干式煤气柜安全运行的设计保证 及日常维护要求
2015/11/24 9:10:41 点击： 文章来源：www.jshhcc.com
1 概述
在冶金企业中，为充分利用副产煤气，节约优质煤气，以及平衡管网压力需建设煤气柜，稀油密封干式煤气柜是 20 世纪 80 年代末在我国发展起来的,以特制的密封油来封住气体,在我国已有 10 多年的应用时间, 已建成近 200 台，该型气柜具有结构合理、金属量消耗小以及储存压力高等优点，目前国内设计压力（压力达 12.5 kPa）最高的气柜已在河北唐山及山东莱芜等地施工建造。随着该型气柜储存压力及容量越来越大，从设计方面需采取必要措施对其在运行过程中可能出现影响气柜安全运行的情况进行预防，同时需加强日常维护工作以确保气柜符合设计要求并安全可靠地运行。
在冶金企业中，为充分利用副产煤气，节约优质煤气，以及平衡管网压力需建设煤气柜，稀油密封干式煤气柜是 20 世纪 80 年代末在我国发展起来的,以特制的密封油来封住气体,在我国已有 10 多年的应用时间, 已建成近 200 台，该型气柜具有结构合理、金属量消耗小以及储存压力高等优点，目前国内设计压力（压力达 12.5 kPa）最高的气柜已在河北唐山及山东莱芜等地施工建造。随着该型气柜储存压力及容量越来越大，从设计方面需采取必要措施对其在运行过程中可能出现影响气柜安全运行的情况进行预防，同时需加强日常维护工作以确保气柜符合设计要求并安全可靠地运行。
2 运行过程出现的主要问题及分析
2.1 活塞冲顶及倾斜
当气柜活塞处于高位，同时气柜进气量突然增加，这时有可能使活塞冲顶，造成活塞桁架及柜顶结构破坏、活塞倾斜、密封机构损坏、侧板及立柱开裂等严重事故；在短时间内进、出气方向频繁改变或活塞速度过快均能造成气柜活塞倾斜，活塞倾斜使密封机构一侧压紧另一侧拉伸，拉伸端滑板与气柜侧板间隙增大使密封油泄漏量增大，严重时煤气泄漏活塞落底。
2.1 活塞冲顶及倾斜
当气柜活塞处于高位，同时气柜进气量突然增加，这时有可能使活塞冲顶，造成活塞桁架及柜顶结构破坏、活塞倾斜、密封机构损坏、侧板及立柱开裂等严重事故；在短时间内进、出气方向频繁改变或活塞速度过快均能造成气柜活塞倾斜，活塞倾斜使密封机构一侧压紧另一侧拉伸，拉伸端滑板与气柜侧板间隙增大使密封油泄漏量增大，严重时煤气泄漏活塞落底。
2.2 进柜煤气温度过高
当前各新建或改建高炉的荒煤气除尘均采用干式布袋除尘，该方法与以往的湿法相比进柜煤气温度大为提高，气柜钢结构本体储气温度超过 100 ℃是允许的，但稀油密封干式柜储气温度一般按 50℃～70 ℃设计，原因是储气温度超过 70 ℃左右时，密封油的粘度会显著降低,这时油泵会频繁启动，严重时使活塞油位显著降低，最后造成煤气泄漏的事故。温度对于密封油的氧化性能也有较大的影响，温度越高，密封油分子的活性越强，密封油的氧化速度越快，从而加快油品老化速度，缩短换油周期，增加运行成本，油品老化同时也降低了油的粘度。
2.3 冬季气柜底部油沟内水份结冰现象
稀油密封干式煤气柜的密封油主要在气柜活塞油沟、底部油沟及油水分离器中，其中底部油沟中存在油和水，油水不互溶，出现油水分界面，如图 1 所示。当冬季气温较低时，其中的水份会结冰，这时就会严重影响密封油的油水分离效果。
2.4 飘油
气柜在运行过程中，会不可避免出现飘油现象。所谓飘油是指密封油从气柜上部预备油箱溢出后，受重力作用沿壁板向下自然流淌，其自身势能逐步转化为动能，导致部分密封油以微小油滴的形式飘落在活塞上。飘油会导致密封油损失，极大地增大煤气柜的运行成本。
3 设计保证
针对稀油干式煤气柜在运行中出现的这些问题，在设计过程中采取了措施以避免在运行过程中出现上述问题。
3.1 气柜柜容联动及报警
当气柜容量达到柜容的 90%时要求气柜的进出口管的电动调节阀关 50%同时发出声光报警，当达到 95%时要求电动调节阀完全关闭，这时煤气不能进入气柜，这样可以避免气柜活塞处于高位时还大量进气，导致出现活塞冲顶及钢结构破坏的事故。同时随着气温的升高，柜容进一步升高时，柜前放散阀应能联锁，实现自动开、关放散煤气。
作，导致密封机构失效，最后密封油大量泄漏。为了减小或避免此类现象发生，应对密封机构中的弹簧进行检查和清理。
(2) 隔离圆木
在活塞的上下运行过程中，隔离圆木会从包裹帆布中脱落，圆木脱落后，主帆布将与气柜侧板直接接触，这样不久主帆布将被磨出孔洞，这时密封油就会从孔洞中大量泄漏，严重影响到气柜的运行，应及时停产维修，缝补破损帆布，加填脱落的圆木。
(3) 立柱毛毡
密封滑板在气柜立柱处是依靠滑块进行连接的，为了弥补滑块与立柱间“钢”性接触的不足，气柜设计时在滑块与立柱之间安装了一块耐油毛毡垫，由于密封毛毡的耐磨性能有限，毛毡容易破损或变硬失效，应定期检查并更换，一般两年更换一次比较适宜。
(4) 密封油
密封油质量的好坏对气柜的安全可靠运行有重要影响。必须定期检测密封油的运动粘度和闪点，质量好的密封油的运动粘度在 60 ℃时一般在 40mm2/s 左右，闪点在 200 ℃以上，如检测到密封油指标严重偏离设计值时，须考虑密封油的再生或更换部分油品。
4.2 仪表控制系统的维护
仪表控制是气柜安全运行的重要保证，应定期检查气柜区各种一次、二次仪表，看是否能正常工作，如有问题须立刻更换。由于气柜的运行可以做到无人值守即全自动化，操作人员可能会过分依赖计算机的自动操作，运行中可适当将自动控制改为手动控制。
5 结语
稀油密封干式煤气柜建成后，其安全可靠的运行需要从设计之初采取措施防止可能出现的各种安全事故，但是仅有完善的设计是不够的，还需要加强日常维护和定期检修，实践证明从设计上消除隐患、做好运行管理及日常维护将会延长稀油密封干式煤气柜的使用寿命，并保证安全生产。
当前各新建或改建高炉的荒煤气除尘均采用干式布袋除尘，该方法与以往的湿法相比进柜煤气温度大为提高，气柜钢结构本体储气温度超过 100 ℃是允许的，但稀油密封干式柜储气温度一般按 50℃～70 ℃设计，原因是储气温度超过 70 ℃左右时，密封油的粘度会显著降低,这时油泵会频繁启动，严重时使活塞油位显著降低，最后造成煤气泄漏的事故。温度对于密封油的氧化性能也有较大的影响，温度越高，密封油分子的活性越强，密封油的氧化速度越快，从而加快油品老化速度，缩短换油周期，增加运行成本，油品老化同时也降低了油的粘度。
2.3 冬季气柜底部油沟内水份结冰现象
稀油密封干式煤气柜的密封油主要在气柜活塞油沟、底部油沟及油水分离器中，其中底部油沟中存在油和水，油水不互溶，出现油水分界面，如图 1 所示。当冬季气温较低时，其中的水份会结冰，这时就会严重影响密封油的油水分离效果。
2.4 飘油
气柜在运行过程中，会不可避免出现飘油现象。所谓飘油是指密封油从气柜上部预备油箱溢出后，受重力作用沿壁板向下自然流淌，其自身势能逐步转化为动能，导致部分密封油以微小油滴的形式飘落在活塞上。飘油会导致密封油损失，极大地增大煤气柜的运行成本。
3 设计保证
针对稀油干式煤气柜在运行中出现的这些问题，在设计过程中采取了措施以避免在运行过程中出现上述问题。
3.1 气柜柜容联动及报警
当气柜容量达到柜容的 90%时要求气柜的进出口管的电动调节阀关 50%同时发出声光报警，当达到 95%时要求电动调节阀完全关闭，这时煤气不能进入气柜，这样可以避免气柜活塞处于高位时还大量进气，导致出现活塞冲顶及钢结构破坏的事故。同时随着气温的升高，柜容进一步升高时，柜前放散阀应能联锁，实现自动开、关放散煤气。
3.2 活塞速度联动及报警
当气柜活塞上下运行的速度超过 1.5～2 m/s时，发出声光报警同时适当关小进出口管调节阀，避免活塞运行速度过快导致活塞倾斜量过大，造成密封油大量泄漏而导致煤气泄漏的事故。
3.3 活塞倾斜量测定及报警
在设计中，气柜活塞上安装了活塞倾斜量测定仪，该仪表能自动测量活塞的倾斜位置及倾斜量，并把测量值引入 PLC 中。一般当活塞倾斜量超过活塞直径的 1/500 时，发出第一声光报警，当倾斜量超过活塞直径的 1/250 时发出第二次声光报警，并关闭气柜进出口调节阀，使活塞在气柜内气体的浮力作用下恢复平衡。
3.4 煤气喷雾冷却装置
为了使气柜中储气温度低于 70 ℃，以保证气柜运行的安全，在煤气进出口管上设计一套煤气喷雾冷却装置，该装置主要由泵站、双流体喷枪、水箱及控制系统等构成。喷雾系统工作时，需要同时供给一定压力的压缩气体（如氮气）和一定压力的水，在喷嘴的内部，压缩气体与水经过若干次的打击，产生非常小的水颗粒。当被雾化后的颗粒与高温煤气结合后，在短时间内迅速蒸发，带走大量热量，使煤气温度迅速降温。整个煤气降温过程由喷雾装置自动控制完成，可设定当进柜煤气温度高于 70 ℃时，雾装置自动开启，能根据煤气温差及流量大小自动控制喷水量，该装置喷水不湿壁，保证水完全以气态形式进入煤气中，能节约大量水资源。
3.5 底部油沟蒸汽或热水保温
为防止冬季底部油沟中水结冰，在油沟油水分界面下的水中设计有蒸汽保温管，冬季油槽可以有效防止水层结冰现象的发生，保温管如图 1 所示。用蒸汽加温时，容易出现忽冷忽热现象，而最高温度能达 80~90 ℃，这样易加快油品老化速度，因此在有条件的情况下，用水暖代替汽暖，使油温保持在 30～40 ℃左右，该采暖方式能保证对底部油沟均衡供热，缩小加热温差。
3.6 飘油收集板
为了防止飘油，在活塞油沟上方设计了一块飘油收集板，收集板上铺装一层由镀锌铁丝做成的筛网，利用其筛网的弹性以及孔隙能有效吸收飘油下落时所具有的动能，避免产生密封油的二次飞溅。同时在收集板上安装有管道通至活塞油沟，能使收集到的飘油流回至活塞油沟中。
4 日常维护
4.1 密封机构的维护
密封机构是构成稀油密封干式煤气柜安全可靠运行部件中最重要的组件，它的运行状况直接影响到气柜的运行。密封机构示意图如图 2 所示。日常维护主要注意如下方面：
(1) 压紧弹簧
滑板通过弹簧与气柜侧板紧密贴合，随着气柜活塞上下运行，压紧弹簧始终处于伸缩、压紧的状态变换中，日积月累导致其弹力下降，此外受气柜周边环境的影响，空气中的粉尘会进入气柜并附着在侧板上，其中部分被刮入活塞油沟中，沉积在帆布兜中形成油垢，严重时油垢会进入弹簧套筒阻碍弹簧动
当气柜活塞上下运行的速度超过 1.5～2 m/s时，发出声光报警同时适当关小进出口管调节阀，避免活塞运行速度过快导致活塞倾斜量过大，造成密封油大量泄漏而导致煤气泄漏的事故。
3.3 活塞倾斜量测定及报警
在设计中，气柜活塞上安装了活塞倾斜量测定仪，该仪表能自动测量活塞的倾斜位置及倾斜量，并把测量值引入 PLC 中。一般当活塞倾斜量超过活塞直径的 1/500 时，发出第一声光报警，当倾斜量超过活塞直径的 1/250 时发出第二次声光报警，并关闭气柜进出口调节阀，使活塞在气柜内气体的浮力作用下恢复平衡。
3.4 煤气喷雾冷却装置
为了使气柜中储气温度低于 70 ℃，以保证气柜运行的安全，在煤气进出口管上设计一套煤气喷雾冷却装置，该装置主要由泵站、双流体喷枪、水箱及控制系统等构成。喷雾系统工作时，需要同时供给一定压力的压缩气体（如氮气）和一定压力的水，在喷嘴的内部，压缩气体与水经过若干次的打击，产生非常小的水颗粒。当被雾化后的颗粒与高温煤气结合后，在短时间内迅速蒸发，带走大量热量，使煤气温度迅速降温。整个煤气降温过程由喷雾装置自动控制完成，可设定当进柜煤气温度高于 70 ℃时，雾装置自动开启，能根据煤气温差及流量大小自动控制喷水量，该装置喷水不湿壁，保证水完全以气态形式进入煤气中，能节约大量水资源。
3.5 底部油沟蒸汽或热水保温
为防止冬季底部油沟中水结冰，在油沟油水分界面下的水中设计有蒸汽保温管，冬季油槽可以有效防止水层结冰现象的发生，保温管如图 1 所示。用蒸汽加温时，容易出现忽冷忽热现象，而最高温度能达 80~90 ℃，这样易加快油品老化速度，因此在有条件的情况下，用水暖代替汽暖，使油温保持在 30～40 ℃左右，该采暖方式能保证对底部油沟均衡供热，缩小加热温差。
3.6 飘油收集板
为了防止飘油，在活塞油沟上方设计了一块飘油收集板，收集板上铺装一层由镀锌铁丝做成的筛网，利用其筛网的弹性以及孔隙能有效吸收飘油下落时所具有的动能，避免产生密封油的二次飞溅。同时在收集板上安装有管道通至活塞油沟，能使收集到的飘油流回至活塞油沟中。
4 日常维护
4.1 密封机构的维护
密封机构是构成稀油密封干式煤气柜安全可靠运行部件中最重要的组件，它的运行状况直接影响到气柜的运行。密封机构示意图如图 2 所示。日常维护主要注意如下方面：
(1) 压紧弹簧
滑板通过弹簧与气柜侧板紧密贴合，随着气柜活塞上下运行，压紧弹簧始终处于伸缩、压紧的状态变换中，日积月累导致其弹力下降，此外受气柜周边环境的影响，空气中的粉尘会进入气柜并附着在侧板上，其中部分被刮入活塞油沟中，沉积在帆布兜中形成油垢，严重时油垢会进入弹簧套筒阻碍弹簧动
作，导致密封机构失效，最后密封油大量泄漏。为了减小或避免此类现象发生，应对密封机构中的弹簧进行检查和清理。
(2) 隔离圆木
在活塞的上下运行过程中，隔离圆木会从包裹帆布中脱落，圆木脱落后，主帆布将与气柜侧板直接接触，这样不久主帆布将被磨出孔洞，这时密封油就会从孔洞中大量泄漏，严重影响到气柜的运行，应及时停产维修，缝补破损帆布，加填脱落的圆木。
(3) 立柱毛毡
密封滑板在气柜立柱处是依靠滑块进行连接的，为了弥补滑块与立柱间“钢”性接触的不足，气柜设计时在滑块与立柱之间安装了一块耐油毛毡垫，由于密封毛毡的耐磨性能有限，毛毡容易破损或变硬失效，应定期检查并更换，一般两年更换一次比较适宜。
(4) 密封油
密封油质量的好坏对气柜的安全可靠运行有重要影响。必须定期检测密封油的运动粘度和闪点，质量好的密封油的运动粘度在 60 ℃时一般在 40mm2/s 左右，闪点在 200 ℃以上，如检测到密封油指标严重偏离设计值时，须考虑密封油的再生或更换部分油品。
4.2 仪表控制系统的维护
仪表控制是气柜安全运行的重要保证，应定期检查气柜区各种一次、二次仪表，看是否能正常工作，如有问题须立刻更换。由于气柜的运行可以做到无人值守即全自动化，操作人员可能会过分依赖计算机的自动操作，运行中可适当将自动控制改为手动控制。
5 结语
稀油密封干式煤气柜建成后，其安全可靠的运行需要从设计之初采取措施防止可能出现的各种安全事故，但是仅有完善的设计是不够的，还需要加强日常维护和定期检修，实践证明从设计上消除隐患、做好运行管理及日常维护将会延长稀油密封干式煤气柜的使用寿命，并保证安全生产。
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