安鋼3#高爐調(diào)壓閥組管系受力平衡優(yōu)化改造

常艷軍

摘? 要：調(diào)壓閥組因管系因受力平衡等問題，多次發(fā)生管道開裂等情況;依據(jù)現(xiàn)場實際從增加拉桿、調(diào)整設(shè)置固定、滑動支座及其管道焊接方式等一系列優(yōu)化改造，來減少管道受力和振動，杜絕事故發(fā)生，確保安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：高爐;調(diào)壓閥組;管系;受力平衡

中圖分類號：TF321? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）24-0124-02

Abstract： Due to the force balance of the pipe system， the pipe cracking occurred many times in the pressure regulating valve group. According to the actual situation， a series of optimization and transformation， such as adding pull rod， adjusting and setting to be fixed， sliding bearing and pipe welding mode， etc.， can reduce the force and vibration of pipeline， prevent accidents and ensure safety in production.

Keywords： blast furnace; pressure regulating valve group; pipe system; force balance

引言

安陽鋼鐵股份有限公司煉鐵廠3#高爐自投產(chǎn)以來，負責爐頂壓力調(diào)節(jié)的重要設(shè)備系統(tǒng)調(diào)壓閥組出現(xiàn)過補償器拉裂，調(diào)節(jié)管道與調(diào)節(jié)閥法蘭拉開的設(shè)備事故，造成高爐被迫休風，嚴重影響高爐安全穩(wěn)定生產(chǎn)，同時每次休風也會造成一定經(jīng)濟損失。通過各專業(yè)小組成員分析論證，認為造成管道開裂的主要原因是受力平衡和管道振動，而振動大多是因為調(diào)節(jié)流量時氣流高速通過閥門引起的，閥門在不同開度，通過不同流量煤氣會形成不同的振動頻率。 本文探討了調(diào)壓閥組管系受力平衡以及減小振動的操作維護措施等優(yōu)化實施方案。

1 高爐調(diào)壓閥組工作原理及操作設(shè)置

安鋼3#高爐設(shè)計容積4747m3，設(shè)計年產(chǎn)生鐵382萬噸，爐頂壓力0.25MPa，屬于高壓操作型高爐，用壓力調(diào)節(jié)閥組即調(diào)壓閥組來調(diào)節(jié)高爐頂壓。大型高爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高爐煤氣，通過爐頂上升管、重力除塵器、干式布袋除塵器或文氏管濕法除塵，進入調(diào)壓閥組與TRT，經(jīng)過調(diào)壓閥組與TRT的并聯(lián)流量調(diào)節(jié)，匯入凈煤氣環(huán)網(wǎng)，并實現(xiàn)爐頂壓力的有效調(diào)節(jié)。高爐生產(chǎn)要求頂壓穩(wěn)定，頂壓波動會對料流速度，氣流分布、爐況順行有較大影響;爐頂壓力的過大波動還會導(dǎo)致崩料、滑料等爐況發(fā)生，影響高爐正常生產(chǎn)，所以頂壓的穩(wěn)定、精確控制極為重要;高爐頂壓調(diào)節(jié)范圍寬、要求精度高，波動也大。安鋼3#高爐負責控制爐頂壓力的裝備有2條途徑（詳見圖1）：（1）TRT：從干法除塵過來的高壓煤氣直接推動TRT發(fā)電機運轉(zhuǎn)，將煤氣壓力能轉(zhuǎn)換為電能，同時減壓至低壓進入煤氣管網(wǎng);（2）調(diào)壓閥組：當高爐爐頂壓力波動較大或TRT故障時，干法除塵過來的高壓煤氣進入調(diào)壓閥組節(jié)流減壓為低壓后進入煤氣管網(wǎng)。

高爐調(diào)壓閥組由并聯(lián)聯(lián)接的4套調(diào)節(jié)閥、膨脹節(jié)和聯(lián)接管道（包括直管和擴張管）組成。其中1#、2#、3#閥組設(shè)計通徑為DN900調(diào)節(jié)閥和配套膨脹節(jié)，4#閥組為DN600調(diào)節(jié)閥和配套膨脹節(jié)。4套調(diào)節(jié)閥功能分別為自動調(diào)節(jié)、量程、自動調(diào)節(jié)、快開。詳見圖2。

2 高爐調(diào)壓閥組運行狀況及故障分析

安鋼3#高爐調(diào)壓閥組由于建設(shè)場地狹小，為節(jié)省場地空間，設(shè)計干法除塵出口管道與調(diào)壓閥組（包含4套煤氣調(diào)節(jié)閥及配套波紋補償器和管道）聯(lián)接為垂直方向聯(lián)接，并在調(diào)壓閥組煤氣入口管道安裝波紋補償器一套。該高爐投產(chǎn)以來，先后2次出現(xiàn)在TRT向調(diào)壓閥組切換過程中4套小波紋補償器拉裂和3#調(diào)節(jié)管道與調(diào)節(jié)閥法蘭拉開的情況，均造成高爐16小時的故障休風事故，帶來嚴重經(jīng)濟損失。

調(diào)壓閥組管道、法蘭出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象基本都跟振動有關(guān)，而振動大多是因為調(diào)節(jié)流量時氣流高速通過閥門引起的。閥門在不同開度，通過不同流量煤氣會形成不同的振動頻率。從調(diào)壓閥組工作原理看，振動在所難免，常用減小振動的措施有如下幾點：（1）調(diào)壓閥組與消音器間設(shè)固定點，調(diào)壓閥組內(nèi)設(shè)支架，調(diào)壓閥組前設(shè)支架等措施，可提高系統(tǒng)的固有頻率。（2）調(diào)壓閥組采用整體結(jié)構(gòu)型式，為減少氣流沖擊采取雙封頭穩(wěn)流，四支管均布的剛性連接結(jié)構(gòu)和閥后設(shè)漸擴管的措施。（3）各支路閥門采用剛性連接，為拆卸預(yù)留的波紋管用拉桿螺母鎖緊可提高系統(tǒng)的固有頻率。（4）調(diào)壓閥組本體需采用Q345B材料制造，其抗拉抗剪強度約是普通碳鋼Q235B的1.3倍以上。對于壁厚10mm的DN600、DN900管道，可承壓1.0MPa （300℃）。保證在設(shè)計工況下，系統(tǒng)強度應(yīng)符合要求。

綜上分析檢查，安鋼3#高爐調(diào)壓閥組系統(tǒng)存在周邊固定點未固定，低頻振動時，管道設(shè)備的振動位移是肉眼不易辨識的。固定點未固定，系統(tǒng)的固有頻率低，造成局部振動加強。未固定點主要有減壓閥組前的MG1固定支架，減壓閥組和消音器間的MG2固定支架，TRT入口支管MG6支架等部位;管系的焊接質(zhì)量也存在一些問題，不完全符合國家規(guī)范要求。按JB/T 74-1994《管路法蘭技術(shù)條件》焊接要求（見圖3），平焊法蘭應(yīng)同時焊接管道兩側(cè)，同時保證焊高和管道插入深度。該處維修因時間限制，快速修復(fù)時沒有焊接法蘭內(nèi)側(cè)或未完全滿焊，造成管道齊根斷開的情況。

3 高爐調(diào)壓閥組優(yōu)化措施及改造方案

3.1 調(diào)壓閥組運行前的檢查

調(diào)壓閥組運行前，除保證閥門的正常開閉和程序無誤外，還應(yīng)檢查管系的固定質(zhì)量和焊接質(zhì)量。

3.2 調(diào)壓閥組的控制優(yōu)化

調(diào)壓閥組設(shè)有4個液動閥門，分別是1個DN600主調(diào)閥、1個DN900量程閥和2個DN900快開閥，可獨立TRT長期運行。頂壓由調(diào)壓閥組控制時，2個快開閥關(guān)閉，靠調(diào)節(jié)閥和量程閥自動調(diào)節(jié)。頂壓由TRT控制時，調(diào)壓閥組起輔助調(diào)節(jié)作用。當TRT快切到調(diào)壓閥組時，首先打開2個快開閥，再打開調(diào)節(jié)閥和量程閥，緩慢關(guān)閉快開閥。調(diào)壓閥組閥門有3個值可以初步設(shè)定，分別是快開閥初始開度、主調(diào)閥開度上限和下限。壓力調(diào)節(jié)是通過閥門開度實現(xiàn)，該開度需要根據(jù)煤氣工況和閥門設(shè)備性能現(xiàn)場調(diào)試，盡可能保證開度調(diào)節(jié)時避開失效控制區(qū)和振動過大區(qū)域。調(diào)節(jié)主調(diào)閥開度上下限（常規(guī)下限在20-30%，上限在50-65%），找到一個振動較小的區(qū)域。

3.3 調(diào)壓閥組的運行檢查

除設(shè)備的正常維護外，調(diào)壓閥組各支管檢修用補償器拉桿外螺母應(yīng)鎖緊。為了防止鎖緊螺母松動，可考慮采用自鎖螺母并點焊的方式保證其鎖緊效果。

3.4 調(diào)壓閥組管系改造方案

相同設(shè)計，不同設(shè)備的構(gòu)造和氣流大小都造成系統(tǒng)固有頻率不同。前述設(shè)計上已采用多種措施提高了系統(tǒng)的固有頻率，但在生產(chǎn)中仍然可能存在振動的可能。簡單經(jīng)濟的改變方式就是增加剛性支撐連接。并且除閥門本體的損壞外，調(diào)壓閥組應(yīng)采用合規(guī)的焊接方式，閥門采用對焊法蘭?？焖傩扪a時，選用同材質(zhì)母材和合規(guī)的焊條，對損壞處焊接采用全焊透的對接焊縫。

具體改造方案如下：（1）更換3#DN900閥門進出口端直管、擴張管及法蘭，管道與法蘭焊接方式內(nèi)、外圈焊接，管道與法蘭焊縫。（2）檢查管系及消音器固定支座MG1/MG2/MG6等3個固定點;完善調(diào)壓閥組入口滑動支座M1。（3）調(diào)整3#調(diào)節(jié)閥安裝角度方向，為調(diào)壓閥組封頭安裝拉桿做準備。（4）安裝4套煤氣管道全程拉桿，見圖4。

4 結(jié)束語

通過采取以上措施，吸收、固定高爐調(diào)壓閥組運行產(chǎn)生的盲板力，進一步提高了系統(tǒng)的固有頻率，減少了生產(chǎn)中可能存在振動，杜絕了因管道拉裂造成惡性長時間故障休風事故的發(fā)生。

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