煉鋼熱燜渣循環(huán)水系統(tǒng)故障分析與解決

高 鵬

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

0 引言

天鋼綜合加工廠精選車間是用于轉(zhuǎn)爐和精煉渣的熱燜渣處理。該系統(tǒng)原設(shè)計(jì)熱燜渣介質(zhì)為工業(yè)水，采用自清洗管道過濾器和活性炭濾網(wǎng)分別對(duì)燜渣水及燜渣回水進(jìn)行過濾，以保證水泵的正常使用。后因公司濃鹽水無法處理排放，燜渣系統(tǒng)改為濃鹽水進(jìn)行熱燜渣作業(yè)，以達(dá)到消耗濃鹽水的目的。但在使用一段時(shí)間后燜渣水系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備故障，燜渣效率下降，影響了正常生產(chǎn)。

本文介紹了天鋼熱燜渣水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)施組成，對(duì)使用濃鹽水作為熱燜介質(zhì)后出現(xiàn)的系統(tǒng)和設(shè)備故障原因進(jìn)行剖析，并就在現(xiàn)有條件下，如何解決這些故障進(jìn)行深入探討，同時(shí)對(duì)熱燜渣系統(tǒng)提出了一系結(jié)構(gòu)、設(shè)備及操作工藝的改進(jìn)措施。

1 熱燜渣系統(tǒng)故障分析

天鋼熱燜渣水循環(huán)系統(tǒng)是由平流池泵站和提升泵站組成。平流池泵站由3臺(tái)BWZG80-60 45 kw水泵（排量80 m3/h，揚(yáng)程60 m）為地下燜渣池供水，根據(jù)處理渣量的大小決定是開一備二或開二備一，系統(tǒng)供水主管道管徑為DN200 mm，供水支管管徑為DN100 mm；提升泵站設(shè)有4臺(tái)BWZG110-25 22 kw水泵（排量110 m3/h，揚(yáng)程25 m），分別將經(jīng)地下通廊返回提升泵站1號(hào)、2號(hào)沉淀池內(nèi)的燜渣余水排至平流池泵站。

該系統(tǒng)使用濃鹽水進(jìn)行熱燜渣作業(yè)后，經(jīng)過一段生產(chǎn)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)自循環(huán)供水系統(tǒng)流量在逐漸下降，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)供、回流量不穩(wěn)的現(xiàn)象，易引起生產(chǎn)和設(shè)備事故。

1.1 平流池水位下降過快

平流池泵站供水能力下降，平流池水位下降過快。以2個(gè)燜渣池扣蓋燜渣、1個(gè)燜渣池分層打水為例，需要水流量約為130 m3/h，平流池泵站啟2臺(tái)水泵理論流量為160 m3/h，完全可以滿足生產(chǎn)需求，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過程中，平流池泵站啟2臺(tái)水泵的流量只能滿足2個(gè)池子扣蓋燜渣或者1個(gè)池子扣蓋燜渣、1個(gè)池子分層打水作業(yè)。

1.2 燜渣池兩側(cè)水溝回水不均衡

提升泵站1號(hào)、2號(hào)沉淀池燜渣返回水量不均衡。1號(hào)沉淀池啟2臺(tái)水泵，水仍然抽不及，當(dāng)燜渣返回水量過大時(shí)，會(huì)造成1沉淀池溢水，淹沒設(shè)備；2號(hào)水池啟1臺(tái)水泵，極短時(shí)間水就抽干，無法正常向平流池供水。因此造成整個(gè)提升泵站向平流池供水能力減小。

1.3 水泵電機(jī)過熱

兩個(gè)泵站的水泵震動(dòng)大、電機(jī)過熱，水泵、電機(jī)使用壽命短。

2 故障原因分析及解決方案

通過對(duì)上述系統(tǒng)及設(shè)備故障現(xiàn)象的分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是燜渣系統(tǒng)水管路及泵體結(jié)垢堵塞、燜渣池兩側(cè)排水溝回水不平衡、水泵汽蝕造成的震動(dòng)過大和設(shè)備損壞。

2.1 水管路及泵體堵塞

2.1.1 原因分析

平流池泵站原設(shè)計(jì)在供水管路中安裝自清洗管道過濾器，對(duì)燜渣水進(jìn)行過濾；在平流池中安裝活性炭濾網(wǎng)，用于過濾燜渣回水。

自使用濃鹽水燜渣作業(yè)后，由于濃鹽水中含有大量重金屬離子及酸、堿根，這些物質(zhì)與鋼渣中的其它雜質(zhì)（游離氧化鈣）會(huì)在水中形成一種白色易粘附的物質(zhì)，導(dǎo)致過濾器與活性炭濾網(wǎng)頻繁堵塞。平流池泵站供水流量變小，無法滿足系統(tǒng)供水量需求。活性炭濾網(wǎng)堵塞后，燜渣回水從活性炭濾網(wǎng)上方通過，直接進(jìn)入水泵及供水管道，這種白色物質(zhì)會(huì)附著在管道內(nèi)壁、水泵葉輪及腔體上，造成管道通徑變小，水泵間隙變小。通過對(duì)平流池泵站供水管道拆解發(fā)現(xiàn)，內(nèi)壁結(jié)垢層厚度達(dá)到3～4 cm。根據(jù)管道流量公式Q=π×r2×V（Q：管道流量；r：管內(nèi)半徑；V：流速，取2 m/s）計(jì)算可得：

正常DN200管道流量為Q=3.14×0.1×0.1×2×3 600=226.08 m3/h；堵塞后DN200管道流量?jī)H為Q=3.14×0.07×0.07×2×3 600=110.78 m3/h，流量明顯減小。

2.1 .2解決方案

（1）取消平流池泵站自清洗管道過濾器，增加回水流程，使回水中雜質(zhì)盡可能多的沉淀。平流池原為兩個(gè)獨(dú)立水池一用一備，兩水池西側(cè)有可溢流隔墻，東側(cè)互通。針對(duì)現(xiàn)有工況，除正常的周期性管道清理外，在滿足生產(chǎn)用水需求的前提下，從降低平流池流速、提高沉淀能力入手，對(duì)平流池進(jìn)行改造。將北側(cè)水池活性炭濾網(wǎng)處下盲板堵死，兩水池隔墻最西側(cè)開阻尼孔將兩水池聯(lián)通。精選車間燜渣水每小時(shí)最大需求量約為160 m3/h，根據(jù)管道流量公式Q=π×r2×V（V流速，取1 m/s）計(jì)算，阻尼孔直徑大于250 mm即可。考慮不驚擾平流池底部沉淀物、池壁結(jié)垢情況、兩側(cè)水池液位平衡及原有閘閥通徑（Ф800 mm）等因素，將阻尼孔尺寸定為400 mm×400 mm方孔，標(biāo)高-2.3 m；再將補(bǔ)充新濃鹽水管道和提升泵站回水管道出水口移至北側(cè)水池活性炭濾網(wǎng)處盲板西側(cè)，使?fàn)F渣水從平流池北側(cè)中部向西流動(dòng)，經(jīng)阻尼孔再由南側(cè)向東流入平流池泵站，降低平流池流速，提高沉淀能力。改造前平流泵站平面布置如圖1所示，改造后平流泵站平面布置如圖2所示。

圖1

圖2

（2）對(duì)泵體及管路定期拆解清理更換。每個(gè)月利用更換備機(jī)時(shí)間對(duì)水泵進(jìn)行拆解清理，每三個(gè)月對(duì)在用管線進(jìn)行清理局部更換。

（3）對(duì)于直埋地下無法定期進(jìn)行清理的提升泵站水出口管道，采用架空方式重新敷設(shè)，以達(dá)到定期清理的目的。提升泵站在裝水泵型號(hào)為BWZG110-25（排量110 m3/h，揚(yáng)程25 m），水泵安裝位置標(biāo)高為-5.0 m，局部架空管道標(biāo)高為+5.5 m，落差10.5 m，水泵揚(yáng)程完全可以滿足管道架空要求。

通過以上工作，基本解決了由于水質(zhì)原因造成水泵、管路堵塞系統(tǒng)流量供給不足的問題。

2.2 燜渣池兩側(cè)排水溝回水不平衡

2.2.1 原因分析

燜渣池與提升泵站采用通廊形式連接，1～7號(hào)池和8～12號(hào)池的回水經(jīng)通廊內(nèi)兩側(cè)排水溝分別流入提升泵站1、2號(hào)水池。由于8～12號(hào)池回水在流經(jīng)通廊東側(cè)排水溝流回提升泵站2號(hào)池前要經(jīng)過兩個(gè)90°直角彎，此處容易沉積渣粉及雜物，導(dǎo)致東側(cè)排水溝不暢，部分回水溢流至西側(cè)排水溝返回1號(hào)水池。因此1、2號(hào)水池回水量產(chǎn)生明顯差異，造成與1、2號(hào)水池在裝水泵排量不匹配。提升泵站平面布置如圖3所示。

圖3

（2）通廊中管溝由于經(jīng)常有鋼渣落入，日積月累在通廊中形成阻埝。

2.2.2 解決方案

對(duì)通廊內(nèi)容易沉積雜物的位置要定期檢查、及時(shí)清理，保證提升泵站水池回水通暢。同時(shí)將兩處90°直角彎鑿成45°角，以利水流暢通、流量均勻。在考慮不驚擾水池底部沉淀物、池壁結(jié)垢情況、參考供水流量等因素，在1、2號(hào)沉淀池間隔墻最南側(cè)開300 mm×300 mm方孔（標(biāo)高與水池回水口一致，-7.00 m）將兩水池連通，起到平衡水位的作用。

2.3 水泵空吸

2.3.1 原因分析

（1）水泵吸水管道腐蝕破損（尤其是與平流池液面交接位置），水泵動(dòng)平衡遭到破壞，震動(dòng)加大管道法蘭螺栓松動(dòng)，造成管道氣密性下降。

（2）水泵啟動(dòng)時(shí)注水不到位，泵體及吸水管道中空氣沒排凈。

（3）管道上電動(dòng)或手動(dòng)閥門沒動(dòng)作或動(dòng)作不到位。

2.3.2 解決方案

（1）定期更換水泵吸水口管道，并刷漆防腐，緊固水泵及管道法蘭螺栓。

（2）將水泵啟動(dòng)方式由自吸式改為注水式，改善水泵啟動(dòng)效果。

（3）將管道上的電動(dòng)閥門拆除，改為手動(dòng)閥門，人為加強(qiáng)職工在啟泵前對(duì)管道上的閥門進(jìn)行檢查，保證閥門動(dòng)作正常到位。

2.4 泵體及配套電機(jī)損壞

2.4.1 原因分析

（1）由于管道上安裝的壓力表、液位計(jì)及流量計(jì)極易被超濃鹽水中的雜質(zhì)堵塞、附著、腐蝕，在實(shí)際生產(chǎn)中造成反饋數(shù)據(jù)誤差較大或計(jì)量失靈，這也是造成水泵吸空和振動(dòng)增加的主要原因。水泵吸空、振動(dòng)大易造成電機(jī)過熱，工作葉輪及泵殼內(nèi)壁磨損、泵軸彎曲。

（2）超濃鹽水中的雜質(zhì)附著在一、二級(jí)葉輪、副葉輪和泵軸表面，形成硬質(zhì)殼體并逐漸加厚，造成一、二級(jí)葉輪、副葉輪和泵軸與泵殼內(nèi)壁的間隙逐漸變小，電機(jī)負(fù)載增大，電流及溫度上升；同時(shí)電機(jī)兩端軸承潤(rùn)滑油融化外溢，進(jìn)而造成電機(jī)兩端軸承損壞。

（3）泵體內(nèi)部件需要頻繁拆解除垢，半個(gè)月～1個(gè)月/次。泵軸孔與電機(jī)軸頭的接觸部位不可避免的發(fā)生磨損變形，導(dǎo)致泵軸安裝精度低，泵體運(yùn)行震動(dòng)大，容易造成泵體及電機(jī)前后端蓋斷裂。泵體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4

2.4.2 解決方案

（1）受使用水質(zhì)及備件成本所限，儀表反饋數(shù)據(jù)誤差較大的情況很難解決。但通過觀察水泵拆解清理情況，發(fā)現(xiàn)只要清理及時(shí)，即使一級(jí)葉輪產(chǎn)生一定磨損，水泵運(yùn)行也會(huì)相對(duì)穩(wěn)定，只是壓力會(huì)有所下降。由于生產(chǎn)對(duì)水的壓力要求不高，因此對(duì)水泵一級(jí)葉輪進(jìn)行改造，將一級(jí)葉輪與泵殼縫隙從1～2 mm提至5 mm左右，補(bǔ)償由于堵塞造成間隙量減少對(duì)水泵及電機(jī)運(yùn)行的影響，減少水泵拆解頻次。考慮到縫隙加大后，啟泵時(shí)產(chǎn)生的吸力會(huì)有所下降，采用將吸水管道防爆電磁閥拆除，加裝不銹鋼球閥接泵注水的方式啟動(dòng)水泵，彌補(bǔ)吸力下降的問題。

（2）根據(jù)改造后的使用周期，嚴(yán)格執(zhí)行定期對(duì)水泵進(jìn)行拆解清理，保證泵體內(nèi)部清潔。加強(qiáng)操作檢查，特別是對(duì)水泵停機(jī)時(shí)泵軸的運(yùn)行狀態(tài)的檢查。

（3）保證泵軸安裝精度（新泵同心度≤0.1 mm，舊泵同心度≤0.25 mm），達(dá)不到精度要求的部件應(yīng)及時(shí)更換。

（4）在沒有解決計(jì)量?jī)x表適應(yīng)水質(zhì)問題之前，制定出點(diǎn)巡檢制度，主要加強(qiáng)對(duì)液位、壓力、水泵運(yùn)行狀態(tài)的檢查。

3 結(jié)語

通過對(duì)燜渣系統(tǒng)平流池泵站及提升泵站的一系列改造及操作人員培訓(xùn)后，天鋼熱燜渣水循環(huán)系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)的情況下，水泵及電機(jī)故障率大幅下降，電機(jī)維修量從2018年上半年最高峰3臺(tái)/周，下降至2020年的1臺(tái)/月，水泵使用壽命達(dá)到2年左右。同時(shí)也證明了清水泵只要使用維護(hù)得當(dāng)，也能應(yīng)用到濃鹽水燜渣的水系統(tǒng)中，在保證生產(chǎn)正常的同時(shí)為公司減少了設(shè)備改造費(fèi)用。