1880 m3高爐沖渣循環(huán)水系統(tǒng)改造

張志強(qiáng)

（萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心，山東萊蕪 271104）

0 前言

2×1880 m3高爐渣處理采用圖拉法工藝，該工藝具有以下特點(diǎn)：占地面積小；遇鐵不爆炸，可處理含鐵40%以上的熔渣；節(jié)水、節(jié)電；工藝流程短，易于布置；成品渣含水量低、質(zhì)量好等。工藝流程：高爐液態(tài)渣經(jīng)渣溝流落到快速旋轉(zhuǎn)的粒化輪，被粒化輪葉片擊碎，并沿切線方向拋射出去，同時(shí)，受到從粒化輪上、下噴頭噴出的高壓水流冷卻和水淬作用而形成水渣，再經(jīng)脫水器濾水后流到渣皮帶，通過皮帶外運(yùn)火車車皮。

循環(huán)水系統(tǒng)是整個(gè)工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從脫水器中被濾出的水，攜帶≤2 mm的小顆粒的粒化渣，進(jìn)入沉淀水池，經(jīng)重力沉淀后，由氣力提升機(jī)將粒化渣外排渣場(chǎng)，沉淀池中的水通過渣漿泵再用于冷卻粒化輪、殼體、水淬熔渣等，并沖洗內(nèi)、外篩網(wǎng)以保持脫水器的過濾性能。

1 設(shè)備現(xiàn)狀

循環(huán)水系統(tǒng)動(dòng)力源由沖渣泵房提供，每座高爐泵房各有3套供水泵組，水泵均采用博山渣漿泵，泵組出水口控制閥門結(jié)構(gòu)形式均由水力控制閥和手動(dòng)漿液閥組成（圖1）。水力控制閥主要用來防止管道內(nèi)的水倒流，以免水泵倒轉(zhuǎn)，造成系統(tǒng)壓力卸壓或產(chǎn)生“水錘”，此特點(diǎn)優(yōu)于普通止回閥。手動(dòng)漿液閥用來切斷管道出口，當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，便于水泵檢修。在日常生產(chǎn)過程中，循環(huán)水系統(tǒng)所存在的各種缺陷逐漸暴露出來，集中于沖渣泵房?jī)?nèi)，主要存在4個(gè)問題。

（1）水力控制閥關(guān)不嚴(yán)，引起渣漿泵倒轉(zhuǎn)。

（2）水力控制閥關(guān)不嚴(yán)，造成供水管道系統(tǒng)卸壓，為了不影響供水壓力，需多臺(tái)水泵同時(shí)工作，嚴(yán)重浪費(fèi)資源。

（3）循環(huán)水與熔渣熱交換后，水溫迅速升高至80～97℃，導(dǎo)致水力控制閥密封老化快，縮短了使用壽命。

（4）手動(dòng)漿液閥開關(guān)不靈活、關(guān)閉不嚴(yán)密，造成泄水現(xiàn)象。

圖1 供水泵組

2 原因分析

循環(huán)水系統(tǒng)水力控制閥是故障的關(guān)鍵點(diǎn)，控制開合主要依靠閥門進(jìn)出口水壓來自行控制，沒有外部驅(qū)動(dòng)裝置，為此分析水力控制閥的工作原理。水泵啟動(dòng)后，下控制腔由進(jìn)口端補(bǔ)水至下控制腔，推動(dòng)閥芯向上運(yùn)動(dòng)，上控制腔的水通過針閥排出至出口，由于針閥NV1的節(jié)流作用，閥門緩慢開啟。水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，閥門繼續(xù)打開直到全開，水泵停止后閥板在感應(yīng)彈簧及水流作用下迅速關(guān)閉至90%，出口端高壓水通過針閥NV2進(jìn)入上控制腔，下控制腔的水通過BV流入進(jìn)口端，最終在上控制腔壓力的作用下完全關(guān)閉，其中上、下控制腔是靠膜片隔開的（圖2）。而進(jìn)入閥體上、下控制腔的通徑是直徑為Φ8的控制管路，含渣量高的渣水極易將控制管堵塞，一方面導(dǎo)致控制腔不通而形不成開啟或關(guān)閉壓力，另一方面在閥座上形成厚厚的積渣，造成閥板與閥座配合不嚴(yán)。

水力控制閥關(guān)閉不嚴(yán)，渣漿泵倒轉(zhuǎn)，渣漿泵軸頭密封由于反復(fù)正反轉(zhuǎn)，造成密封處軸徑磨損嚴(yán)重，而軸承箱、泵體、殼體卻完好無損，由此可見水力控制閥對(duì)介質(zhì)清潔度要求較高，不適于該循環(huán)水系統(tǒng)使用環(huán)境，為此有必要進(jìn)行改造。手動(dòng)漿液閥雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是結(jié)構(gòu)剛性差，密封面易損壞，使用壽命短，開關(guān)不靈活，不能快速切斷水流。

圖2 水力控制閥工作原理

3 改造方案

根據(jù)水力控制閥主要作用，選擇相同使用性能閥門替代，并對(duì)閥門結(jié)構(gòu)形式、使用壽命、性價(jià)比全面分析，可以采用電動(dòng)閘閥或電動(dòng)偏心半球球閥進(jìn)行替代。

3.1 閥門重新選型

3.1.1 Z941H-10C電動(dòng)閘閥

用電動(dòng)閘閥代替水力控制閥。將1#沖渣泵房水力控制閥更換為Z941H-10 DN400型電動(dòng)閘閥；將2#沖渣泵房水力控制閥更換為Z941H-10 DN500型電動(dòng)閘閥。由于所使用的介質(zhì)水中帶渣嚴(yán)重，常因閥座底部積渣而造成閘板關(guān)不嚴(yán)，對(duì)此要求生產(chǎn)廠家對(duì)閘閥做相應(yīng)的改進(jìn)。具體改進(jìn)操作時(shí)，可將閥門底部開一個(gè)通孔后再加上一個(gè)小的閥門，主要作用是通過開啟閘閥底部閥門將積渣及時(shí)排出，從而保證閘板能夠關(guān)閉到位（圖3）。

圖3 閘板閥改造示意

3.2 電動(dòng)偏心半球球閥PBQ940H-10C

3.2.1 電動(dòng)偏心半球球閥門改造（圖4）

用電動(dòng)偏心半球球閥代替水力控制閥。同樣考慮到使用介質(zhì)水中帶渣嚴(yán)重，會(huì)在閥體下部積渣而造成球體無法轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)不嚴(yán)，要求現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)要改變一下角度，同時(shí)要求生產(chǎn)廠家把電機(jī)、手輪的安裝位置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和安裝；并在閥門底部留出一個(gè)通孔，再加上一個(gè)小的閥門，目的是通過開啟球閥底部閥門將積渣及時(shí)排出，從而保證閥門球體能夠關(guān)閉到位。

圖4 電動(dòng)偏心半球球閥改造示意

3.2.2 安裝方法

正常安裝位置（球體轉(zhuǎn)軸垂直安裝）適用于清水介質(zhì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)的需要，安裝時(shí)應(yīng)沿軸線旋轉(zhuǎn)90°，使其球體轉(zhuǎn)軸呈水平狀態(tài)，閥球體運(yùn)行軌線是由上到下，這樣閥門在開啟狀態(tài)時(shí)，球體旋到上部，沖渣水可暢通無阻的通過；閥門在關(guān)閉時(shí)，球體自上而下旋轉(zhuǎn)。

3.3 2種閥門優(yōu)化選擇

電動(dòng)閘閥主要零件材料，閥體、閥蓋為WCB；閘板、閥座WCB1Cr18Ni9；不銹鋼閥桿；閥桿螺母黃銅；油浸石棉盤根或柔性石墨填料；石棉橡膠板墊片。電動(dòng)偏心半球球閥主要零件材料，WCB的閥體、閥蓋；上下閥桿2Cr13；1Cr18Ni9Ti的球體；合金鋼的閥座密封圈；柔性石墨填料；墊片是柔性石墨復(fù)合墊。2種閥門尺寸參數(shù)見表1。由各表可看出，①電動(dòng)閘閥重量大，所需安裝空間大，管路的承載力能力不足，須制作管托；②電動(dòng)閘閥電動(dòng)偏心半球球閥體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)形式更為合理。最終選用電動(dòng)偏心半球球閥。

表1 尺寸參數(shù)

4 方案實(shí)施

以2#爐沖渣泵房3#泵組為例，將現(xiàn)場(chǎng)水力控制閥由目前的位置拆除，在原位置加等通徑，長(zhǎng)度1100-540=570 mm的管道，再將DN500的電動(dòng)偏心半球球閥安裝到相應(yīng)位置。閥門接電及信號(hào)的設(shè)定由電氣、自動(dòng)化部負(fù)責(zé)（圖5）。1#沖渣泵改造方法同2#，新加管路長(zhǎng)度以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量為準(zhǔn)。

5 改造效果及經(jīng)濟(jì)效益

5.1 改造效果

2#沖渣泵房 3#泵 自2016年1月定修改造以來，運(yùn)行效果非常理想，閥門開關(guān)靈活，密封性能可靠，完全消除了泵倒轉(zhuǎn)問題，滿足了生產(chǎn)的需要，相對(duì)應(yīng)泵及閥門的使用壽命有了很大的提高。

圖5 2#沖渣泵房3#泵組改造示意

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

5.2.1 節(jié)省備件的費(fèi)用計(jì)算

（1）渣漿泵。改造前每臺(tái)渣漿泵泵軸使用壽命約6個(gè)月，改造后，使用壽命提高到18個(gè)月，2座沖渣泵房每年可節(jié)省泵軸8根。每臺(tái)泵軸總成價(jià)值3.5萬元，每年可節(jié)省費(fèi)用28萬元。

（2）漿液閥。改造前漿液閥每臺(tái)使用壽命3個(gè)月，改造后，閥始終處于常開狀態(tài)，開關(guān)頻率極低，使用壽命提高到24個(gè)月，2座沖渣泵房每年可節(jié)省漿液閥21個(gè)。每臺(tái)漿液閥價(jià)值0.68萬元，每年可節(jié)省費(fèi)用14.28萬元。

（3）水力控制閥。改造前水力控制閥每臺(tái)使用壽命3個(gè)月，改造后，偏心半球閥閥使用壽命12個(gè)月，每臺(tái)水力控制閥價(jià)值2.3萬元，每臺(tái)偏心半球閥價(jià)值3.8萬元，每年可節(jié)省費(fèi)用26.4萬元。

5.2.2 節(jié)省用電費(fèi)用

改造前，需2臺(tái)甚至是3臺(tái)泵同時(shí)工作才能滿足生產(chǎn)需要，改造后，只需1臺(tái)泵就能達(dá)到用水要求，每座沖渣泵閥組每天工作18 h以上，電機(jī)功率355 kW，電費(fèi)按0.55元/kW·h，則每年可節(jié)省用電費(fèi)用256.56萬元。

5.2.3 節(jié)省清理火渣費(fèi)用

改造前，2015年每座泵房處理故障平均需放火渣72爐次，改造后，泵房處理故障無需再放火渣，清1爐火渣費(fèi)用2000元，則每年可節(jié)省渣場(chǎng)清理費(fèi)用28.8萬元。各項(xiàng)費(fèi)用合計(jì)每年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益354.04萬元。