OG泥漿管道輸送系統的改進

杜連濤,吳澤啟

(唐山工業職業技術學院，河北唐山 063299）

引言

轉爐煉鋼除塵OG 泥漿，是冶金行業中最具特點的漿體之一，含鐵量達60%左右,是一種寶貴的二次資源，也是較難處理的現場污染源。OG 泥特性：具有含鐵量高，堿性氧化物含量高（二元堿度達2.35），粒度細（-0.074 mm 比例達90% 以上），含水量高，脫水困難，粘性大等特性。OG 泥化學成分見表1，OG 泥的粒度組成見表2。管道輸送OG 泥漿，至燒結煉鐵用戶，實現了OG 泥漿不落地，節省大量的汽車運輸費用，運輸過程不會產生污染。很多鋼廠采用該方法處理OG 泥，但隨之帶來的是泥漿泵、閥的泄露故障頻繁，維護成本高，現場治理困難，以及管道堵塞、結垢、冬季防凍等一系列問題。唐鋼在該泵組的運行和維護上通過多年的探索，實現了管道輸泥系統的長周期穩定運行。

表1 轉爐煉鋼除塵OG泥化學成分 %

表2 OG泥的粒度組成

1 OG泥漿管道輸送系統問題分析及對策

1.1 系統簡介

系統由泥漿罐、OG 泥漿輸送泵、閥門、管道等組成，見圖1。根據用戶需求，進行輸送工作，平均每臺每天啟動3次，每次30 min。

圖1 OG泥漿管道輸送系統

改造前，管道使用普通碳鋼管道、閥門使用流體切斷裝置。泥漿泵型號50KG100，流量35 m3/h，揚程100 m，轉速1450 r/min，功率75 kW，泥漿泵選擇的盤根密封。現場泥濘，閥門、泥漿泵都泄漏嚴重，泵組維修頻繁，還曾發生過冬季管路被凍，系統約兩個月停用的惡性事故，給生產造成極大的影響。

1.2 管道堵塞的原因分析及對策

原系統用普通碳鋼管道，泥漿易結垢并附著在管道表面，造成管道變細，垢脫落又造成管道的堵塞，在管道的彎頭等沖刷嚴重的部位還容易磨損，造成泄漏。因此，新管道選擇了陶瓷復合鋼管，具有高耐磨、壽命長、安裝方便、經濟效益顯著等特點，特別是該管道不易結垢，泵組進出口管道堵塞的情況得到好轉，完全堵死的情況沒有發生，但是，進口下泥漿速度慢，出口流量逐漸增大，說明管道中還有泥漿沉積阻塞的情況。

1.3 閥門泄漏的原因分析及對策

原閥門采用流體切斷裝置，閥門的外密封采用的是盤根密封，閥門開關靠絲杠的上下運動，由于絲杠與泥漿接觸，上下運動很容易將泥漿帶入到盤根中，泥漿進入盤根后，很快造成密封失效，外漏嚴重；使用兩個月后，閥門內也有一定的結垢和泥漿沉積，閥門出現內漏。更換為軟密封的旋塞閥，閥門的開關為旋轉運動，并且密封采用的是2個“O”型圈密封，閥門的外漏問題得到徹底解決，但是閥門使用幾個月后，旋塞閥的閥芯容易損壞，會出現嚴重的內漏，給泵組檢修帶來困難。

1.4 泥漿泵泄漏的原因分析及對策

原泵組選用盤根密封，盤根使用有如下問題：

（1）盤根密封可靠性低，泄漏率高。密封介質極易進入填料密封內部，增大了填料密封和軸套之間的磨損，嚴重的影響了密封性能。

（2）由于盤根具有粘彈特性,在工作狀態下會出現明顯的應力松弛，故需不斷地通過壓緊壓蓋來增大填料與軸的徑向接觸力，同時也增大了盤根與軸套的磨損，因此不得不經常更換、添加盤根，維修工作量和費用大大增加。

（3）工人的維修水平低，維修不能嚴格按照標準進行，盤根密封看似簡單，但仍有安裝的注意事項，比如切口角度、安裝條數、壓緊要求、沖洗水要求等。不規范的維修也是設備頻繁泄漏的原因。

新泵組更換為機械密封的泵組，機械密封選用的是集裝式機械密封φ90mm，靜環采用石墨材質、動環硬質合金材質。泵組的檢修周期由原來的每天有人緊固盤根，每周一次更換盤根，每月一次整體拆解，更換盤根、軸承，變成每月更換一次機封。

整個改造完成后，現場狀況得到一定改善，但是并沒有實現設備的長周期穩定運行。

2 新系統問題分析與徹底改善

2.1 管道堵塞及閥門內漏問題

管道堵塞是因為系統不能連續排泥，造成了泥漿在閥門處、管道的立管下彎頭等處的沉積，系統再次運行時，打開進口閥門后，泥漿不能迅速進入泵內，造成泵組短時間抽空，對機封造成傷害；出口堵塞，使泵憋壓，也會對機封造成傷害。問題的解決要考慮如何使泥漿不再沉淀在管道中。因此在系統中加裝了高壓沖洗水，在停泵后分別對出口管道和進口管道沖洗后再關閉閥門，使閥芯的磨損大大降低，解決了管道堵塞及旋塞閥門容易內漏的問題。

2.2 機封泄漏問題分析

將泥漿泵抽空和憋壓的問題解決后，泥漿泵機封壽命能夠延長至兩個月左右。將損壞的舊機封拆解分析，發現問題如下：(1)機械密封中的小彈簧結垢失去了彈性；(2)機封中的靜環端面磨出深溝，失去了密封作用。經過分析，問題出現在機封的沖洗水上。該泵組安裝時，要求有機封沖洗水，但設備附近只有兩種水源，一個是凈化水，水質潔凈，但壓力較低，在0.15～0.3 MPa 之間，壓力太小，無法做機封的沖洗水；第二個是除塵水，水中的懸浮物較高，一般在100 mg/L 左右，并且易結垢，但壓力在1.0 MPa，選用的除塵水作為機封水。由于水質問題，機械密封小彈簧結垢，失去彈性，機封失效損壞，另外易造成沖洗水管堵塞，壓力降低，泥漿通過機封返竄回機封沖洗水管，將水管徹底堵塞，使機封很快失效。

2.3 機封泄漏改進對策

（1）給凈化水加壓后作為機封沖洗水

a泵軸封沖洗水量：

q=0.1×d×m=0.1×90×1=9 L/min

式中：d——軸徑；

m——軸封個數。

b機械密封沖洗水壓力：

密封腔壓力=進口壓力+1/3揚程

=0.2 MPa+0.33 MPa=0.53 MPa

采用沖洗型，沖洗液壓力應大于密封腔壓力0.098～0.196 MPa，這里取0.15 MPa。

沖洗水壓力=密封腔壓力+0.15 MPa=0.68 MPa

（2）節流襯套尺寸設計

對泥漿泵的機封腔內部結構進行分析，雖然計算的水量和水壓達到要求，但是由于密封腔太大，沖洗水無法保證對機封進行完全的沖洗，如圖2 所示。泥漿中的顆粒物很容易附著在機械密封上，造成機械密封的損壞。因此，需要設計節流結構，如圖3 所示，使沖洗水完全充滿密封腔，泥漿無法進入，進而保證機械密封在潔凈的水中運行，達到延長壽命的目的。根據表4，旋轉軸與節流襯套的最大直徑間隙為0.889 mm，本次改造選用的間隙為0.8 mm。

圖2 無節流襯套的沖洗結構

圖3 有節流襯套的沖洗結構

表4 旋轉軸與節流襯套的間隙

3 規范運行制度

系統改造后，原理如圖4 所示。要保證設備正常運行，還需要正確操作使用設備。因此，我們制定了嚴格的運行制度。啟泵流程：（1）接到用戶需求指令后，打開泥漿泵機封沖洗水閥門，啟動機封水變頻泵，待機封水壓力穩定在0.7 MPa后，打開泥漿泵進口閥門，待泥漿泵體手感達到40 ℃時，啟動泥漿泵，打開出口閥門，完成啟泵操作，并查看運行電流，泵組是否正常運行。（2）接到用戶停泵指令后，關閉出口閥門，停運泥漿泵，打開高壓水沖洗閥門，對進口管道沖洗1 min，然后關閉泥進口閥門，打開出口閥門，對出口管道沖洗5 min，關閉高壓水沖洗閥門，關閉泥漿泵出口閥門，關閉機封水閥門，停止變頻加壓泵。冬季考慮管道防凍將高壓水沖洗出口管道改為壓縮空氣吹掃5 min。進口管道仍由高壓水沖洗。

圖4 改造后OG泥漿管道輸送系統

4 運行效果

完成以上技術改造和管理規范之后，OG 泥漿輸送系統的故障率大大降低，管道堵塞的情況沒有發生過；閥門的壽命延長至兩年以上；機封的壽命也有原來的一個月左右延長至兩年以上；機封不泄漏，設備軸承等零件壽命大大延長。年可節省備件費、檢修費20 多萬元，現場管理水平也得到很大提升。