河鋼唐鋼新區項目煤氣回收與儲存系統設計

張 春

（唐鋼國際工程技術有限公司，河北 唐山 063000）

河鋼唐鋼新區項目煤氣回收與儲存系統包括1 座30 萬m3稀油密封圓形高爐煤氣柜、2 座15 萬m3橡膠膜密封轉爐煤氣柜、1 座5 萬m3稀油密封圓形焦爐煤氣柜、1 座煤氣加壓站及輔助電氣室、1 座煤氣混合站、1 座煤氣防護站以及區域輔助配套設施（以下簡稱煤氣綜合管理站）。根據總體布局及工藝流程，結合場地的具體情況，在滿足規劃、安全、消防的情況下，區域自西向東、自北向南分別布置煤氣防護站、煤氣混合站、煤氣加壓站、1#15 萬m3轉爐煤氣柜、2#15 萬m3轉爐煤氣柜、30 萬m3高爐煤氣柜、5 萬m3焦爐煤氣柜。防護站布置在煤氣柜區域圍墻外。

1 系統設計

1.1 高爐煤氣系統

國內運行的高爐煤氣柜有兩種，一種是稀油密封多邊形煤氣柜，也叫曼型柜，一種是稀油密封圓形煤氣柜。

稀油密封圓形干式高爐煤氣柜在保留曼型柜稀油密封型式及密封油循環供油系統的同時，吸收了克隆柜受力更為合理的柜體結構和活塞結構。其結構特點如下：

（1）采用了克隆柜圓筒形結構的柜體，側板變形遠小于正多邊形的曼型柜側板變形；而活塞采用球缺面拱形結構，使活塞傾斜時具有自動復位功能。上述結構特點，使稀油密封圓形柜有利于承受更高的儲氣壓力。

（2）密封機構的主要部件采用含有特殊纖維的耐油橡膠密封帶，其密封性能優于曼型柜。

（3）密封機構采用杠桿重錘式壓緊式，與曼型柜的彈簧壓緊式相比更能保證密封橡膠在較大范圍內適應氣柜側板的變形，進一步減少了密封裝置的漏油量。

稀油密封圓形柜具有如下優點：

（1）稀油密封圓形柜儲氣壓力較高，最高可達到12.5 kPa。

（2）稀油密封圓形柜易于大型化，目前，建成的新型柜其最大容積已達45 萬m3。

（3）密封性能優良，泄漏量小，油泵站的油泵啟動次數少。

（4）采用含有特殊纖維的耐油耐磨橡膠，使用壽命長達15 年以上。

（5）新型柜年節約運行操作費約30%。

綜上，本工程高爐煤氣柜選用稀油密封圓形煤氣柜。

建設1 座30 萬m3高爐煤氣柜，儲氣壓力12 kPa，型式為干式圓筒形稀密封氣柜。氣柜設進出口管道1根，管道直徑DN3200，依次設置DN3200 電動蝶閥（帶閥位反饋功能，與柜位聯鎖）、電動敞開式插板閥后進煤氣柜。

當煤氣柜的活塞超上限需放散多余煤氣時，多余煤氣經電動切斷蝶閥、電動扇形盲板閥和電動調節蝶閥由DN1200 柜前煤氣安全放散管排出。

1.2 轉爐煤氣系統

干式煤氣柜按其結構可分為3 種型式，即橡膠膜密封、干油密封、稀油密封。其中橡膠膜密封型干式煤氣柜，由于是橡膠膜密封，橡膠膜能耐高達70℃的高溫，氣柜升降速度可達5 m/min，比較適用于轉爐煤氣的回收和儲存，而且中國已建成容積2～15 萬m3的干式煤氣柜上百座，積累了建造和生產運行的經驗，所以本工程的煤氣柜選用橡膠膜密封干式煤氣柜。

干式煤氣柜的優點。

（1）吞吐量大：能適應轉爐煤氣產氣波動大的特點。

（2）日常維護及檢修工作量少：干式氣柜結構簡單、附屬設備少，幾乎無維修工作量，也無需水和蒸汽，柜體約5～7 年刷漆一次。

（3）使用壽命長：干式氣柜因為不受水的浸泡，其柜體的使用壽命較長，可達30 年。

（4）密封性能好：干式氣柜密封性能好、又無水無油（只有少量的冷凝水），對周圍環境沒有任何污染，且能適應轉爐煤氣含塵量大的特點等。

建設2 座15 萬m3轉爐煤氣柜用于回收2×200 t轉爐及3×100 t 轉爐對應的煤氣。一煉鋼側主管用于回收2×200 t 轉爐對應的煤氣，管徑DN4000；二煉鋼側主管用于回收3×100 t 轉爐對應的煤氣，管徑DN3000。轉爐煤氣柜為干式橡膠簾密封型式。入口管徑DN3400，依次設DN3400 的電動金屬硬密封蝶閥、電動敞開式插板閥、氣動金屬硬密封蝶閥（帶斷氣自動保位）。氣柜出口管徑DN2000，出口依次設置DN2000 電動敞開式插板閥和電動金屬硬密封蝶閥（帶閥位反饋功能，與柜位聯鎖）。2 座氣柜出口管道接至煤氣柜出口總管，出口總管管徑DN2400，通往轉爐煤氣加壓站。

加壓站內建設轉爐煤氣離心式加壓機（D1100，配置高壓防爆電機）5 臺（4 用1 備）；用于全部的轉爐煤氣加壓。加壓機進口主管管徑為DN2400，出口總管管徑為DN2400。單臺加壓機進、出口支管為DN1200，進口支管上設有電動蝶閥、電動敞開式扇形盲板閥、電動調節蝶閥，出口支管上設有電動蝶閥、電動敞開式扇形盲板閥。加壓機進出口總管間設有回流管，回流管上設有電動調節閥，管徑DN1000。加壓站設置的大回流管上并列設兩套電動調節閥（1 用1 備）。出口總管設熱值檢測裝置。

1.3 焦爐煤氣系統

建設1 座5 萬m3焦爐煤氣柜，氣柜設進出口管道2 根，管道直徑DN1600，由柜區外的焦爐煤氣管道紅線接點處引入，依次設置DN1600 電動蝶閥（帶閥位反饋功能，與柜位聯鎖）、電動敞開式插板閥后進煤氣柜。當煤氣柜的活塞超上限需放散多余煤氣時，多余煤氣經電動切斷蝶閥、電動扇形盲板閥和電動調節蝶閥由DN500 煤氣安全放散管排出。

站內建設焦爐煤氣離心式加壓機（D700，配置防爆電機）3 臺（2 用1 備）。用于除供RH 及切割用戶外的其他焦爐煤氣加壓。焦爐煤氣加壓機進口主管管徑為DN1600，出口總管管徑為DN1600。單臺加壓機進、出口支管為DN1000，進口支管上設有電動蝶閥、電動敞開式扇形盲板閥、電動調節蝶閥，出口支管上設有電動蝶閥、電動敞開式扇形盲板閥。加壓機進出口總管間設有回流管，回流管上設有電動調節閥，管徑DN800。加壓站設置的大回流管上并列設兩套電動調節閥（1用1 備）。出口管道設熱值檢測裝置。

站內建設RH 用焦爐煤氣羅茨風機2 臺，升壓0.19 MPa，單臺流量35 Nm3/min，兩臺同時使用，供2×200 RH 使用。在RH 用焦爐煤氣壓縮機后煤氣主管，設置100 m3焦爐煤氣儲罐1 座。焦爐煤氣羅茨風機進氣接自加壓站焦爐煤氣主管，風機出口總管管徑為DN300。單臺加壓機進口支管為DN250，進口支管上設有電動球閥、電動盲板閥。單臺加壓機出口支管為DN200，出口支管上設有電動球閥、電動盲板閥。進出口總管間設有回流管，回流管上設有電動調節閥。

站內建設切割用焦爐煤氣螺桿壓縮機2 臺，升壓0.8 MPa，單臺流量35 Nm3/min，2 臺同時使用。在切割用焦爐煤氣壓縮機后煤氣主管，設置100 m3焦爐煤氣儲罐1 座。焦爐煤氣壓縮機進氣接自加壓站焦爐煤氣主管，壓縮機出口總管管徑為DN300。單臺加壓機進口支管為DN250，進口支管上設有電動球閥、電動盲板閥。單臺加壓機出口支管為DN150，出口支管上設有電動球閥、電動盲板閥。進出口總管間設有回流管，回流管上設有電動調節閥。

1.4 混合煤氣系統

本區域設置1 座混合煤氣站供煉鋼系統用戶，混合后熱值1 600 kcal/Nm3，混合煤氣量30 000 Nm3/h。煤氣混合站采用壓力控制流量配比調節系統。在混合站出入口均設有電動蝶閥和電動敞開式盲閥作為可靠切斷裝置。在高、焦煤氣管道上分別設置電動調節蝶閥、流量孔板、溫度及壓力檢測儀表等，在混合煤氣管道上設置壓力檢測儀表等。焦爐煤氣管道DN500，高爐煤氣管道DN900，混合煤氣管道DN1000。出口混合煤氣總管設熱值檢測裝置，混合煤氣的輸出壓力9～9.5 kPa。

1.5 煤氣防護站

本項目建設1 座煤氣防護站，站房總長約36 m，寬12 m，為二層布置。一層設空氣充填室、氧氣充填室、空氣呼吸器、火災控制室、衛生間等，二層為煤氣綜合管理站總控制室、信息機房、儀表器具室、更衣室、會議室、救護員值班室、站長室等。防護站內設有煤氣檢測報警儀、空氣呼吸器、氧氣含量儀及空氣呼吸器充填裝置等防護設備。對煤氣發生、供應和使用過程中的安全實施有效管理，并對煤氣中毒、著火及泄漏等事故進行及時的處理和救護。

防護站布置于氣柜區域西南側圍墻外，靠近煤氣綜合站南側大門，便于維護管理。在防護站西側設置露天車庫1 座，配套配置1 輛氣防車、1 輛10 m3吸排車、2 輛長臂工程車（6 m、10 m 各1 輛）。

2 主要設備組成

河鋼唐鋼新區煤氣柜區域，如圖1 所示。

圖1 河鋼唐鋼新區煤氣柜區域

2.1 30 萬m3 高爐煤氣柜

高爐煤氣柜為乙類可燃氣體儲罐，煤氣柜設進出口管道1 根，管道直徑DN3200。外部煤氣進入煤氣柜時活塞上升，煤氣柜向外部輸出煤氣時活塞下降。

2.2 15 萬m3 轉爐煤氣柜

轉爐煤氣柜為乙類可燃氣體儲罐，煤氣柜設進、出口管道各1 根，進口管道直徑DN3400，出口管道直徑DN2000。外部煤氣進入煤氣柜時活塞上升，煤氣柜向外部輸出煤氣時活塞下降。為保證氣柜柜容的最大利用，2座轉爐煤氣柜采用直列運行方式，2 座煤氣柜的壓力形成梯級壓力2.3-2.6-3.0-3.3 kPa，通過煤氣柜進、出口氣動蝶閥的關閉來實現2 座氣柜的直列運行。同時2 座氣柜具備1 座氣柜檢修時，單座氣柜獨立運行條件。

2.3 5 萬m3 焦爐煤氣柜

焦爐煤氣柜為甲類可燃氣體儲罐，煤氣柜的密封油站內，電梯機房內為2 區爆炸和火災危險環境區域，煤氣柜設進、出口管道各1 根，管道直徑均為DN1600。外部煤氣進入煤氣柜時活塞上升，煤氣柜向外部輸出煤氣時活塞下降。

3 采用先進的技術

根據本項目整個鋼鐵生產流程和總圖布局的特點以及生產使用狀況，并考慮安全和節能降耗的要求進行系統設計，以保障煤氣運行的順暢及提高供應的可靠性。以下對采用的先進技術進行說明。

根據以往設計及用戶使用經驗，考慮在轉爐煤氣、焦爐煤氣加壓設施的大回流管道上并列設置兩套電動調節閥以及可靠切斷設施1 用1 備，以方便調節閥故障情況下加壓回流系統的使用。

本項目西北側為全廠高爐煤氣放散塔所在位置，考慮煤氣站的綜合管理功能，在本單元電氣室內考慮預留高爐煤氣放散塔的控制柜、操作站的設置位置和控制系統的接入條件。

根據相關國家規范和《河鋼唐鋼新區項目工程建設項目燃氣設備選型原則和標準》要求，煤氣閥組采用“蝶閥+眼鏡閥”組合形式（加壓機、煤氣柜等設備前后有效切斷用），蝶閥與眼鏡閥之間的管道短節設有煤氣放散管和煤氣清掃管，蝶閥采用電動三偏心金屬硬密封蝶閥。本單元內底部離地面的凈空距離大于6 m 的低壓煤氣（實際工作壓力＜50 kPa）采用敞開式盲板閥。管道實際工作壓力＜50 kPa，且直徑≥1 000 mm 時選用電動敞開式眼鏡閥；管道實際工作壓力＜50 kPa，且直徑＜1 000 mm 時選用電動扇形眼鏡閥。

考慮到高爐煤氣柜、焦爐煤氣柜放散管道電動調節蝶閥檢修要求，在電動盲板閥前增設電動切斷蝶閥一套以組成有效切斷供檢修工況使用。

5 萬m3焦爐煤氣柜的柜前進氣量為8.5 萬Nm3/h，柜前放散管設計為DN500（按50℃、4 萬Nm3/h 放散量）。

為滿足下游RH 用戶對于焦爐煤氣成分品質的要求，優化設備選型，規避螺桿壓縮機輸出氣體雜質含量增加的問題，設置串級壓縮羅茨風機2 套，將焦爐煤氣加壓至0.19 MPa 后，送給煉鋼RH 用戶使用[1]。

焦爐煤氣遠端上游側設置有回收氣柜和一次加壓風機，而本站的焦爐煤氣加壓設施位于整個煤氣管線的中下游，其功能是中繼加壓，要求一次加壓給本站的供氣接點壓力穩定在12 kPa 及以上，本工程混合裝置的焦爐煤氣氣源直接與壓力相近的高爐煤氣進行混合，混合裝置的適配性好，混合煤氣的壓力控制性好，既節能又經濟。

考慮到高爐煤氣柜、焦爐煤氣柜參與煤氣系統穩壓安全，柜的出入口管道閥門不需經常調節，所以本工程配置的入口蝶閥具有切斷和調節閥位功能，入口切斷蝶閥帶有多點閥位開度指示功能[2]，所以，高爐煤氣柜、焦爐煤氣柜的入口管線配置電氣切斷蝶閥（帶有多點閥位開度指示功能）+敞開式盲板閥。

在每臺加壓機進口管道上設流量調節閥是對單機負荷的一種調節手段，視用戶耗量的小幅波動可以隨動調節[3]。設單機進出口連接的小回流管方便單機調試和開車控制，設站區大回流管道不僅可以調節單一加壓機的最小工作流量，防止機組發生喘振，而且可以在進站低壓煤氣壓力波動較大、進氣壓力較高時穩定出站的煤氣總管壓力，保證用戶使用壓力的穩定性[4-5]。當加壓機事故停機時可以通過大回流管向機后管道輸送管道充壓所需的低壓煤氣量；在用戶點火、開爐的開工初期，可直接通過大回流管向用戶輸送低壓煤氣。本項目加壓系統已經具備了上述所有條件，因此轉爐煤氣和焦爐煤氣加壓機電機配置工頻電機。

煤氣混氣站采用各大冶金企業能源系統廣泛使用的雙閥調節型式，煤氣混合以流量比作為主調節手段，熱值作為微調手段。即以混合裝置的下游壓力調整高爐煤氣調節閥開度，同時根據高爐煤氣、焦爐煤氣混合比，相應調節焦爐煤氣調節閥的開度，混合煤氣熱值檢測來后反饋修正焦爐煤氣混合比例。

4 結束語

煤氣綜合管理站作為全廠煤氣儲存加壓混合的中心單元，是合理利用鋼鐵企業副產煤氣資源的重要中間環節，是煤氣從生產到使用的重要過渡。煤氣回收與儲存系統投產后運行良好，實現了緩和企業煤氣供需矛盾，穩定管網壓力，安全供應煤氣，煤氣零放散等設計目標。