高炉煤气柜升压改造
2015/11/9 9:36:07 点击： 文章来源：www.jshhcc.com
1 引言
涟钢现有煤气柜四座, 目前最大的是 15万立方米曼型干式稀油密封煤气柜 , 建于2001年 6月 , 存贮气体介质为高炉煤气 , 气柜主要工艺参数如表 1。
涟钢现有煤气柜四座, 目前最大的是 15万立方米曼型干式稀油密封煤气柜 , 建于2001年 6月 , 存贮气体介质为高炉煤气 , 气柜主要工艺参数如表 1。
因为当时高炉煤气总管压力较低 ,为充分发挥 15万高炉煤气柜稳压作用 ,经公司审批同意, 安装时将该柜设计运行压力由 8000Pa调整 至 7000Pa左 右, 实 际 运 行 压 力 为6800Pa。 随着近年来大高炉的投产 , 高炉煤气总管压力得到提高 , 15万 m3高炉煤气柜现有 6800Pa储气压力已不能满足现有工艺需求, 柜容长期处在较高位置, 影响其稳压存
储高炉煤气作用 。公司决定于 2007年 11月对 15万 m3高炉煤气柜进行升压调试改造,将此柜现有工作压力升高至 8000Pa。
此次15万m3高炉煤气柜升压调试改造是涟钢对气柜第一次自行升压改造, 在国内也比较少见。升压改造期间缺少设计部门和制造厂家的参与和支持 ,从升压方案的制定到具体实施,国内没有实例和经验可借鉴,可参考的就是气柜的使用说明书、相关图纸及原来气柜安装时的施工方案 ,难度非常大
2 煤气升压改造
2 煤气升压改造
2.1 计算升压改造活塞需增重量
(按调整压力 8.0kPa计算)
现在工作压力 :F=P×S=6.8 ×2233 ×1000 =15184400N现有活塞重量 :G=F/9.8 =15184400/9.8 =1549428kg=1549.4t
新增工作压力:F增=P差×S=(8.0 -6.8)×2233 ×1000 =2679600N
新增活塞重量:G1=F增/9.8=2679600/9.8 =273428kg=273.4t升压后活塞重量 :G2=G1+G=1549.4+273.4=1822.8t
6800Pa压力与 8000Pa压力时配重块相差 :26496 块 (1324800kg) - 21854 块(1092700kg)=4642 块 (232100kg)也就是说 ,需新增配重块数量 (重量 )为:4642块(232100kg)根据表 3和表 4配重块的分布比例 ,需新增配重块数量分配如表 5。
由于没有设计部门的参与 ,我们不能对升压改造新增配重块对活塞产生的变形进行仿真计算,只好采用原设计安装图纸 ,但由于新增配重块主要集中在中部 ,这必然会对活塞现有应力和结构产生不利影响。
(按调整压力 8.0kPa计算)
现在工作压力 :F=P×S=6.8 ×2233 ×1000 =15184400N现有活塞重量 :G=F/9.8 =15184400/9.8 =1549428kg=1549.4t
新增工作压力:F增=P差×S=(8.0 -6.8)×2233 ×1000 =2679600N
新增活塞重量:G1=F增/9.8=2679600/9.8 =273428kg=273.4t升压后活塞重量 :G2=G1+G=1549.4+273.4=1822.8t
2.2 配重块的测算
根据气柜说明书和设计图纸介绍, 活塞配重块按贮气压力 8000Pa配置时 ,活塞重量分配如表 2。
根据现在实际的 6800Pa压力 ,必须对气柜的密封油及配重块进行测算 。停运后对柜内 24个区域配重块重量进行实地点算如表3。
8000Pa压力时, 按原设计图纸计算柜内24个区域配重块重量分布如表 4。根据气柜说明书和设计图纸介绍, 活塞配重块按贮气压力 8000Pa配置时 ,活塞重量分配如表 2。
3 气柜密封油的测算
3.1 活塞油槽油位验算
实践证明 , 用一定的油位高度封住煤气是安全可靠的 , 但由于油在不断循环 ,油位也在不断变化 。 当油位过低 , 油压封不住煤气 , 就会造成活塞油槽鼓泡冒气 ,这是不允许的 。为此结合我厂气柜的技术参数 , 利用相关理论对活塞油槽的油位高度 H进行了验算H =180 +1.1P/9.8 +D/1000 +SH/1000
式中:P—气柜设计贮气压力 , P=8000Pa;
SH—活塞最大行程, SH=67230mm;
D—煤气柜直径, 53629mm;
上数据代入上式即可求得 H=1199mm(P=7000Pa时 H=1086mm)
3.1 活塞油槽油位验算
实践证明 , 用一定的油位高度封住煤气是安全可靠的 , 但由于油在不断循环 ,油位也在不断变化 。 当油位过低 , 油压封不住煤气 , 就会造成活塞油槽鼓泡冒气 ,这是不允许的 。为此结合我厂气柜的技术参数 , 利用相关理论对活塞油槽的油位高度 H进行了验算H =180 +1.1P/9.8 +D/1000 +SH/1000
式中:P—气柜设计贮气压力 , P=8000Pa;
SH—活塞最大行程, SH=67230mm;
D—煤气柜直径, 53629mm;
上数据代入上式即可求得 H=1199mm(P=7000Pa时 H=1086mm)
3.2 密封油位安全率的验算
密封油位高度所产生的压力与活塞下部煤气压力的比值叫密封油安全系数, 即安全率 S,可由下式计算:
密封油位高度所产生的压力与活塞下部煤气压力的比值叫密封油安全系数, 即安全率 S,可由下式计算:
S=Q/P (2)
油位高度产生的压力为:
Q=[ ρ(H-H1-H2-H3)+R] ×9.8(3)式中:H1—油槽底部至滑块距离, H1=45mm;H2油位管理幅度下限, H2=35mm;H3———活塞倾斜 75mm(活塞直 径的0.15‰)时产生的油位减少量 , H3=35mm;ρ—油密度 , P=0.9g/cm3;R—侧板与滑块的间隙阻抗, 当侧板为钢板时 , 滑板与滑块的间隙为 0.5—6.1mm时 ,可按下式计算 :R=-0.13P/9.8 (4)由式(2)、(3)、(4)求得 S=1.07(P=7000Pa时 S=1.35)。 可见 , P=8000Pa时 ,活塞油槽油位为 1199mm时 , 即安全率为1.07。 (P=7000Pa时 , 活 塞油 槽油 位为1086mm时 , 其安全率为 1.35, 即滑块与侧板间隙在 6.1mm这样恶劣的情况下 ,油槽油位仍然是安全的, 此时气柜密封性能与油槽油位的保持能力(油泵供油能力)紧密相关。
油位高度产生的压力为:
Q=[ ρ(H-H1-H2-H3)+R] ×9.8(3)式中:H1—油槽底部至滑块距离, H1=45mm;H2油位管理幅度下限, H2=35mm;H3———活塞倾斜 75mm(活塞直 径的0.15‰)时产生的油位减少量 , H3=35mm;ρ—油密度 , P=0.9g/cm3;R—侧板与滑块的间隙阻抗, 当侧板为钢板时 , 滑板与滑块的间隙为 0.5—6.1mm时 ,可按下式计算 :R=-0.13P/9.8 (4)由式(2)、(3)、(4)求得 S=1.07(P=7000Pa时 S=1.35)。 可见 , P=8000Pa时 ,活塞油槽油位为 1199mm时 , 即安全率为1.07。 (P=7000Pa时 , 活 塞油 槽油 位为1086mm时 , 其安全率为 1.35, 即滑块与侧板间隙在 6.1mm这样恶劣的情况下 ,油槽油位仍然是安全的, 此时气柜密封性能与油槽油位的保持能力(油泵供油能力)紧密相关。
3.3 活塞油槽油量验算
15万 m3煤气柜的外形为正二十四边形 ,每边长 7000mm, 活塞油槽的油量 V1可按下式计算 :V1=(12.33 +58.6H0×10-3)×9 ×1000 (5)式中:H0—油槽上段油位高度 , mm;12.33—油槽下段贮油量 , m3;58.6—上段油槽的横截面积 。 m3;得 V1=40000kg
3.4 升压改造具体实施
15万 m3高炉煤气柜从 11月 20日上午开始停运进行升压改造。由于对气柜的升压改造没有很多经验, 我们对每一个方面的准备都力争确保充分。经停气吹扫完成, 符合人员进气柜的条件下, 首先由技术人员对柜内 24个区域的原有配重块进行清点并做好记录, 再根据需增加数量在每一个区域对所需增加数量做好标记 。 20日晚上 7∶00开始增装配重块 , 直到22日晚上按施工图纸要求共新增配重块4642块 (232100kg)。
15万 m3煤气柜的外形为正二十四边形 ,每边长 7000mm, 活塞油槽的油量 V1可按下式计算 :V1=(12.33 +58.6H0×10-3)×9 ×1000 (5)式中:H0—油槽上段油位高度 , mm;12.33—油槽下段贮油量 , m3;58.6—上段油槽的横截面积 。 m3;得 V1=40000kg
3.4 升压改造具体实施
15万 m3高炉煤气柜从 11月 20日上午开始停运进行升压改造。由于对气柜的升压改造没有很多经验, 我们对每一个方面的准备都力争确保充分。经停气吹扫完成, 符合人员进气柜的条件下, 首先由技术人员对柜内 24个区域的原有配重块进行清点并做好记录, 再根据需增加数量在每一个区域对所需增加数量做好标记 。 20日晚上 7∶00开始增装配重块 , 直到22日晚上按施工图纸要求共新增配重块4642块 (232100kg)。
3.5 升压调试准备
3.5.1 人员安排
调试人员共分为 6个组 ,各负其责,用对讲及时保持联系 :第一组气柜调度室 2人 :负责观察气柜的压力、油槽油位 、活塞上升高度 、气柜温度 、油泵的启动次数及启动时间。
第二组 4人 ,负责现场四个油泵房的油箱油位观察 、风机的运行方式进行了调整 、气柜进出口管道的查检。第三组 2人, 负责对柜内升降吊笼的操作。第四组 4人, 2人负责气柜内油槽油位的检测 ;2人负责对上 、下导轮的倾斜度进行检测, 对活塞的旋转度进行检测计算 。第五组 7人 ,负责配重进行调整移位 。第 6组 6人负责活塞倾斜度测量和导轮 、防回转装置的调整, 除第三组外, 都必须按事先准备好的检测表做好记录, 作为分析和调整的依据。升压调试前仔细对柜体外侧连接的法兰接合处、人孔、清扫孔、放散管法兰接合处等进行了检查,消除泄漏部位。
c.待活塞慢慢上升后, 在根据总指挥的指令逐渐打开出口阀门 , 使活塞以 0.1 ～
0.3m/min的速度上升 。
d.将活塞以 0.1— 0.2m/min的速度上升和降落, 此时应进一步调试活塞上的配重块 ,使活塞运行的最大倾斜度小于 D/500。
e.待活塞升至 13500m3时, 逐渐减少气柜进气量 , 使活塞最终停留在 140000m3位置 。
f.根据调试总指挥的指令, 切断风机电源 。
g.根据调试总指挥的指令, 逐渐打开风机出口阀门, 使柜内气体由风机出口排出(此时风机倒转),并控制活塞下降速度小于0.3m/min。
h.待活塞下降到 10000m3时, 应根据调试总指挥的指令 ,逐渐关小风机的出口门 ,使活塞以小于 0.1m/min的速度着落到活塞支柱上。期间应进一步调试活塞上的配重块,使活塞运行的最大倾斜度小于 D/1000。
i.调整好之后,将活塞降至活塞支座上,关闭所有气体管道上的阀门 ,保持活塞下部2000 ～ 2500Pa的气体压力 。 密封油系统正常工作 ,等待快速升降试验的开始。
j.调试标准 。活塞倾斜度不超过:D/500 -D/1000, 选定为≤50 mm;活塞水平回转量不大于:+20mm;活塞防回转装置工作正常 ;活塞漂移量 :≤15mm;导轮应无阻旋转 (无摩擦声响);活塞无明显跳动 ;如发现超标或异常, 应立即降低运行速度 ,待上述情况消除后再进行试验。
3.5.1 人员安排
调试人员共分为 6个组 ,各负其责,用对讲及时保持联系 :第一组气柜调度室 2人 :负责观察气柜的压力、油槽油位 、活塞上升高度 、气柜温度 、油泵的启动次数及启动时间。
第二组 4人 ,负责现场四个油泵房的油箱油位观察 、风机的运行方式进行了调整 、气柜进出口管道的查检。第三组 2人, 负责对柜内升降吊笼的操作。第四组 4人, 2人负责气柜内油槽油位的检测 ;2人负责对上 、下导轮的倾斜度进行检测, 对活塞的旋转度进行检测计算 。第五组 7人 ,负责配重进行调整移位 。第 6组 6人负责活塞倾斜度测量和导轮 、防回转装置的调整, 除第三组外, 都必须按事先准备好的检测表做好记录, 作为分析和调整的依据。升压调试前仔细对柜体外侧连接的法兰接合处、人孔、清扫孔、放散管法兰接合处等进行了检查,消除泄漏部位。
3.5.2 升压调试具体方案见表 6
3.5.3 试升
活塞试升的速度为 0.1 ～ 0.3m/min, 试升次数可视情况而定。试升的操作程序如下 :
a.关闭试验风机出口阀门
b.启动试验风机, 逐步打开风机的出口阀门, 将风机出口流量控制在 5000m3/h左右 (勿使风机喘振 )。3.5.3 试升
活塞试升的速度为 0.1 ～ 0.3m/min, 试升次数可视情况而定。试升的操作程序如下 :
a.关闭试验风机出口阀门
c.待活塞慢慢上升后, 在根据总指挥的指令逐渐打开出口阀门 , 使活塞以 0.1 ～
0.3m/min的速度上升 。
d.将活塞以 0.1— 0.2m/min的速度上升和降落, 此时应进一步调试活塞上的配重块 ,使活塞运行的最大倾斜度小于 D/500。
e.待活塞升至 13500m3时, 逐渐减少气柜进气量 , 使活塞最终停留在 140000m3位置 。
f.根据调试总指挥的指令, 切断风机电源 。
g.根据调试总指挥的指令, 逐渐打开风机出口阀门, 使柜内气体由风机出口排出(此时风机倒转),并控制活塞下降速度小于0.3m/min。
h.待活塞下降到 10000m3时, 应根据调试总指挥的指令 ,逐渐关小风机的出口门 ,使活塞以小于 0.1m/min的速度着落到活塞支柱上。期间应进一步调试活塞上的配重块,使活塞运行的最大倾斜度小于 D/1000。
i.调整好之后,将活塞降至活塞支座上,关闭所有气体管道上的阀门 ,保持活塞下部2000 ～ 2500Pa的气体压力 。 密封油系统正常工作 ,等待快速升降试验的开始。
j.调试标准 。活塞倾斜度不超过:D/500 -D/1000, 选定为≤50 mm;活塞水平回转量不大于:+20mm;活塞防回转装置工作正常 ;活塞漂移量 :≤15mm;导轮应无阻旋转 (无摩擦声响);活塞无明显跳动 ;如发现超标或异常, 应立即降低运行速度 ,待上述情况消除后再进行试验。
3.5.4 快速升降试验
为了保证煤气柜的安全, 快速升降试验应按下述原则进行:
a.活塞启动要求慢 (速度低于 0.1m/min)。
b.活塞应在运行中逐步提高运行速度,每次增加 0.1m/min。
c.快速升降试验因受条件限制, 根据验收要求可只做快速下降试验。快升试验可通过控制风机出口阀门来控制活塞上升速度。当活塞启动后,再逐渐打开出口阀门 ,控制柜风量及活塞上升速度 。
d.每次提高活塞上升速度的指令应先由柜内指挥(乙方人员 )发指令, 再由柜外指挥(甲方 )下令各操作岗位执行 。上升的最大速度可由现场所配风机的能力来定, 一般上升速度应达 0.5m/min。
e.干式煤气柜快速下降试验的目标值为0.8m/min～ 1.0m/min。 活塞下降时可以控制风机出口阀门 (此时风机倒转 )、煤气柜出口管调节阀和 DN1000放散阀等来控制活塞下降速度。每次提高活塞下降速度的指令应由柜内指挥 (乙方人员 )发出指令, 再由柜外指挥(甲方 )下令各操作岗位执行。
f.活塞在快速运行时, 必须密切注意密封机构的工作情况,设专人测量活塞倾斜度、回转量和活塞漂移情况。g.当活塞上行到 13.5万 m3时, 应逐渐减慢活塞运行速度 , 直至活塞止。 (活塞着落到活塞指甲上的速度应小于 0.05m/min,以免撞击密封机构。)
注 :根据工程现场实际情况 ,风机风量无法满足快速上行试验, 故只能按现场风机工作状态做活塞上行试验 , 由于可拆开活塞上人孔, 可做活塞快速下行试验。
为了保证煤气柜的安全, 快速升降试验应按下述原则进行:
a.活塞启动要求慢 (速度低于 0.1m/min)。
b.活塞应在运行中逐步提高运行速度,每次增加 0.1m/min。
c.快速升降试验因受条件限制, 根据验收要求可只做快速下降试验。快升试验可通过控制风机出口阀门来控制活塞上升速度。当活塞启动后,再逐渐打开出口阀门 ,控制柜风量及活塞上升速度 。
d.每次提高活塞上升速度的指令应先由柜内指挥(乙方人员 )发指令, 再由柜外指挥(甲方 )下令各操作岗位执行 。上升的最大速度可由现场所配风机的能力来定, 一般上升速度应达 0.5m/min。
e.干式煤气柜快速下降试验的目标值为0.8m/min～ 1.0m/min。 活塞下降时可以控制风机出口阀门 (此时风机倒转 )、煤气柜出口管调节阀和 DN1000放散阀等来控制活塞下降速度。每次提高活塞下降速度的指令应由柜内指挥 (乙方人员 )发出指令, 再由柜外指挥(甲方 )下令各操作岗位执行。
f.活塞在快速运行时, 必须密切注意密封机构的工作情况,设专人测量活塞倾斜度、回转量和活塞漂移情况。g.当活塞上行到 13.5万 m3时, 应逐渐减慢活塞运行速度 , 直至活塞止。 (活塞着落到活塞指甲上的速度应小于 0.05m/min,以免撞击密封机构。)
注 :根据工程现场实际情况 ,风机风量无法满足快速上行试验, 故只能按现场风机工作状态做活塞上行试验 , 由于可拆开活塞上人孔, 可做活塞快速下行试验。
3.6 升压调试具体施工
气柜升压调试于 24日上午 9∶40正式开始进行升活塞调试。首先是采用鼓风机对气内缓慢送气, 活塞升至约 200mm高度时有 4个立柱导轨处开始有轻微漏气现象 (15#～ 20#柱 ), 考虑到倾斜度 、旋转度的数据还不能及时掌握, 只能对活塞继续上升 , 11∶20约 1.5米高度时, 每个导轨都有漏气现象, 倾斜度最大的方向是在气柜南侧的 11#柱到 22#柱,其中 15#～ 20#柱漏气最严重,油位急剧下降, 由于漏气点太多 ,无法检测到具体数据。检查记录如表 7。考虑到可能由于漏气对密封有影响, 与外部联系要求活塞下降, 12∶00活塞落底。下午根据气柜运行情况及检查记录集中进行分析, 判断故障原因为活塞不平度过大, 确定措施:
气柜升压调试于 24日上午 9∶40正式开始进行升活塞调试。首先是采用鼓风机对气内缓慢送气, 活塞升至约 200mm高度时有 4个立柱导轨处开始有轻微漏气现象 (15#～ 20#柱 ), 考虑到倾斜度 、旋转度的数据还不能及时掌握, 只能对活塞继续上升 , 11∶20约 1.5米高度时, 每个导轨都有漏气现象, 倾斜度最大的方向是在气柜南侧的 11#柱到 22#柱,其中 15#～ 20#柱漏气最严重,油位急剧下降, 由于漏气点太多 ,无法检测到具体数据。检查记录如表 7。考虑到可能由于漏气对密封有影响, 与外部联系要求活塞下降, 12∶00活塞落底。下午根据气柜运行情况及检查记录集中进行分析, 判断故障原因为活塞不平度过大, 确定措施:
5 结束语
本次对 15万立方米高炉煤气柜的升压改造 ,难度和压力非常大。在整个调试过程中需对活塞顶部的 24个区内原有及新增加的配重块按设计要求进行数量和重量的确认, 并按实
际情况进行配重块及导轮调整,以确保直径为52米的活塞在气柜内能平稳地运行 。整个调试过程中需对行程 74米的活塞运行多次,至少需时间约 72小时才能完成。另外, 由于压力的增加,对气柜密封油高度的控制 ,对油箱油位的控制都得进行重新调节。经过对 15万立方米高炉煤气柜的升压改进和完善, 该柜压力由 6800Pa调整至8000Pa。 煤气柜重新投入到涟钢生产运行中去 ,高炉煤气管网和气柜的运行状况得到了较大的改善。在涟钢的高炉煤气管网供应中 , 15万立方米高炉煤气柜确保了煤气用量平衡和本管网压力稳定 , 减少了高炉煤气的放散, 效果显著, 为涟钢节能减排工作发挥了不可缺少的作用 。
本次对 15万立方米高炉煤气柜的升压改造 ,难度和压力非常大。在整个调试过程中需对活塞顶部的 24个区内原有及新增加的配重块按设计要求进行数量和重量的确认, 并按实
际情况进行配重块及导轮调整,以确保直径为52米的活塞在气柜内能平稳地运行 。整个调试过程中需对行程 74米的活塞运行多次,至少需时间约 72小时才能完成。另外, 由于压力的增加,对气柜密封油高度的控制 ,对油箱油位的控制都得进行重新调节。经过对 15万立方米高炉煤气柜的升压改进和完善, 该柜压力由 6800Pa调整至8000Pa。 煤气柜重新投入到涟钢生产运行中去 ,高炉煤气管网和气柜的运行状况得到了较大的改善。在涟钢的高炉煤气管网供应中 , 15万立方米高炉煤气柜确保了煤气用量平衡和本管网压力稳定 , 减少了高炉煤气的放散, 效果显著, 为涟钢节能减排工作发挥了不可缺少的作用 。
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