單段式橡膠膜密封型煤氣柜在高爐煤氣系統(tǒng)的應(yīng)用

王世光，張善明，薛建倉(cāng)，黃東寧，許 朋

（1.寧波鋼鐵有限公司，浙江寧波 315800；2.中冶華天南京工程有限公司，江蘇南京 210000）

前言

目前國(guó)內(nèi)用于儲(chǔ)存高爐煤氣的干式煤氣柜類型有3 種：多邊形稀油密封型煤氣柜（MAN 型）、圓筒形稀油密封型煤氣柜（POC 型）和單段式橡膠膜密封型煤氣柜。其中，單段式橡膠膜密封型煤氣柜具有升降速度快（可達(dá)6 m∕min）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)［1］，因此，近幾年來在高爐煤氣存儲(chǔ)上逐漸具有取代稀油密封式煤氣柜的趨勢(shì)。

某公司一座16.5 萬m3的多邊形稀油密封型高爐煤氣柜漏油嚴(yán)重，即將退出運(yùn)行。需新建一座氣柜維持高爐煤氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，然而受場(chǎng)地條件限制，無法按傳統(tǒng)模式建設(shè)能滿足生產(chǎn)工藝需要的稀油密封式氣柜，因此，考慮新建單段式橡膠膜密封型氣柜。

1 現(xiàn)狀分析

目前國(guó)內(nèi)高爐煤氣柜普遍采用20 萬m3、30 萬m3的圓筒形稀油密封型煤氣柜與多邊形稀油密封型煤氣柜。氣柜的大型化意味著氣柜直徑和高度的增加，安裝精度要求也隨之提高，但實(shí)際安裝水平存在差異，因此氣柜長(zhǎng)期運(yùn)行后出現(xiàn)不同程度的漏（滲）油現(xiàn)象［2］，存在安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

2014年寶鋼股份引進(jìn)國(guó)外技術(shù)建成了2座15 萬m3單段式橡膠膜柜，自此國(guó)內(nèi)各大冶金設(shè)計(jì)院開始自主設(shè)計(jì)單段式橡膠膜柜。

高爐煤氣柜的選擇應(yīng)綜合考慮柜容（管網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的波動(dòng)調(diào)節(jié)容量［3］、高爐突然休風(fēng)的安全容量、高爐煤氣發(fā)生量突然增加的剩余安全容量和煤氣柜上、下限安全容量等）、煤氣吞吐速度以及總圖布置等方面的要求。

1.1 高爐煤氣柜所需柜容

高爐煤氣柜的總?cè)萘繛?4.95 萬m3，應(yīng)包含煤氣系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)所需的容量約5.5 萬m3，高爐突然休風(fēng)時(shí)的安全容量6 萬m3，高爐煤氣發(fā)生量突然增加的剩余安全容量2.1 萬m3和煤氣柜上、下限安全容量1.35 萬m3。

1.1.1 煤氣系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)所需的容量

高爐和高爐煤氣用戶正常生產(chǎn)時(shí)，高爐煤氣管網(wǎng)的波動(dòng)主要原因是高爐煤氣發(fā)生量波動(dòng)［4］、焦?fàn)t加熱換向和高爐熱風(fēng)爐換爐引起的。依據(jù)該公司每年鋼產(chǎn)量為400 萬t的規(guī)模測(cè)算，高爐煤氣柜所需的波動(dòng)調(diào)節(jié)容量約5.5 萬m3。

1.1.2 高爐突然休風(fēng)的安全容量

當(dāng)一座2 500 m3高爐休風(fēng)時(shí)，這部分容量由高爐煤氣柜供應(yīng)，約需6 萬m3。

1.1.3 突發(fā)剩余安全容量

在高爐煤氣發(fā)生量突然增加時(shí)，由于高爐煤氣燃燒放散塔切換至放散狀態(tài)存在一定的滯后時(shí)間，因此這部分煤氣需要進(jìn)入高爐煤氣柜，約2.1 萬m3。

1.1.4 上、下限安全容量

煤氣柜上、下限安全容量為1.35 萬m3。

1.2 活塞升降速度

該公司現(xiàn)有高爐煤氣柜直徑為54 m，柜容為16.5 萬m3。當(dāng)一座2 500 m3高爐突然休風(fēng)時(shí)，高爐煤氣柜短時(shí)需向廠區(qū)管網(wǎng)補(bǔ)氣約29 萬m3∕h，活塞運(yùn)行速度為2.1 m∕min，現(xiàn)有高爐煤氣柜的吞吐流量能力不足。

1.3 總圖布置

在新柜型的選擇上，由于稀油柜的安裝要求較高，且存在著漏油風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)單段式橡膠膜柜在國(guó)內(nèi)也有運(yùn)用，故傾向于選擇單段式橡膠膜氣柜。

新建的高爐煤氣柜場(chǎng)地位置及周邊建、構(gòu)筑物應(yīng)根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）要求進(jìn)行控制，新建高爐煤氣柜與周邊建、構(gòu)筑物之間的安全間距要求及實(shí)際情況見表1。

表1 新建高爐煤氣柜與周邊建、構(gòu)筑物之間的安全間距要求及實(shí)際情況

綜合表1，考慮安全距離，如選擇了9 萬m3氣柜，其工藝參數(shù)見表2。

表2 主要工藝參數(shù)

1.4 生產(chǎn)運(yùn)行管控

高爐和高爐煤氣用戶正常生產(chǎn)時(shí)，高爐煤氣柜所需的波動(dòng)調(diào)節(jié)容量約5.5 萬m3。9 萬m3單段式橡膠膜密封型煤氣柜的柜容為9.5 萬m3。考慮到煤氣柜活塞運(yùn)動(dòng)上、下限二次報(bào)警的限制，則氣柜活塞正常波動(dòng)調(diào)節(jié)容量可達(dá)6 萬m3，能滿足正常生產(chǎn)的需求。

但9 萬m3單段式橡膠膜密封型煤氣柜無法應(yīng)對(duì)單座高爐休風(fēng)，由氣柜外供約6 萬m3高爐煤氣的需求；或高爐煤氣發(fā)生量突然增加時(shí)，吸收2.1 萬m3高爐煤氣煤氣的容量。針對(duì)以上風(fēng)險(xiǎn)短時(shí)間內(nèi)可以通過制定相應(yīng)的安全運(yùn)行措施和管控體系來控制單座高爐煤氣柜運(yùn)行時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。

2 單段式橡膠膜安裝控制要點(diǎn)

2.1 皮膜吊裝

橡膠膜的展開、吊裝是橡膠膜式氣柜安裝的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，一旦控制不好會(huì)給橡膠膜帶來嚴(yán)重傷害。單段柜采用的橡膠膜長(zhǎng)度為23.4 m，而兩段柜的橡膠膜長(zhǎng)度分別為10 m 和6.2 m。橡膠膜重量的增加，會(huì)給吊裝增加難度。

如采用與兩段柜同樣的吊裝方式，即一個(gè)立柱一個(gè)吊點(diǎn)，可能會(huì)出現(xiàn)在橡膠膜即將全部懸空時(shí)，鋼絲繩斷裂的現(xiàn)象，同時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)橡膠膜吊耳拉裂的現(xiàn)象。故應(yīng)考慮在兩根立柱中間增加吊點(diǎn)，以減輕鋼絲繩的受力和橡膠膜吊耳的拉力。

2.2 活塞漂移和扭轉(zhuǎn)控制

單段式橡膠膜密封型氣柜最大的難題是如何解決活塞的漂移和扭轉(zhuǎn)問題。由于該單段式橡膠膜氣柜橡膠膜的長(zhǎng)度達(dá)到了23.4 m，氣柜活塞漂移和扭轉(zhuǎn)的概率會(huì)增加，因此，抓好橡膠膜安裝質(zhì)量是關(guān)鍵。在橡膠膜安裝時(shí)要保證橡膠膜安裝無明顯順著同一方向的褶皺，即使有褶皺也應(yīng)是間斷出現(xiàn)的“八”字形褶皺。

（1）抓好源頭控制，保證皮膜和皮膜固定螺栓孔一一對(duì)應(yīng)。在設(shè)計(jì)上要求，柜壁上的密封角鋼與活塞上的密封槽鋼的螺栓孔必須保持一一對(duì)應(yīng)，相對(duì)應(yīng)的螺栓孔必須保持在同一垂直線上，上、下兩孔投影水平距離誤差范圍±2 mm。橡膠膜上、下螺栓孔必須保持一一對(duì)應(yīng)，相對(duì)應(yīng)的螺栓孔必須保持在同一垂直線上，上、下兩孔投影水平距離誤差范圍±2 mm，由于在實(shí)踐上操作難度非常大，因此，在施工上要求分區(qū)布孔，避免累積誤差。

（2）重視安裝過程管控，柜壁四周密封角鋼螺栓孔中心直徑比活塞四周密封槽鋼螺栓孔中心直徑大了約700 mm，橡膠膜的直徑介于二者之間。安裝時(shí)也要進(jìn)行分區(qū)安裝，消除累積誤差，控制橡膠膜褶皺和褶皺形狀，同時(shí)在安裝時(shí)不能為了安裝方便而隨意擴(kuò)孔。

2.3 調(diào)平導(dǎo)輪

活塞調(diào)平配重不僅可以調(diào)整活塞平衡，而且還可以防止和控制活塞漂移、扭轉(zhuǎn)。當(dāng)活塞發(fā)生漂移、扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象后，鋼絲繩會(huì)出現(xiàn)變形，導(dǎo)致活塞受到不同程度的切向力和徑向力。切向力可能會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)輪軸承座前后移動(dòng)；徑向力則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)輪切斜，甚至使軸承的定位銷折斷，整個(gè)導(dǎo)輪出現(xiàn)偏移。

由于橡膠膜長(zhǎng)度的增加，活塞漂移和扭轉(zhuǎn)的概率也增加，為了防止活塞漂移，活塞調(diào)平配重塊重量由二段式氣柜的4 t增加到了6 t。導(dǎo)輪受力增加，致使導(dǎo)輪受到的徑向力也明顯增加，因此，安裝時(shí)需嚴(yán)格把控鋼絲繩引出孔和兩個(gè)調(diào)平導(dǎo)輪之間三點(diǎn)成一線。運(yùn)行一段時(shí)間后還需根據(jù)導(dǎo)輪的偏移情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

2.4 運(yùn)行控制

單段式橡膠膜柜的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)決定了中間位置最穩(wěn)定，柜位越高越容易出現(xiàn)漂移，因此，在正常運(yùn)行的情況下柜位不要超過柜容的80%。

單段式橡膠膜氣柜相較于稀油密封型氣柜，受橡膠膜的限制，一般均為矮胖型，同等直徑的單段式橡膠膜氣柜比稀油密封型氣柜的柜容小，目前國(guó)內(nèi)最大的單段柜也只有16.5 萬m3。單段式橡膠膜氣柜在高爐煤氣系統(tǒng)的應(yīng)用較多，能有效地起到在線平衡煤氣，穩(wěn)定管網(wǎng)壓力的作用，但缺乏應(yīng)對(duì)突發(fā)事故下的保安功能。

綜上所述，單段式橡膠膜氣柜一般運(yùn)行區(qū)間在30%～75%較為適宜。

3 結(jié)語

目前單段式橡膠膜氣柜技術(shù)日趨成熟，已有了取代原有稀油密封式氣柜的趨勢(shì)，它解決了稀油密封型氣柜漏油帶來的安全環(huán)保問題，雖然在柜容上較稀油密封型氣柜有所減少，但也基本能滿足企業(yè)正常生產(chǎn)的需求。