單段式橡膠密封膜煤氣柜應用及探討

蘇峰

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東濟南 271104）

引言

當前，國內鋼鐵企業煤氣儲存設備中，高爐煤氣、焦爐煤氣儲存一般用稀油密封柜，如多邊形稀油密封柜（MAN）、圓形稀油密封柜（POC 柜）；轉爐煤氣一般采用威金斯型煤氣柜，常見的是兩段式橡膠密封膜煤氣柜。近年來，單段式橡膠密封膜煤氣柜在冶金企業中的應用越來越多，逐漸成為轉爐煤氣儲存設備的發展趨勢，甚至成為高爐煤氣儲存設備的新寵。由于單段式橡膠膜密封煤氣柜尚處于嘗試和不斷完善階段，在實際生產應用過程中難免會出現新的問題。有必要在梳理單段式橡膠膜密封煤氣柜特點的基礎上，對技術應用要點進行分析，結合實際情況，采取適當的優化措施，確保氣柜安全運行。

1 單段式橡膠模密封柜基本特點

單段式橡膠膜密封柜結構示意圖如圖1 所示，其具體特點如下。

圖1 單段式橡膠模密封柜結構示意圖[1]

（1）隨著當前環保要求越來越高，稀油密封煤氣柜（曼型柜）煤氣冷凝水排放的環保問題愈加突出。而單段式橡膠膜密封柜依然屬于威金斯柜范疇，采用橡膠膜密封柜內煤氣，避免了采用油密封帶來的環境污染。

（2）內部只有一個活塞擋架，取消了T 擋板架，運行中減少了活塞擋架與T 擋架的碰撞，消除了活塞構件之間干擾，使活塞運行更加平穩，氣柜的日常維護和檢修工作量減少，節省了維護費用，減少了檢修期間煤氣的放散損失[2]。

（3）活塞運行速度更快，運行速度可以達到6 m/min（兩段式活塞運行速度一般在3.5 m/min 以下），吞吐量大，能較好的起到穩定管網壓力、及時回收煤氣等作用。

（4）沒有壓力的突變，可改善轉爐引風機和氣柜后煤氣加壓機的工作狀況，節省了運行成本，有利于向后續用戶提供穩定的煤氣供應[3]。

（5）活塞擋板圍欄到活塞底部，一般設有斜梯，空間充足，便于攜帶空氣呼吸器等安全工具進行點檢、維護，降低了日常點巡檢難度，提高了點檢效率和安全性。

（6）整體高度相對較高，初投資有所增加。因活塞架占據了上部空間，導致柜體高度較高，以5 萬m3的氣柜為例，單段式氣柜側板高度比兩段式氣柜高7 m 以上。對于容量為5 萬m3的煤氣柜來說，單段式和兩段式橡膠密封膜煤氣柜總投資費用基本相當；8 萬m3單段式比兩段式初投資增加約100 萬元，而12 萬m3將增加200 余萬元。容量越大，單段式相對于兩段式的初投資增加也就越多[4]。

（7）橡膠膜長度較長。兩段式煤氣柜橡膠膜由T擋板和活塞兩段（部分）橡膠膜組成，如15 萬m3的兩段式煤氣柜橡膠膜總長度才23.5 m，每段長度小于12 m。而單段式煤氣柜只有一段橡膠膜，長度至少20 m 以上，故在柜容相同的情況下，單段式煤氣柜橡膠膜長度較長。

2 單段式橡膠模密封柜的國內應用實例

中天鋼鐵將原10 萬m3稀油密封煤氣柜改為了7 萬m3單段式橡膠模密封柜，改造后氣柜設計壓力2.8 kPa，介于兩段式橡膠密封膜煤氣柜一段和二段的壓力中間值（2.5～3.0 kPa）,便于和原兩段式橡膠密封膜煤氣柜并柜運行。運行期間，曾發生過在高柜容時，由于布簾較長造成活塞漂移和傾斜加劇的問題，后經對部分結構優化后，消除了漂移和傾斜隱患。

安徽長江鋼鐵16.5 萬m3橡膠膜密封煤氣柜，為當今最大柜容的單段式橡膠模密封柜，用于儲存高爐煤氣，采用國產橡膠膜，運行壓力11 kPa。該氣柜在投運初期，出現了布簾上端懸掛處漏氣問題，后經調整優化后，運行良好。

梅山鋼鐵13.5 萬m3單段式橡膠膜密封煤氣柜，設計壓力8 kPa，也用于儲存高爐煤氣。該氣柜建成投運后，運行良好。

3 單段式橡膠模密封柜技術問題探討

筆者曾參與山鋼集團新疆公司喀什項目2座單段式橡膠膜密封煤氣柜（一座8 萬m3高爐柜，一座5 萬m3轉爐柜）的建設及投運工作，后到部分鋼鐵企業學習，個人認為以下4個方面需要關注。

（1）活塞重心或調平裝置處理

由于單段式煤氣柜活塞擋板較高，且活塞拱在最下面，活塞的浮心就很低，重心與浮心的距離很近，有時活塞的質量重心還高于浮心，從而造成煤氣柜活塞重心不穩，加之活塞內筒承受的煤氣外壓力沒有利用煤氣來平衡，容易造成活塞失穩，當活塞快速運行時，活塞容易傾斜[5]。

因此，在氣柜設計時，要重點予以考慮，同時通過增加活塞傾斜實時監測、合理增加調平裝置數量、優化調平裝置布置方式等手段進行完善，確?；钊\行的穩定性。

（2）橡膠膜強度和質量

在相同柜容前提下，單段式煤氣柜由于只有一段橡膠膜，長度明顯大于兩段式煤氣柜。在實際運行中，若活塞平衡問題處理不當，出現運行不穩定、傾斜等問題時，更容易出現橡膠膜打褶損壞等問題。而且由于長度增加，橡膠膜重量也隨之增加，對橡膠膜上部吊點和整體質量等都提出了更高的要求。

因此，在選擇單段式煤氣柜橡膠膜時，應重點考慮橡膠膜的強度和質量，可考慮采用進口材質的橡膠膜來保證質量，也可以通過提高橡膠膜的設計壓力等級來實現提高強度的目的。

（3）機械柜位計等附件優化配置

因單段式煤氣柜活塞運行速度大于兩段式煤氣柜，故對氣柜機械柜位計、配重鋼絲繩及導輪、柜頂放散、柜壁呼吸孔等附件提出了更高要求。氣柜附件的設計，應該根據單段式煤氣柜吞吐量大、活塞運行速度快的實際情況進行合理優化，以實現安全和長壽命周期運行的需要。

例如，普通機械柜位計的鋼絲繩較細，在高速運動中，摩擦力增大，容易發生斷裂，斷裂的鋼絲繩甚至可能對氣柜橡膠膜帶來損害。因此，單段式橡膠膜密封煤氣柜在選用機械柜位計時要考慮安全性，建議不采用普通機械柜位計，但為了避免激光、超聲波柜位計不準問題，可在氣柜活塞配重塊導軌旁邊進行柜容標記，根據配重塊位置來確定柜容，定期對激光柜位計或者超聲波柜位計進行整定、調整。

（4）氣柜底板和側板選材

無論是兩段式還是單段式煤氣柜，都存在氣柜底板和接觸煤氣的側板腐蝕問題[6]，也是困擾氣柜長周期安全運行的首要問題。鞍鋼曾成功將Q345NS 耐酸鋼應用于高爐煤氣管道上，效果良好；2018 年，馬鋼也自主研發了耐酸鋼用于高爐煤氣管道；2015年，唐鋼已經將耐酸鋼應用到2個8 萬m3轉爐煤氣柜上[7]。因此，建議用耐酸鋼來替代普通鋼板，制作煤氣柜底板和接觸煤氣的側板，可以有效解決煤氣腐蝕問題。

4 結束語

雖然單段式橡膠膜密封煤氣柜在初期投資上不占優勢，但由于其活塞運行速度快、壓力平穩、結構簡單、便于檢修檢查、有效避免煤氣冷凝水排放的環境污染等顯而易見的諸多優點，正受到越來越多鋼鐵企業的青睞，應用案例正不斷增加。

從國內應用情況看，活塞平衡問題、附件問題、腐蝕問題等都可以通過優化設計、適應性改造來消除或改善。而橡膠膜質量問題，是導致單段式煤氣氣柜問題多發、制約單段式煤氣柜向大型化發展的首要問題，需要專業技術人員、國內橡膠膜行業關注和解決。也希望國內專業廠家能夠通過技術手段提升橡膠膜力學性能和耐溫、耐腐蝕能力，以實現單段式橡膠膜密封煤氣柜向大型化、多介質儲存（如焦爐煤氣等）方向發展，滿足鋼鐵企業不斷發展要求，降低鋼鐵企業在煤氣儲存方面的各類費用和環保風險。