VOD精煉爐故障診斷與處理

時慧斌

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鋼二廠 太原）

一、前言

太鋼煉鋼二廠南區VOD精煉爐由 DANIELI Centro-Met（達涅利）公司設計，于2002年建成投產，設計處理鋼水量75t，鋼包為橢圓形，鋼包理論空間1250mm，真空泵抽氣能力270kg。2004年對真空泵系統進行了改造，主要是更換了一套由西重所設計的抽氣能力為300kg的真空泵。2007年VOD設備擴容改造，主要改造內容為：鋼包容量由75t擴容為90t，橢圓包改為圓形包，并同時對相應的罐車、罐蓋進行了更換。2009年針對VOD擴容改造后存在的問題，對罐車、罐蓋提升進行了設備改進，增大了鋼車真空罐凈空間。2010年對VOD布袋除塵系統 ，新增一套布袋除塵系統。改造后的VOD真空脫氣裝置的真空系統采用五級蒸汽噴射系統，其系統原理圖如圖1所示。

真空泵設計為5級蒸汽噴射系統（圖2），帶有3臺中間冷凝器（C1，C2，C3），和一套真空壓力調節裝置。為提高低真空段的抽氣能力和縮短抽氣時間，在末兩級噴射泵并聯兩臺輔助噴射泵（4b，5b），輔助噴射泵前各裝有一個逆止閥，以避免真空短路。在SE1前還有旋風除塵器、氣體冷卻器和布袋除塵器。

按照從5級到1級順序開啟輔助泵，噴射泵和增壓泵，具有一定壓強的工作水蒸汽通過拉瓦爾噴嘴減壓增速（蒸汽的勢能轉化成為動能），以超音速噴入吸入室，使吸入室產生一個負壓區，爐氣由吸入口進入吸入室，蒸汽與爐氣成為混合氣體進入擴壓器后減速增壓并進入冷凝器內，在冷卻水的噴淋冷卻作用下，高溫狀態的水蒸汽與冷卻水進行熱交換，水蒸汽被冷卻水冷凝成為冷凝水，并隨冷卻水一起由冷凝器底部的下水口流至水封池內，部分廢氣由冷凝器上方的出口排至下一級噴射泵，最后由排氣管排到廠房外。在此過程中VOD真空中產生真空，利用鋼液的底吹攪拌作用以達到合金成分均勻化，同時對鋼液成分進行調整。

圖1 VOD真空泵系統原理圖

圖2 VOD設備系統流程圖

二、故障描述

從2009年開始，VOD真空泵系統不斷出現效率降低的問題，抽真空時間長，有時洗泵后第二天出現真空度反彈現象，尤其是在2011年1、2月，累計出現3次真空度反彈現象。2011年4月，VOD連續3次發生檢修后真空度嚴重反彈的現象，且故障程度一次比一次嚴重，對不銹鋼的生產造成嚴重干擾。

三、影響因素

通過運用6σ分析工具，如因果分析圖、魚刺圖，分析真空度劣化可能存在的因素：真空測量裝置是否故障或失效；生產系統是否正常，包括罐蓋系統泄漏，系統產生過量廢氣，工藝設備性能下降等；真空泵本身是否有故障，包括蒸汽切斷閥、逆止閥內泄，泵系統泄漏，噴嘴堵塞或損壞，擴壓管的收縮段及彎頭積垢，冷凝器積垢堵塞等。工作蒸汽是否正常，包括壓力、溫度、干燥度、疏水、波動等情況；濁環水是否正常，包括水溫、水壓、流量等指標。

四、原因分析

根據VOD檢修后調試空抽情況，以及前期生產情況，排除了真空測量裝置故障的因素。調試及生產處理鋼水過程中，對罐蓋系統、加料系統進行檢漏，泄漏情況良好。通過真空主閥的切換，選擇帶1#布袋除塵器、2#布袋除塵器或不帶布袋除塵器，真空泵反映的情況相同，排除了布袋除塵器的影響。對于工作蒸汽，雖有波動，但溫度、壓力的波動程度在許可范圍內，且蒸汽只會影響到真空泵的能力，不會造成大幅反彈，也排除了工作蒸汽的影響。根據對真空系統的數據和真空度反彈的規律進行分析，判斷真空度差是由于泄漏或冷凝效果不佳引起的，主要包括：

（1）各噴射泵的拉瓦爾噴嘴的穩定段的磨損。這種磨損以前也曾經發生過。拉瓦爾噴嘴的穩定段磨穿后，進入噴射泵的一部分蒸汽未能經過噴嘴喉口加速就直接進入了廢氣，增加了廢氣量，同時經過喉口加速的蒸汽減少，使超音速蒸汽減少，影響了真空度的上升。

（2）各噴射泵的蒸汽切斷閥泄漏（未到位或密封磨損）。這種可能會使多余的蒸汽在該閥關閉時進入系統，這樣導致蒸汽進入廢氣，增加了廢氣量，使真空泵的負荷增加，延長了抽氣的時間。

（3）SE 4b或SE 5b前的逆止閥損壞（閥蓋脫落，偏移、泄漏等）。這種情況以前也發生過，當SE3、開啟時，SE 4b、SE5b這兩只輔助噴射泵關閉，其逆止閥同時相應關閉，但逆止閥存在泄漏的話，在內部SE 4a，SE 4b之間，以及SE 5a，SE 5b之間形成真空短路，混合氣體存在兩個內部循環，致使部分氣體不能及時抽走，使抽氣時間大大增加，但泄漏量還是略小于抽氣量，所以經過較長時間，真空度還是可以抽到0.05kPa（0.5mbar）。

（4）C1冷凝器影響，C1冷凝器泄漏或C1冷凝器濁環水流量小，造成蒸汽和冷凝水冷凝作用不充分，或由于冷凝器的冷凝水噴淋裝置腐蝕磨損，導致噴淋不均勻，冷凝作用不能充分，冷凝器中的煙氣含量大，造成真空度低下。

（5）隔音層內管道和各冷凝器本體的磨損問題。為了隔音，真空管道外側都包了厚厚的隔音材料，當本體磨穿時，有空氣進入真空系統，但由于有隔音材料覆蓋，極限真空度可以在最后達到50Pa。

五、故障排查

在各噴嘴中，4a、4b、5a、4b在 3月份剛剛進行了更換，所以這種可能可以排除。為了檢驗各蒸汽切斷閥是否泄漏，關閉切斷閥、手動閥，打開切斷閥閥后法蘭，打開蒸汽總閥，逐個打開手動門，觀察蒸汽是否有泄漏。除SE2蒸汽切斷閥內泄外，其余均正常，但SE2蒸汽切斷閥的內泄與此次故障無關，排除了蒸汽切斷閥的影響。

組織檢修人員將4b或5b前的逆止閥拆下來，檢查在關閉狀態下閥門的密封性及開關是否良好，排除了逆止閥的影響。拆除C1冷凝器、SE2、SE3的外部保溫，進行泄漏檢查，未發現有漏點。

檢查冷凝器濁環水流量，發現其最近兩天流量偏小，水流量由以前的690t/h減小到480t/h。遂檢查濁環水分配器，發現C1冷凝器的濁環水給水蝶閥故障，驅動系統與閥門脫開，蝶閥門柄不動作。更換蝶閥后，水流量恢復正常，將濁環水流量緩慢調整到710t/h左右。

六、調試情況

對VOD真空系統進行調整后，進行試抽真空，空試時3min內極限真空度可抽到50Pa。VOD正常處理鋼水，抽真空時間與極限真空度均滿足工藝要求。

從VOD真空度的劣化情況來看，真空泵系統的冷凝器濁環水的流量對真空泵的影響極大，水流量過大，增加了煙氣阻力，水流量過小，蒸汽冷凝不足，

增加了真空泵的負荷。由此次故障可以看出，VOD系統的冷凝器濁環水流量在690t/h的值上是一個分水嶺，濁環水流量＜690t/h真空管泵效率降低，＜500t/h系統效率急劇惡化。因此考慮到濁環水系統的波動，濁環水流量應控制在710～750t/h。

七、結束語

對VOD真空系統真空度劣化原因運用6σ分析工具，使用排除法進行篩選，找出最可能的原因C1冷凝器的問題，圍繞C1冷凝器進行檢查，最終確診并解決了設備故障，VOD真空泵效率得以恢復，滿足了生產工藝要求。