馬鋼二鐵總廠3#高爐熱風(fēng)管道補(bǔ)償器的問題分析和修復(fù)實(shí)踐

胡 彤,張全一

(馬鋼股份公司第二煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

2004年馬鋼3#1000 m3高爐建成投產(chǎn)，采用3座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，初期風(fēng)溫1150 ℃，后期風(fēng)溫只有1030 ℃，主要原因?yàn)椋孩?、格子磚渣化嚴(yán)重，蓄熱能力降低；②、燃燒室大墻貫通，拱頂溫度上不去；③、燃燒室隔墻坍塌，燃燒器堵塞嚴(yán)重；④、熱風(fēng)出口掉磚，溫度高，威脅安全生產(chǎn)等等。2013年，高爐進(jìn)行了中修，同步實(shí)施了熱風(fēng)爐改造的重點(diǎn)項(xiàng)目。本次選用的爐型為卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐，這也是卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐在馬鋼的首次應(yīng)用。主要考慮因素為：①、在現(xiàn)有條件下進(jìn)行在線改造，選用卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐是最為可行的方案；②、卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐的工藝已經(jīng)十分成熟，工業(yè)應(yīng)用效果具有先進(jìn)性；③、熱風(fēng)爐在較低高度或較小體積的情況下，卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐蓄熱能力更高，其投資費(fèi)用也相對快較低。④、內(nèi)燃式、外燃式熱風(fēng)爐常碰到的大墻磚脫落、拱頂?shù)舸u、燃燒器堵塞等毛病，在卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐基本不會(huì)出現(xiàn)。⑤、在熱風(fēng)管系設(shè)計(jì)把熱風(fēng)支管補(bǔ)償器放置在熱風(fēng)閥外側(cè)(靠近總管測)，可以減少風(fēng)溫波動(dòng)次數(shù)，從而達(dá)到延長補(bǔ)償器壽命的目的。

1 運(yùn)行中存在的問題

2013年、2014年3#1000 m3高爐在線分次將內(nèi)燃式熱風(fēng)爐改造成卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐并投入使用，實(shí)際運(yùn)行效果符合設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，熱風(fēng)風(fēng)溫達(dá)到1200 ℃(在不增加熱風(fēng)爐高度的條件下，設(shè)計(jì)溫度為1200 ℃)，運(yùn)行較為穩(wěn)定。但隨著運(yùn)行時(shí)間的增加以及高爐冶煉強(qiáng)度的提升，于2018年熱風(fēng)管道補(bǔ)償器出現(xiàn)了開裂問題，在熱風(fēng)管系的11個(gè)補(bǔ)償器中，有5個(gè)發(fā)生嚴(yán)重變形(見圖1)，最嚴(yán)重的一個(gè)出現(xiàn)開裂和漏氣，開裂處于補(bǔ)償器波峰處，沿軸向長約100 m(見圖2)。

2 補(bǔ)償器變形損壞的原因分析及修復(fù)

隨著熱風(fēng)爐換爐送風(fēng)的交替運(yùn)行，輸送熱風(fēng)的管道存在熱脹冷縮的現(xiàn)象，同時(shí)由于壓力的變化也會(huì)出現(xiàn)管路位移的現(xiàn)象。因此，為了消除管道因溫差、壓力變形所產(chǎn)生的應(yīng)力影響，根據(jù)工況以及設(shè)計(jì)規(guī)范需要，大部分管道都進(jìn)行了補(bǔ)償設(shè)計(jì)，其中，采用波紋補(bǔ)償器進(jìn)行管道熱補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)比較普遍、經(jīng)濟(jì)。但實(shí)際應(yīng)用中也暴露很多問題，因設(shè)備使用環(huán)境復(fù)雜，影響使用壽命的不確定因素很多，波紋補(bǔ)償器的使用壽命難以預(yù)計(jì)，在許多熱風(fēng)管系中都存在發(fā)紅、開裂跑風(fēng)等制約使用壽命的現(xiàn)象。為了解決已經(jīng)發(fā)生的問題，采取及時(shí)有效的處理方案，可以最大限度的降低對生產(chǎn)的影響。

2.1 補(bǔ)償器變形損壞的原因

①補(bǔ)償器設(shè)計(jì)制造原因產(chǎn)生的損壞。補(bǔ)償器供貨商是按照熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)單位對總管系的補(bǔ)償方案來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，補(bǔ)償器波紋的數(shù)量和吸收變形的能力，不同的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品也是不同的，我們認(rèn)為3#爐補(bǔ)償器設(shè)計(jì)的波紋數(shù)少了，補(bǔ)償能力不足，是其中的一個(gè)原因。

②3#高爐目前在生產(chǎn)時(shí)，熱風(fēng)管道的正常壓力在0.33-0.4MPA之間，而卡盧金熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)單位是按照0.33MPA的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，雖然供貨商在制造過程中設(shè)置了1.25倍以上安全設(shè)計(jì)余量，但相對于實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)，設(shè)計(jì)參數(shù)偏低，這就造成了補(bǔ)償能力不足的問題(見表1)。

表1 原補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)參數(shù)

③熱風(fēng)總管的滑動(dòng)分為縱向和橫向兩個(gè)方面，縱向安裝了滾動(dòng)支撐，而橫向的位移沒有考慮，在更換熱風(fēng)閥或支管補(bǔ)償器時(shí)，如果頂開的距離過大，就會(huì)對熱風(fēng)總管補(bǔ)償器造成損害。

④在設(shè)計(jì)和制作補(bǔ)償器時(shí)，對于承受較高壓力的管系，應(yīng)該選擇帶有鎧裝環(huán)的補(bǔ)償器，以增加補(bǔ)償器防止變形的能力。而3#爐熱風(fēng)總管補(bǔ)償器沒有鎧裝環(huán)也是影響壽命的原因之一。

2.2 通過對損壞原因的綜合分析，決定對損壞的補(bǔ)償器采用抬高的方式進(jìn)行包覆，同時(shí)補(bǔ)償器包覆完成后,對補(bǔ)償器進(jìn)行消除應(yīng)力的固溶處理。該補(bǔ)償器采用DN2600自由復(fù)式波紋補(bǔ)償器，增加鎧裝環(huán)，外帶六根大拉桿沿圓周方向均布，對軸向和徑向產(chǎn)生的熱位移進(jìn)行補(bǔ)償吸收(見圖3)。

圖3 補(bǔ)償器包覆示意圖

為了不影響生產(chǎn)，決定分階段實(shí)施臨時(shí)處理和徹底處理的兩個(gè)方案。

①第一階段。在開裂漏氣的部位，采取橡皮墊加卡箍的方式進(jìn)行臨時(shí)封堵，封堵后用螺栓頂緊。這種臨時(shí)處理方式的目的是防止裂紋擴(kuò)大，等待休風(fēng)時(shí)進(jìn)行焊補(bǔ)處理。

②第二階段。在高爐休風(fēng)時(shí)，對開裂處進(jìn)行焊補(bǔ)，焊補(bǔ)完成后，實(shí)施包覆作業(yè)。包覆的補(bǔ)償器按照實(shí)際位移量1/2進(jìn)行預(yù)拉伸，滿足管線的位移量，提高補(bǔ)償器產(chǎn)品在工作中的使用壽命。

3 結(jié)論

通過本次管道補(bǔ)償器的包覆作業(yè)，根治了開裂漏氣以及溫度高的缺陷。新的補(bǔ)償器提高了承載參數(shù)，增加了鎧裝環(huán)和波數(shù)，進(jìn)一步提高了該處補(bǔ)償器的可靠性和使用壽命，很好的滿足了現(xiàn)場工況和生產(chǎn)運(yùn)行的需求。