解決3 號高爐噴堿脫水塔問題的實踐

林 娜， 楊天亮

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司， 河北 唐山 063200）

1 系統介紹

首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司（以下簡稱京唐）采用高爐煤氣全干法除塵工藝，相比濕法除塵提高了除塵效率，但是不能除去高爐煤氣中的腐蝕性成分HCl、H2S、S02等酸性腐蝕性物質，因此專門設計了噴堿塔系統。在借鑒一期經驗基礎之上，二期3號高爐建設之初便設計了噴堿塔。

本系統使用雙流體氮氣霧化噴嘴向管道內噴射顆粒細小的水滴，與高溫煤氣直接、充分接觸后，迅速蒸發并且帶走熱量，實現高溫煤氣的快速降溫。降溫后的高爐煤氣煤氣，再次與40%NaOH 溶液噴淋液接觸，煤氣中的高氯和硫化氫NaOH 反應，同時實現脫氯和降溫的雙重目的。如圖1 裝置由噴水裝置、噴堿液裝置、脫水塔、U 型水封和蝶閥（可靠切斷）組成。

圖1 噴堿塔系統圖

噴水降溫系統共分兩組，每組6 支噴槍，共計12 支，每組內的噴槍均可實現6 只槍投入使用的任意選擇。第一組噴水的主要功能為降溫，所噴水為工業水。第二組所噴40%的NaOH 溶液，其主要功能為除Cl-，NaOH 溶液通過堿液泵站輸送至每支噴槍接口處，在噴槍內混合后噴入管道。

脫水塔為一種新型高爐煤氣脫硫清除裝置，該裝置外形為圓筒殼體，殼體內設置4 層裝置，從下到上依次為氣流分布柵、冷卻水噴頭、堿液噴頭及除霧器[1]。通過該裝置，含氯化物成分的高爐煤氣與噴入裝置內的冷卻水、堿液及工業回用水發生傳質和傳熱，將高爐煤氣中的氯化物吸收到堿液中，脫硫后高爐煤氣排出該裝置送入綜合管網供用戶使用。

噴堿塔運行情況好壞可以通過高爐煤氣冷凝水的pH 值進行檢驗，pH 值表示煤氣冷凝液酸堿性的強弱，決定了煤氣腐蝕能力，可以通過其控制后續管道設備的腐蝕情況，pH 值也反應噴堿液量的大小，直接影響生產成本。pH 值的檢測可手動化驗，也可通過在線pH 值測量設備，進行實時監測。

2 問題簡述

由于二期施工時間短、3 號高爐噴堿脫水塔倉促投產，經檢測3 號高爐煤氣煤氣管道冷凝水pH 長期在3 以下，屬于強酸，對煤氣管道造成一定腐蝕，易發生煤氣泄漏、著火、中毒、爆炸等安全事故，存在對生產造成嚴重危害的隱患。能環部多次利用高爐短時休風對噴堿脫水塔外部進行檢查，發現大小問題20 余項，但3 號高爐投產后一直調整爐況，未有長時間停爐機會可滿足塔內檢修需要。

高爐煤氣含HCl、H2S、S02等酸性腐蝕性物質，長期在強酸環境下運行對生產造成嚴重危害,體現在以下幾點：

1）腐蝕煤氣管道，造成煤氣泄漏、發生著火、中毒、爆炸等安全事故；

2）煤氣加壓機等轉動設備的葉片腐蝕結垢，造成事故停機，增加檢修頻次；

3）高爐煤氣柜密封油變質，縮短密封油使用壽命。

3 難題分析及分解

為了改變這個現狀，能環部成立專門項目組，由汪國川副部長做主要負責人，能源運行中心、設備工程室、供風作業區、安全管理室相關專業參與其中，將6Σ 工具與專業技術相結合、明確責任，對流程進行梳理，通過因果矩陣、FMEA 確定重要因子，確定改善從噴堿注入量、噴槍布局、電機頻率等六項開展。

圖2 六西格瑪方法查找問題途徑

3.1 初步改善

由于噴槍布局、噴嘴清潔度等需結合高爐檢修進行，本項目組先從噴堿量設定值、電機頻率、出口氮氣壓力、出口水壓、分組控制箱布局等因素進行改善。利用回歸分析法，得到回歸方程：

式中：Y為高爐煤氣pH 值；X1為堿液注入量；X2為電機頻率；X3為氮氣壓力。

可以看出，為節省物料成本，X1、X2越小越好,這就要求氮氣壓力設定為最小，由于氮氣管網壓力波動范圍是0.75～0.91 MPa，調壓穩壓閥的設計穩壓范圍為30%，0.91×（1-0.3）=0.637 MPa，氮氣壓力設定為0.64 MPa。

根據回歸方程可得到望目范圍（6.7～7.7）的堿液注入量為0.02～0.06m3/min，電機調節頻率為20～25Hz，將分析結果應用生產后，3 號高爐煤氣冷凝水pH 仍在3 以下，加大噴堿量至最大流量0.48 m3/min 后，3號高爐煤氣冷凝水pH 可達4～5，但是與要求仍有很大距離，本次改善再次確定噴嘴堵塞是造成噴堿效果不理想的最主要原因。

3.2 深入改善

9 月底環保現場，3 號高爐停爐檢修XX小時，雖然檢修時間略短，但能環人深知這是一次不可多得的機會，為了更好的把握本次計劃，本項目組召開三次會議，確定三爐噴堿塔檢修安全方案、備件材料需求清單、生產組織方案及應急預案，制定好詳細的檢修工作施工方案、安全措施，并將每項任務明確責任到個人。

為了縮短檢修時長，供氣作業區提前對2 號、3號煤氣排水器卡盲板、關3.6 m 蝶閥、1 號煤氣排水器卡盲板及封水封、氮氣置換、開人孔。一切準備妥當，3 號高爐休風開始后，相關檢修人員便馬上按照計劃開展檢修。現場問題主要有以下四項：

3.2.1 脫水塔、水封和噴槍根部存在漏氣點1）脫水塔、水封和噴槍根部存在6 處漏氣點，造成周邊區域煤氣持續超標，煤氣報警器連續報警，存在中毒、著火的隱患（見圖3）。

圖3 脫水塔漏氣圖

3.2.2 工程管理不到位

如圖4 所示脫水塔內部有大量焊條、邊角料等雜物，造成排水不暢，同時加劇內部腐蝕。

圖4 內部雜物

3.2.3 脫水塔內部防腐不到位

圖5 所示鋼結構腐蝕嚴重，脫水結構損壞，影響脫水效果，縮短使用壽命。

圖5 防腐漆脫落

3.2.4 噴頭附近無進人孔

檢修進人需要30 m 外人孔進入，檢修維護不方便。

針對以上問題，能環部連夜調整檢修方案，制定了以下措施：

1）結合1 號高爐、2 號高爐堿液噴頭布置方式經驗，對3 號堿液噴頭進行位置優化，將噴水噴頭全部改為大噴頭，增大噴水量，將噴堿液噴頭全部改為小噴頭，加強霧化效果，提高與煤氣的接觸面積。

2）在噴堿塔煉鐵DN3600 調節閥后加裝人孔一個（見圖6），便于檢修期間進人，對管道內部噴頭等進行維護檢查。

圖6 增加人孔

3）對內部噴頭彎頭進行加固，如圖7 所示對噴頭根部、管道焊縫和脫水塔重點部位進行了PRO15 防腐漆補涂，提高在高溫酸性環境下的設備運行壽命。

圖7 內部防腐

4）對脫水塔、水封和噴槍根部共6 處漏氣點進行補焊。

4 效果及建議

目前高爐煤氣冷凝水pH 值保持在7 左右，避免了對后續管道及附件的腐蝕，保證生產穩定。通過本次檢修得出：

1）本次任務能在有限時間內保質保量完成，主要得益于專業事先對檢修項目、材料備件等做了充分準備。

2）操作參數固話后班組長進行現場操作等培訓，使之快速掌握操控要領，后期做好參數保持，嚴格制度執行。大力推進六西格瑪管理文化，以數據說話，減少主觀臆斷，提高了工作水平提升管理水平的精神，以理論為基礎，與生產現場實際相結合，深入優化噴堿站運行管理模式，做好pH 穩定工作，對流程能力進一步細致分析，以數據為導向，做好品質參數保持。參數固話后對班組長進行現場操作等培訓，使之快速掌握操控要領，后期做好參數保持，嚴格制度執行，形成PDCA 循環改善。

3）改善是個持續的過程，永遠沒有終點。雖然本次檢修解決了大部分問題，但部分問題沒有得到根治。比如說高爐煤氣具有高溫強酸特性，應將噴堿脫水系統內防腐全部采用玻璃鱗片的形式，防腐效果好后期維護費用低。