韶鋼8號高爐密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)維護實踐

陳彥銘，潘偉恩，楊 君

（廣東韶鋼煉鐵廠，廣東 韶關 512123）

韶鋼8號高爐（3200m3）于2009年10月18日點火開爐，本體冷卻壁、爐底水冷管和熱風閥配備了一套軟水密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。2019年9月開始，8號高爐爐腹和爐腰相鄰兩段開始出現(xiàn)冷卻壁燒壞現(xiàn)象，并沿著燒壞水道向著兩邊擴散。該套冷卻系統(tǒng)生產(chǎn)10年，未出現(xiàn)冷卻壁燒壞等問題，在3200m3大高爐生產(chǎn)上發(fā)揮了積極的引領作用。

1 軟水密閉循環(huán)冷卻

軟化水具有水質好、不結垢、無污染、熱交換率高等特點，軟化水密閉循環(huán)系統(tǒng)具有水溫、水壓穩(wěn)定等優(yōu)點，使用該系統(tǒng)可延長高爐的使用壽命，使一代爐齡>15年[1]。8號高爐本體冷卻壁設計了軟水密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，水質管控要求如下表1所示。

表1 凈環(huán)水關鍵指標控制標準

1.1 配備情況

8號高爐軟水密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設置了兩系，即軟水Ⅰ系統(tǒng)和軟水Ⅱ系統(tǒng)。軟水Ⅰ系統(tǒng)設循環(huán)泵2臺，1用1備，冷卻范圍包括爐底水冷管、熱風閥，冷卻水量為680m3/h。冷卻水經(jīng)爐底水冷管后，供給熱風閥冷卻，然后由熱風爐區(qū)域的脫氣罐脫氣后直接返回水泵房，經(jīng)過蒸發(fā)式空冷器冷卻降溫，再經(jīng)循環(huán)水泵加壓后循環(huán)使用，形成閉式循環(huán)。由于冷卻用戶比較穩(wěn)定，所以軟水Ⅰ系冷卻水溫基本維持在35℃。軟水密閉循環(huán)冷卻水如下圖1所示。

圖1 軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)流程圖

軟水Ⅱ系設循環(huán)泵5臺，采用3用2備，冷卻范圍為爐體冷卻壁，冷卻水量為6300m3/h，水壓為0.75MPa，分為兩路：第一路（水量為2800m3/h）冷卻爐缸冷卻壁和爐身鑄鐵冷卻壁，從爐喉水冷壁排出；第二路（水量為3500m3/h）冷卻爐腹、爐腰的銅冷卻壁。兩路軟水的排水均回到脫氣罐，然后通過同一管道返回水泵房，經(jīng)過蒸發(fā)式空冷器冷卻降溫，再經(jīng)循環(huán)水泵加壓后循環(huán)使用，形成閉式循環(huán)。軟水Ⅰ系統(tǒng)和軟水Ⅱ系統(tǒng)各設了1套柴油機泵，用于停電時應急供水。

1.2 蒸發(fā)式空冷器

8號爐設置12組蒸發(fā)式空冷器，單臺冷卻水量約550m3/h。軟水I系1組，設計冷卻能力為5℃；軟水II系11組，設計冷卻能力為7℃。空冷器為管式結構，材質為304不銹鋼。每組空冷器設置獨立循環(huán)冷卻水接水槽，噴淋泵從接水槽吸水，送到管式換熱器上方的噴淋灑水裝置，然后將水噴灑到管束表面，帶走管體內(nèi)部軟水傳導到管體表面的熱量；每臺空冷器設置風機，加速空氣流動，強化傳熱效果。設置1臺上塔泵，從凈環(huán)水池吸水，補充空冷器噴淋水蒸發(fā)水分。

由于噴淋水是每組空冷器內(nèi)部循環(huán)使用，當空冷器冷卻能力小于軟水從爐體帶出來的熱量時，接水槽的循環(huán)冷卻水水溫就會升高，不斷接近內(nèi)部軟水的溫度，冷卻效果下降。2019年增加了噴淋水池的補充水量，同時每個池子增加了一組溢流管，加快了噴淋水池冷卻水的置換速度，噴淋水溫由43℃降低到40℃，提高了冷卻效果。當噴淋水池水溫長時間>43℃，采取外排部分冷卻水，更換使用高爐凈環(huán)水的措施降低冷卻水溫。

縱橫多層的管道設計使得中間部位的冷卻管表面清洗難度非常大，304不銹鋼管表面結垢導致傳熱效率下降，冷卻效果差。至2018年，單臺空冷器的進出水溫差只有3℃～4℃，高爐供水溫度長期>43℃。2019年采取逐臺退出，整體更換冷卻管道的方式檢修，冷卻能力提高到5℃～6℃左右。

空冷器水槽貯水池小、蒸發(fā)量大、濃縮倍數(shù)高是結垢的根本原因[2]。每年定期清理空冷器水槽的淤泥；根據(jù)水槽水質的變化情況，更換、補充新水，濃縮倍數(shù)宜控制在<6倍，濁度<10 NTU，提高冷卻效果，減少空冷器冷卻管的結垢風險。及時更換破損的噴淋頭，保證噴淋水均勻，避免成股噴出，保證噴淋效果。日常班組檢查注意空冷器百葉窗是否存在破損，脫落和結灰等情況，并及時維護，確保足夠的冷卻風量和均勻進風，并根據(jù)百葉窗的使用壽命，做定期更換計劃。

1.3 水質管理

軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)在注水和補充水過程中會帶入少量溶解氧、細菌和微量垢質，長期運行會有大量細菌繁殖，腐蝕管壁，影響換熱。8號爐循環(huán)水管線采用鈍化預膜處理，同時設置兩套加藥裝置，定期向系統(tǒng)中加入緩蝕劑、防腐劑等藥品。8號爐水質運行整體比較穩(wěn)定，為延長高爐冷卻壁壽命創(chuàng)造了良好的作業(yè)環(huán)境，主要指標控制如下圖2所示。

圖2 2020年8號爐軟水電導率、濁度趨勢

隨著爐役的延長和冶煉強度的增加，本體冷卻水水溫差在逐步增加，維持在8℃以上。為了增加冷卻強度，2018年3月份開始，軟水Ⅱ系采用4用1備的運行模式，總水量增加到6800m3/h，在一定程度上緩解水溫差長期偏高的問題。在暑季或爐墻渣皮穩(wěn)定性差的階段，供水供水溫度長期保持在43℃～45℃左右，排水溫度>50℃。水泵房通常采取大量置換軟水的方法降低軟水Ⅱ系的水溫<42℃。

軟水在與冷卻壁進行熱交換的過程中會產(chǎn)生一定量的氣泡。8高爐在爐頂平臺設置了2個脫氣罐，及時把產(chǎn)生的氣泡排出，避免水冷管產(chǎn)生汽阻現(xiàn)象，相當于增加冷卻水量，提高冷卻強度，同時也可減少水中溶解氣對水管的腐蝕，延長冷卻壁的壽命。

1.4 冷卻管控

高爐足夠的冷卻強度是保證高爐安全運行的基本條件，尤其是在爐身下部、爐腰、爐腹和爐缸等位置，隨著爐役延長，冷卻強度需求也會提高。8號爐本體軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)供水設兩路，更有利于爐役后期冷卻水量的控制。2019年增開一臺軟水泵提高冷卻水量，通過冷卻水閥門開度調整，維持爐缸及爐身上部區(qū)域冷卻水量不變的情況下，增加爐腹、爐腰區(qū)域銅冷卻壁薄弱環(huán)節(jié)的冷卻水量，供水量由原來3500m3/h增加到4000m3/h，調節(jié)更加靈活的，精準。

冷卻壁的檢漏十分重要。如能及時地查出漏水冷卻壁，就能把漏水事故消滅在萌芽中，同時有利于高爐長壽[3]。軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)查漏難度比較大。在少量漏水階段，需要杜絕軟水系統(tǒng)跑冒滴漏現(xiàn)象，通過長期觀察脫氣罐液位的趨勢來判斷是否存在漏水。在冷卻壁破壞嚴重，補水次數(shù)會明顯增加，補水量也大幅提高。這個階段可以根據(jù)風口狀態(tài)及水跡、氫氣含量和鐵口爐溫變化等判斷漏水冷卻壁所在區(qū)域，然后用排氣孔點火法確認漏水點所在串號。2019年開始8號高爐燒壞38根水道，通過系統(tǒng)性監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和準確處置，避免因冷卻壁漏水引發(fā)爐況異常。

預防措施：

8號高爐冷卻壁給排水水管采用的是法蘭連接，在處理漏水冷卻壁過程中，拆分管頭花費的時間占75%。2020年開始，爐腹至爐身下部3層冷卻壁的法蘭硬連接管全部改成快速接頭，用不銹鋼金屬軟管連接，大大提高了管頭漏水和冷卻壁漏水處理的速度，同時也避免了因爐殼上漲造成的管頭拉裂、漏水。

2 結語

（1）軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)設計足夠的冷卻水量，分段式靈活的水量控制為高爐冷卻壁維持10年沒有燒壞的長壽管理發(fā)揮著非常重要的作用。

（2）軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)供水溫度是保證冷卻水有足夠的冷卻能力的關鍵所在，需要做好空冷器噴淋水質、水量和水溫的日常管理，維護百葉窗通風良好，設備穩(wěn)定運行，等。

（3）執(zhí)行嚴格的水質管理，去除溶解氧、細菌和微量垢質，有效脫氣等是避免管道內(nèi)細菌繁殖，腐蝕管壁，提高換熱效果的有效途徑。

（4）軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)性能總體優(yōu)于開路的凈環(huán)水冷卻，但也給查漏帶來了困難，這需要做好日常水路整體密封性維護，落實相關操業(yè)參數(shù)監(jiān)控，提高快速排查和處理漏水點的能力。