單座高爐生產(chǎn)狀態(tài)下煤氣系統(tǒng)的安全技術(shù)

摘 要

摘要：探討了單座高爐生產(chǎn)狀態(tài)下高爐煤氣系統(tǒng)存在的問題及處理方法。關(guān)鍵詞：高爐煤氣管網(wǎng)；安全閥；腐蝕Safety Technology of Coal Gas System under Conditions of Single Blast
摘要：探討了單座高爐生產(chǎn)狀態(tài)下高爐煤氣系統(tǒng)存在的問題及處理方法。
關(guān)鍵詞：高爐煤氣管網(wǎng)；安全閥；腐蝕
Safety Technology of Coal Gas System under Conditions of Single Blast Furnace Production
CHEN Pei-yu，LIU Zhen-ming，GA0 Jin-tao，LI Shi-qi
Abstract：The problems and solutions of coal gas system under conditions of single blast furnace production are discussed.
Key words：blast furnace gas network；safety valve；corrosion
    天津鋼管制鐵有限公司目前有1座1000m3高爐，2005年1月24日投產(chǎn)，通過5年多的生產(chǎn)，暴露出一些問題。借鑒其他單位煤氣系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過改造實(shí)踐，總結(jié)提出煤氣系統(tǒng)的安全技術(shù)。
1 高爐煤氣系統(tǒng)工藝流程
    天津鋼管制鐵有限公司煤氣系統(tǒng)的工藝流程是[1]：高爐產(chǎn)生的煤氣通過高爐下降管至重力除塵器，重力除塵器后的荒煤氣至干式布袋除塵系統(tǒng)，干式除塵后的凈煤氣通過調(diào)壓閥組或高爐煤氣余壓發(fā)電系統(tǒng)(TRT)調(diào)壓后至凈煤氣管網(wǎng)，通過凈煤氣管網(wǎng)分配給用戶。高爐煤氣的用戶主要是3臺(tái)頂燃式熱風(fēng)爐、2臺(tái)鍋爐、1臺(tái)燒結(jié)機(jī)，剩余煤氣放散。高爐頂壓為180kPa，調(diào)壓后的煤氣壓力為9kPa，高爐煤氣平均流量20×104m3/h，最大流量為23×104m3/h，熱風(fēng)爐的用氣量為(6～10)×104m3/h，鍋爐的用氣量為7×104m3/h，燒結(jié)機(jī)的用氣量為8000m3/h，有(2.2～9.2)×104m3/h煤氣需通過放散塔放散。高爐煤氣系統(tǒng)流程見圖1。
 
2 高爐煤氣系統(tǒng)存在的問題及解決措施
   ① 由于單座高爐生產(chǎn)，煤氣量較大，煤氣用戶較少，有(2.2～9.2)×104m3/h的煤氣需經(jīng)放散塔放散。高爐異常崩料、塌料時(shí)煤氣放散量很大，低壓凈煤氣管網(wǎng)的壓力主要靠煤氣放散塔的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，煤氣流量增大時(shí)，凈煤氣管網(wǎng)的壓力也增大，因放散塔的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)時(shí)間較長，凈煤氣壓力調(diào)節(jié)滯后，煤氣用戶又較少，煤氣無法盡快放散出去，造成管網(wǎng)壓力升高，水封擊穿，波紋管補(bǔ)償器拉壞，各煤氣用戶緊急?；?，高爐被迫緊急休風(fēng)，在高爐投產(chǎn)初期已造成兩次這樣的管網(wǎng)事故。根據(jù)此現(xiàn)象，我們對煤氣管網(wǎng)進(jìn)行了充分的分析，為保證高爐及各煤氣用戶的正常生產(chǎn)，在低壓凈煤氣管網(wǎng)上增加了3個(gè)DN 300mm的煤氣安全閥，安全閥的開啟壓力為20kPa，水封的擊穿壓力為35kPa。當(dāng)?shù)蛪簝裘簹夤芫W(wǎng)壓力升高到安全閥的開啟壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)開啟，及時(shí)將煤氣放散出去；當(dāng)煤氣壓力低于安全閥的關(guān)閉壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)關(guān)閉。因3個(gè)安全閥泄放了部分煤氣，又有放散塔調(diào)節(jié)閥及水封的調(diào)節(jié)，自此凈煤氣管網(wǎng)再未出現(xiàn)過問題，保證了凈煤氣管網(wǎng)的安全。
    ② TRT的運(yùn)行是高爐降低成本的有效措施[2]，特別是干式除塵，單位產(chǎn)量鐵發(fā)電量比濕式除塵提高30%，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益巨大。但隨著TRT的運(yùn)行，煤氣系統(tǒng)也出現(xiàn)了一些問題。如TRT正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組投運(yùn)、并網(wǎng)、升功率過程中高爐頂壓由高爐側(cè)控制，這個(gè)過程需緩慢控制，當(dāng)達(dá)到一定功率，同時(shí)透平發(fā)電機(jī)組靜葉開到一定角度后，高爐頂壓靠TRT靜葉調(diào)節(jié)，高爐煤氣將不再通過調(diào)壓閥組，調(diào)壓閥組由自動(dòng)改手動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)TRT出現(xiàn)重大故障緊急停車時(shí)，TRT入口快切閥將在2s內(nèi)快速關(guān)閉，透平發(fā)電機(jī)組旁通快切閥快速打開，將替代靜葉和調(diào)壓閥組來調(diào)節(jié)高爐頂壓，調(diào)壓閥組由手動(dòng)改自動(dòng)逐漸打開，再關(guān)閉TRT旁通快切閥。當(dāng)TRT旁通快切閥打不開，調(diào)壓閥組打開速度較慢(調(diào)節(jié)閥從關(guān)閉到打開需90s)，高爐煤氣將無處可去，干式除塵系統(tǒng)、荒煤氣管網(wǎng)、爐頂壓力將迅速升高，當(dāng)壓力升高到高爐爐頂放散壓力時(shí)，高爐爐頂放散閥被強(qiáng)制打開，高爐被迫緊急休風(fēng)或損壞爐頂設(shè)備、干式除塵設(shè)備。這種現(xiàn)象在我國高爐生產(chǎn)中已出現(xiàn)多次。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們在TRT入口快切閥前、煤氣干式除塵系統(tǒng)進(jìn)、出口各增加了1個(gè)DN350mm的安全閥，放散壓力為195kPa，略高于爐頂壓力。當(dāng)TRT旁通快切閥出現(xiàn)事故時(shí)，安全閥先開啟，放散一部分煤氣，隨著調(diào)壓閥組的打開，煤氣管網(wǎng)恢復(fù)正常。我廠自安裝了這3個(gè)安全閥后，安全閥已啟動(dòng)了幾次，有效地保護(hù)了高爐生產(chǎn)。
    ③ 采用高爐煤氣干式除塵技術(shù)[3]，凈煤氣冷凝水中的氯離子含量顯著升高。這主要是由于高爐原料、燃料中的氯化物，在高爐冶煉過程中形成HCl。當(dāng)煤氣溫度達(dá)到露點(diǎn)時(shí)，氣態(tài)HCl與冷凝水結(jié)合，形成酸性水溶液而引起酸腐蝕，對煤氣管道和不銹鋼波紋管補(bǔ)償器產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和局部腐蝕。高爐煤氣中富含的氯離子、硫酸根離子等形成的復(fù)合產(chǎn)物對不銹鋼、碳素鋼等腐蝕嚴(yán)重，造成高爐煤氣管網(wǎng)、設(shè)備損壞。突出反映在管道補(bǔ)償器上相繼出現(xiàn)不銹鋼波紋管嚴(yán)重點(diǎn)腐蝕穿孔、波紋管與接管環(huán)焊縫開裂、補(bǔ)償器內(nèi)襯導(dǎo)流筒凸流道處沖蝕等重大隱患，造成在煤氣系統(tǒng)上廣泛應(yīng)用的波紋管補(bǔ)償器大量失效和損壞，嚴(yán)重影響了高爐的穩(wěn)定運(yùn)行和煤氣正常輸送。同時(shí)，補(bǔ)償器泄漏后極易造成人員煤氣中毒和煤氣燃爆，引發(fā)安全事故。受酸性腐蝕影響，原使用的補(bǔ)償器平均壽命不足8個(gè)月。根據(jù)點(diǎn)腐蝕的防止措施，可適當(dāng)提高材質(zhì)中Cr含量，當(dāng)其提高到25%以上時(shí)能顯著改善抗點(diǎn)蝕能力。還可提高材質(zhì)的純凈度，降低碳和有害元素的含量。為了抑制煤氣管道系統(tǒng)的異常腐蝕，我們對煤氣管道波紋管補(bǔ)償器的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了分析研究，對不銹鋼波紋管補(bǔ)償器材質(zhì)、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，選取相應(yīng)的金屬材料制作波紋管來直接抵御腐蝕，如采用耐酸性的254SMo、800、825等不銹鋼材質(zhì)。這里只介紹254SMo材質(zhì)，其化學(xué)成分見表1。
表1 254SMo化學(xué)成分
成分
C
Mn
P
S
Si
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
≤0.02
≤1.00
≤0.03
≤0.01
≤0.80
成分
Cr
Ni
Mo
N
Cu
質(zhì)量分?jǐn)?shù)
/%
19.50～20.50
17.50～18.50
6.00～
6.50
0.18～
0.22
0.50～
1.00
    由表1可以看出，254SMo不銹鋼是一種含碳量極低的高鉬含氮奧氏體不銹鋼，此鋼突出的特點(diǎn)是在氯化物環(huán)境中具有優(yōu)異的耐腐蝕性，包括耐點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和一般腐蝕的性能，同時(shí)在很多還原性酸介質(zhì)中耐腐蝕性也很好。Cu的添加改善了該材料在某些酸中的耐腐蝕性能。此外，由于它較高的鎳、鉻含量，使其具有良好的抗應(yīng)力腐蝕破裂性能。實(shí)際上，研制254SMo的出發(fā)點(diǎn)就是提供一種不太昂貴的選擇，替代某些場所使用的鎳基合金或鈦材。波紋管補(bǔ)償器材質(zhì)由奧氏體不銹鋼316L改進(jìn)為耐氯離子腐蝕的不銹鋼254SMo，提高了材質(zhì)的抗酸腐蝕性能。還可以在煤氣管道內(nèi)壁噴涂防腐涂料，使金屬管道與酸性腐蝕介質(zhì)隔離，抑制管道異常腐蝕[4]。
參考文獻(xiàn)：
[1] 張殿有.高爐冶煉操作技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.
[2] 吳洪亮，劉坤.鋼鐵企業(yè)煤氣高效利用技術(shù)的探討[J].煤氣與熱力，2007，27(4)：35-37.
[3] 郭亮，鄧茂忠，蔡富良.煤氣全干式除塵技術(shù)在大型高爐的應(yīng)用[J].煤氣與熱力，2010，30(4)：B15-B17.
[4] 車立新，段常貴.埋地鋼質(zhì)管道應(yīng)力腐蝕開裂及其預(yù)防[J].煤氣與熱力，2006，26(10)：1-4.
 
(本文作者：陳培鈺1、2 劉振明2 高金濤1 李士琦1 1.北京科技大學(xué) 冶金與生態(tài)工程學(xué)院 北京 100083；2.天津鋼管集團(tuán)股份有限公司 天津 300301)