OG泥漿管道輸送系統(tǒng)的改進(jìn)

杜連濤,吳澤啟

(唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山 063299）

引言

轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵OG 泥漿，是冶金行業(yè)中最具特點(diǎn)的漿體之一，含鐵量達(dá)60%左右,是一種寶貴的二次資源，也是較難處理的現(xiàn)場(chǎng)污染源。OG 泥特性：具有含鐵量高，堿性氧化物含量高（二元堿度達(dá)2.35），粒度細(xì)（-0.074 mm 比例達(dá)90% 以上），含水量高，脫水困難，粘性大等特性。OG 泥化學(xué)成分見(jiàn)表1，OG 泥的粒度組成見(jiàn)表2。管道輸送OG 泥漿，至燒結(jié)煉鐵用戶，實(shí)現(xiàn)了OG 泥漿不落地，節(jié)省大量的汽車運(yùn)輸費(fèi)用，運(yùn)輸過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生污染。很多鋼廠采用該方法處理OG 泥，但隨之帶來(lái)的是泥漿泵、閥的泄露故障頻繁，維護(hù)成本高，現(xiàn)場(chǎng)治理困難，以及管道堵塞、結(jié)垢、冬季防凍等一系列問(wèn)題。唐鋼在該泵組的運(yùn)行和維護(hù)上通過(guò)多年的探索，實(shí)現(xiàn)了管道輸泥系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 轉(zhuǎn)爐煉鋼除塵OG泥化學(xué)成分 %

表2 OG泥的粒度組成

1 OG泥漿管道輸送系統(tǒng)問(wèn)題分析及對(duì)策

1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

系統(tǒng)由泥漿罐、OG 泥漿輸送泵、閥門、管道等組成，見(jiàn)圖1。根據(jù)用戶需求，進(jìn)行輸送工作，平均每臺(tái)每天啟動(dòng)3次，每次30 min。

圖1 OG泥漿管道輸送系統(tǒng)

改造前，管道使用普通碳鋼管道、閥門使用流體切斷裝置。泥漿泵型號(hào)50KG100，流量35 m3/h，揚(yáng)程100 m，轉(zhuǎn)速1450 r/min，功率75 kW，泥漿泵選擇的盤根密封。現(xiàn)場(chǎng)泥濘，閥門、泥漿泵都泄漏嚴(yán)重，泵組維修頻繁，還曾發(fā)生過(guò)冬季管路被凍，系統(tǒng)約兩個(gè)月停用的惡性事故，給生產(chǎn)造成極大的影響。

1.2 管道堵塞的原因分析及對(duì)策

原系統(tǒng)用普通碳鋼管道，泥漿易結(jié)垢并附著在管道表面，造成管道變細(xì)，垢脫落又造成管道的堵塞，在管道的彎頭等沖刷嚴(yán)重的部位還容易磨損，造成泄漏。因此，新管道選擇了陶瓷復(fù)合鋼管，具有高耐磨、壽命長(zhǎng)、安裝方便、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)，特別是該管道不易結(jié)垢，泵組進(jìn)出口管道堵塞的情況得到好轉(zhuǎn)，完全堵死的情況沒(méi)有發(fā)生，但是，進(jìn)口下泥漿速度慢，出口流量逐漸增大，說(shuō)明管道中還有泥漿沉積阻塞的情況。

1.3 閥門泄漏的原因分析及對(duì)策

原閥門采用流體切斷裝置，閥門的外密封采用的是盤根密封，閥門開關(guān)靠絲杠的上下運(yùn)動(dòng)，由于絲杠與泥漿接觸，上下運(yùn)動(dòng)很容易將泥漿帶入到盤根中，泥漿進(jìn)入盤根后，很快造成密封失效，外漏嚴(yán)重；使用兩個(gè)月后，閥門內(nèi)也有一定的結(jié)垢和泥漿沉積，閥門出現(xiàn)內(nèi)漏。更換為軟密封的旋塞閥，閥門的開關(guān)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且密封采用的是2個(gè)“O”型圈密封，閥門的外漏問(wèn)題得到徹底解決，但是閥門使用幾個(gè)月后，旋塞閥的閥芯容易損壞，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)漏，給泵組檢修帶來(lái)困難。

1.4 泥漿泵泄漏的原因分析及對(duì)策

原泵組選用盤根密封，盤根使用有如下問(wèn)題：

（1）盤根密封可靠性低，泄漏率高。密封介質(zhì)極易進(jìn)入填料密封內(nèi)部，增大了填料密封和軸套之間的磨損，嚴(yán)重的影響了密封性能。

（2）由于盤根具有粘彈特性,在工作狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)力松弛，故需不斷地通過(guò)壓緊壓蓋來(lái)增大填料與軸的徑向接觸力，同時(shí)也增大了盤根與軸套的磨損，因此不得不經(jīng)常更換、添加盤根，維修工作量和費(fèi)用大大增加。

（3）工人的維修水平低，維修不能嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，盤根密封看似簡(jiǎn)單，但仍有安裝的注意事項(xiàng)，比如切口角度、安裝條數(shù)、壓緊要求、沖洗水要求等。不規(guī)范的維修也是設(shè)備頻繁泄漏的原因。

新泵組更換為機(jī)械密封的泵組，機(jī)械密封選用的是集裝式機(jī)械密封φ90mm，靜環(huán)采用石墨材質(zhì)、動(dòng)環(huán)硬質(zhì)合金材質(zhì)。泵組的檢修周期由原來(lái)的每天有人緊固盤根，每周一次更換盤根，每月一次整體拆解，更換盤根、軸承，變成每月更換一次機(jī)封。

整個(gè)改造完成后，現(xiàn)場(chǎng)狀況得到一定改善，但是并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2 新系統(tǒng)問(wèn)題分析與徹底改善

2.1 管道堵塞及閥門內(nèi)漏問(wèn)題

管道堵塞是因?yàn)橄到y(tǒng)不能連續(xù)排泥，造成了泥漿在閥門處、管道的立管下彎頭等處的沉積，系統(tǒng)再次運(yùn)行時(shí)，打開進(jìn)口閥門后，泥漿不能迅速進(jìn)入泵內(nèi)，造成泵組短時(shí)間抽空，對(duì)機(jī)封造成傷害；出口堵塞，使泵憋壓，也會(huì)對(duì)機(jī)封造成傷害。問(wèn)題的解決要考慮如何使泥漿不再沉淀在管道中。因此在系統(tǒng)中加裝了高壓沖洗水，在停泵后分別對(duì)出口管道和進(jìn)口管道沖洗后再關(guān)閉閥門，使閥芯的磨損大大降低，解決了管道堵塞及旋塞閥門容易內(nèi)漏的問(wèn)題。

2.2 機(jī)封泄漏問(wèn)題分析

將泥漿泵抽空和憋壓的問(wèn)題解決后，泥漿泵機(jī)封壽命能夠延長(zhǎng)至兩個(gè)月左右。將損壞的舊機(jī)封拆解分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題如下：(1)機(jī)械密封中的小彈簧結(jié)垢失去了彈性；(2)機(jī)封中的靜環(huán)端面磨出深溝，失去了密封作用。經(jīng)過(guò)分析，問(wèn)題出現(xiàn)在機(jī)封的沖洗水上。該泵組安裝時(shí)，要求有機(jī)封沖洗水，但設(shè)備附近只有兩種水源，一個(gè)是凈化水，水質(zhì)潔凈，但壓力較低，在0.15～0.3 MPa 之間，壓力太小，無(wú)法做機(jī)封的沖洗水；第二個(gè)是除塵水，水中的懸浮物較高，一般在100 mg/L 左右，并且易結(jié)垢，但壓力在1.0 MPa，選用的除塵水作為機(jī)封水。由于水質(zhì)問(wèn)題，機(jī)械密封小彈簧結(jié)垢，失去彈性，機(jī)封失效損壞，另外易造成沖洗水管堵塞，壓力降低，泥漿通過(guò)機(jī)封返竄回機(jī)封沖洗水管，將水管徹底堵塞，使機(jī)封很快失效。

2.3 機(jī)封泄漏改進(jìn)對(duì)策

（1）給凈化水加壓后作為機(jī)封沖洗水

a泵軸封沖洗水量：

q=0.1×d×m=0.1×90×1=9 L/min

式中：d——軸徑；

m——軸封個(gè)數(shù)。

b機(jī)械密封沖洗水壓力：

密封腔壓力=進(jìn)口壓力+1/3揚(yáng)程

=0.2 MPa+0.33 MPa=0.53 MPa

采用沖洗型，沖洗液壓力應(yīng)大于密封腔壓力0.098～0.196 MPa，這里取0.15 MPa。

沖洗水壓力=密封腔壓力+0.15 MPa=0.68 MPa

（2）節(jié)流襯套尺寸設(shè)計(jì)

對(duì)泥漿泵的機(jī)封腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，雖然計(jì)算的水量和水壓達(dá)到要求，但是由于密封腔太大，沖洗水無(wú)法保證對(duì)機(jī)封進(jìn)行完全的沖洗，如圖2 所示。泥漿中的顆粒物很容易附著在機(jī)械密封上，造成機(jī)械密封的損壞。因此，需要設(shè)計(jì)節(jié)流結(jié)構(gòu)，如圖3 所示，使沖洗水完全充滿密封腔，泥漿無(wú)法進(jìn)入，進(jìn)而保證機(jī)械密封在潔凈的水中運(yùn)行，達(dá)到延長(zhǎng)壽命的目的。根據(jù)表4，旋轉(zhuǎn)軸與節(jié)流襯套的最大直徑間隙為0.889 mm，本次改造選用的間隙為0.8 mm。

圖2 無(wú)節(jié)流襯套的沖洗結(jié)構(gòu)

圖3 有節(jié)流襯套的沖洗結(jié)構(gòu)

表4 旋轉(zhuǎn)軸與節(jié)流襯套的間隙

3 規(guī)范運(yùn)行制度

系統(tǒng)改造后，原理如圖4 所示。要保證設(shè)備正常運(yùn)行，還需要正確操作使用設(shè)備。因此，我們制定了嚴(yán)格的運(yùn)行制度。啟泵流程：（1）接到用戶需求指令后，打開泥漿泵機(jī)封沖洗水閥門，啟動(dòng)機(jī)封水變頻泵，待機(jī)封水壓力穩(wěn)定在0.7 MPa后，打開泥漿泵進(jìn)口閥門，待泥漿泵體手感達(dá)到40 ℃時(shí)，啟動(dòng)泥漿泵，打開出口閥門，完成啟泵操作，并查看運(yùn)行電流，泵組是否正常運(yùn)行。（2）接到用戶停泵指令后，關(guān)閉出口閥門，停運(yùn)泥漿泵，打開高壓水沖洗閥門，對(duì)進(jìn)口管道沖洗1 min，然后關(guān)閉泥進(jìn)口閥門，打開出口閥門，對(duì)出口管道沖洗5 min，關(guān)閉高壓水沖洗閥門，關(guān)閉泥漿泵出口閥門，關(guān)閉機(jī)封水閥門，停止變頻加壓泵。冬季考慮管道防凍將高壓水沖洗出口管道改為壓縮空氣吹掃5 min。進(jìn)口管道仍由高壓水沖洗。

圖4 改造后OG泥漿管道輸送系統(tǒng)

4 運(yùn)行效果

完成以上技術(shù)改造和管理規(guī)范之后，OG 泥漿輸送系統(tǒng)的故障率大大降低，管道堵塞的情況沒(méi)有發(fā)生過(guò)；閥門的壽命延長(zhǎng)至兩年以上；機(jī)封的壽命也有原來(lái)的一個(gè)月左右延長(zhǎng)至兩年以上；機(jī)封不泄漏，設(shè)備軸承等零件壽命大大延長(zhǎng)。年可節(jié)省備件費(fèi)、檢修費(fèi)20 多萬(wàn)元，現(xiàn)場(chǎng)管理水平也得到很大提升。