大型鋼鐵企業焦爐煤氣柜全離線情況下的煤氣平衡實踐

呂 軍，黃 騰

（武漢鋼鐵有限公司，湖北武漢 430080）

引言

焦爐煤氣是鋼鐵企業煉焦工序的副產物，荒煤氣經過脫氨、脫苯、脫萘、脫焦、脫硫等工序后，成為可供用戶使用的焦爐煤氣。煤氣柜具有回收煤氣、穩定管網壓力、保障管網安全等功能［1］，武鋼現有12 萬m3焦爐煤氣柜和15 萬m3焦爐煤氣柜各1 座。由于12 萬m3焦爐煤氣柜正在進行技術改造，因此15 萬m3焦爐煤氣柜是唯一1 座正在運行的焦爐煤氣柜。由于其密封油指標劣化，黏度降低，活塞油溝與底部油溝雜質較多，造成煤氣柜活塞運行卡阻，發出異響，存在安全隱患，需離線大修45天。大修期間整個焦爐煤氣系統平衡將發生較大變化，需要采取有力措施來保障整個焦爐煤氣系統的平衡。

1 氣柜離線對煤氣平衡的影響

1.1 焦爐煤氣主管壓力波動幅度增大

氣柜離線后，焦爐煤氣系統的壓力調整將會從氣柜主調、用戶輔調的柔性調整切換成用戶主調的剛性調整，系統壓力將會因用戶端用量的頻繁增減而頻繁波動，也將會因不受控的集中增減而大幅波動，對公司安全生產、經濟運行產生較大影響。

離線前后，焦爐煤氣主管壓力波動見圖1，4 月11 日焦爐煤氣柜未離線前，焦爐煤氣主管壓力比較穩定，離線后主管壓力波動明顯增大。

圖1 氣柜離線前后焦爐煤氣主管壓力對比圖

1.2 發生端異常時應急處置難度增大

焦爐煤氣發生端如出現大幅減量甚至煤氣生產突然中斷時，系統壓力將驟降，如未及時采取平衡措施或相關措施執行不到位，將導致公司生產大面積受影響，造成安全事故。

1.3 氣柜離線下煤氣平衡經驗不足

焦爐煤氣柜離線情況下的煤氣平衡調度對重組后的武鋼來說是第一次，沒有現成經驗可以遵循，查詢相關資料，也僅查詢到本鋼板材公司2014年有一次高爐煤氣柜不參與高爐煤氣管網壓力調節的案例［2］，但由于其規模較小且為高爐煤氣平衡經驗，不適用于此次焦爐煤氣平衡。

2 煤氣平衡設備

2.1 發生端設備

武鋼共有7座焦爐，其中6 m焦爐3座，7 m焦爐2座，7.63 m 焦爐2座，焦爐煤氣發生總量較穩定，以2023 年3 月數據為例，煤氣發生總量在27～31 萬m3/h，平均發生量為29 萬m3/h。

2.2 調節設備

武鋼現有亞臨界電站、CCPP 電站、熱能電站等煤氣余熱發電汽輪發電機組7 臺（1 臺12 MW、2 臺50 MW、2 臺60 MW、2 臺100 MW），2 臺90 MW 燃氣輪發電機組，焦爐煤氣消納總能力在5～13.6 萬m3/h之間波動。

鋼電公司焦爐煤氣最大消納量約為3 萬m3/h。熱軋工序焦爐煤氣正常用量為7～10 萬m3/h。硅鋼工序焦爐煤氣用量為5～6 萬m3/h。

2.3 放散塔

放散塔是焦爐煤氣管網重要穩壓調節設備，煤氣富余時，可通過放散塔進行放散燃燒處理。目前武鋼共有2 座焦爐煤氣放散塔。2 座放散塔參數一致，高度均為45 m，最大放散能力為5 萬m3/h，放散坨閥承重極限壓力為12 kPa，可以滿足煤氣柜離線狀況下的放散需要。

2.4 煤氣管道

武鋼有DN1800、DN1400、DN1200、DN1000 等各種管徑的焦爐煤氣管道，皆采用架空安裝方式，為煤氣平衡提供了通道。同時因煤氣管道本身具有一定容積，在一定程度上能降低焦爐煤氣管網因壓力快升快降而產生的風險。

2.5 監控設備

武鋼煤氣平衡主要監控設備為2022 年投用的EMS 系統。通過該系統實現了對焦爐煤氣系統集中監視、調節、調度和管理功能［3-4］。為便于煤氣調度，將焦爐煤氣的發生、輸送和關鍵用戶用量信息集中繪制成了焦爐煤氣主要潮流系統圖（見圖2），通過該系統圖能實時監控焦爐煤氣系統信息及設備運行狀態，為在線調度管理創造了條件。

圖2 武鋼焦爐煤氣潮流系統圖

3 焦爐煤氣柜離線應對措施

3.1 氣柜離線前

3.1.1 全面評估風險，超前謀劃措施

為做好此次焦爐煤氣柜離線檢修工作，武鋼從氣柜檢修時間、系統壓力范圍、主要影響因素、緩沖調節手段、保產保供措施等方面提前進行了全面細致的謀劃。結合公司生產檢修計劃、鐵鋼平衡及氣柜狀態，明確了氣柜檢修時間。根據各用戶焦爐煤氣質量需求和系統管控難度，確定了系統壓力管控范圍。針對風險大小及后果，明確了主、次要影響因素，結合主要影響用戶及緩沖用戶特點，制定了針對性的管控調節措施。同時，對相關單位提出了保產保供具體要求，形成了專項保產方案、應急預案及標準化調度流程。

3.1.2 編制煤氣靜態平衡表

根據4～5月鐵鋼材產量計劃及歷史煤氣單耗數據，提前編制了焦爐煤氣靜態平衡表，為離線期間的焦爐煤氣平衡提供了參考。

由于急性闌尾炎的突然影響導致醫護人員應做好術前患者的心理護理。通過疏導和引導患者,使患者明確急性闌尾炎手術的基本表現,避免手術的影響。在手術前,護理人員需要科學合理的更換病人的病情和手術的恢復,為患者提供增強手術信心的輔助條件。當膜刺激現象時,患者無禁忌表征后,進行術前護理心理輔導和體格檢查,盡快完成手術,降低手術風險。術前護理不僅是衡量醫護人員素質的指標,而且對患者的情緒調節和術后恢復有一定的影響。對實際護理工作有一定的參考價值。

3.1.3 設置針對性報警

為切實做好15 萬m3焦爐煤氣柜大修期間煤氣平衡工作，專業人員設置了焦爐煤氣主管壓力、新回收焦爐煤氣發生量等多重故障報警，針對性提醒當班調度員及時做出調整。

3.1.4 強化系統風險管控

為防范焦化鼓風機跳機這一重大風險，公司在積極督促焦化公司和能環部做好設備運維和電力保供的同時，開展燃氣、熱力等關鍵設備設施工藝紀律檢查。通過上述管控措施，大大降低了焦爐煤氣系統風險，為系統安全、穩定運行提供了必要保障。

3.2 氣柜離線后

3.2.1 積極發揮EMS系統監控作用

利用EMS 系統關鍵能源數據實時監控及預警提示功能，實時監控焦爐煤氣系統各主要發生端及用戶端的煤氣發生（使用）情況，根據產、供、用需求實時監控調整煤氣管網壓力，24 h 在線調整系統各用戶用量。

3.2.2 充分發揮發電鍋爐作用

由于發電鍋爐是焦爐煤氣消耗大戶，也是焦爐煤氣主要緩沖用戶，本次煤氣平衡充分發揮了能環部和鋼電公司發電鍋爐的煤氣緩沖功能。利用鍋爐的快速增減量優勢，將其等同于小的焦爐煤氣氣柜進行使用，對焦爐煤氣主管網穩定起到決定性作用。能環部熱能電站共有2 臺鍋爐，每臺鍋爐焦爐煤氣最大用量為2 萬m3/h，正常調節時將用量控制在中間位約1 萬m3/h。當發現焦爐煤氣壓力出現快速上升或下降趨勢時，可在1～3 min 實現單臺鍋爐增減焦爐煤氣用量0～1 萬m3/h。鋼電公司共有2 臺鍋爐，每臺鍋爐焦爐煤氣最大用量為1.5 萬m3/h，正常調節時將用量控制在中間位約0.8 萬m3/h。當發現焦爐煤氣壓力出現快速上升或下降趨勢時，現場可在3～5 min 實現單臺鍋爐增減焦爐煤氣用量0～0.8 萬m3/h。

3.2.3 嚴肅煤氣調度紀律

系統調整初期，個別單位由于認識不足，對下發措施執行不力，給系統安全運行帶來了一定風險。通過公司約談和走訪，相關單位改變固有習慣操作模式，主動策劃，提前預判，對煤氣增減用量提前申請并嚴格控制增減幅度。

3.2.4 系統預調整

調度員加強與設備部門信息溝通，及時掌握第二天檢修計劃，同時與冶煉臺和計劃臺互通煤氣系統狀況、軋制計劃、高爐休風降壓等系統信息。根據相關計劃和信息對焦爐煤氣系統進行預調整，在最大程度上化解了檢修及設備異常帶來的沖擊。

3.2.5 實時調整放散塔設定壓力

調度員在預判壓力接近放散邊緣時，通知相關用戶增大用量，并利用管網的緩沖能力在設計范圍內適當抬高放散塔設定壓力，避免焦爐煤氣放散。但該措施僅能臨時使用，如始終設定在一個較高放散壓力，將會對煉焦化產工序安全運行造成影響。

3.2.6 加強煤氣質量管控

及時跟蹤、調節焦爐煤氣硫化氫含量，避免后續工序煙氣排放超標停機而影響煤氣系統平衡。

4 平衡實績和效果

15 萬m3焦 爐煤氣柜于4 月11 日8：00 開始大修，5 月20 日正式投運，實際工期為40 天。通過上述應對措施，焦爐煤氣柜離線運行期間圓滿實現了“三零”目標——安全事故為零、用戶生產中斷事件為零和煤氣放散為零，焦爐煤氣主管壓力控制滿足要求。圖3為3月20日至5月20日焦爐煤氣主管壓力趨勢對比圖（大修前和大修期間對比）。

圖3 3月20日至5月20日焦爐煤氣主管壓力趨勢對比圖

5 結語

煤氣平衡是一個系統工程，需要運用系統思想去研究和解決問題，從煤氣發生端到煤氣用戶端，找出煤氣平衡中的難點、痛點和關鍵點并加以解決，才能最大限度實現煤氣平衡。此次焦爐煤氣柜離線運行期間圓滿實現了“三零”目標，就是系統運作結果，為公司焦爐煤氣平衡積累了寶貴經驗，也可為國內其他大型鋼鐵企業提供借鑒。