及2個抽空、2個破空閥。

3 應用效果

依照上述方法檢查關鍵部件，據此維護及定修RH真空爐，充分保證兩個季修之間的真空度穩定運行。統計RH生產情況，結果顯示真空度小于2 Mbar的時間由2016年的平均每罐約10.5 min降至約7.5 min。2018年1～12月共生產11 481罐鋼水，統計真空度小于2 Mbar所用時間的罐數比例見表1。由表1看出，所用時間≤8 min的罐數比例為9 153罐，占79.72%。僅按節省能源介質消耗費用計算，年創效485.51萬元。

表1 真空度小于2 Mbar所用時間的罐數比例 %Table 1 Proportion of Ladles with Vacuum Degree Less Than 2 Mbar Which Took Time

4 結語

針對RH真空度故障查找時間長且難查找的問題，鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠研究了一種快速有效的查找方法，除了檢查常規故障點以外，按照先后順序分別對系統的介質部分、蒸汽噴射泵、蒸汽調節閥、逆止閥、輔助閥、泵體管道及連接部分進行排查，結果真空度小于2 Mbar的時間由原來平均每罐10.5 min降至7.5 min，僅按節省能源介質消耗費用計算，年創效485.51萬元。