威金斯氣柜重大隱患的統(tǒng)計(jì)學(xué)監(jiān)控方法

濟(jì)南鋼鐵股份有限公司 朱琳 郭亮 商文卿

0 前言

威金斯氣柜是轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝中重要的煤氣收儲和外供設(shè)備，起到平衡轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)生量周期性變化的作用，具有活塞升降速度快、耐粉塵、無需密封介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，也存在儲氣壓力低、密封性差等缺點(diǎn)。因轉(zhuǎn)爐煤氣冷凝水腐蝕性強(qiáng)而導(dǎo)致的威金斯氣柜底板、側(cè)板、活塞板及橡膠膜腐蝕嚴(yán)重是威金斯氣柜運(yùn)行過程中一項(xiàng)較為常見的安全隱患。濟(jì)鋼煉鋼廠 45 t轉(zhuǎn)爐區(qū)域 50 000 m3威金斯氣柜自2008年3月開始出現(xiàn)漏點(diǎn)，主要集中在活塞頂板、一層抗風(fēng)梁處側(cè)板及氣柜底板等部位。

為更好的監(jiān)控該氣柜重大隱患的劣化趨勢，為氣柜運(yùn)行和檢修提供決策依據(jù)，我們在實(shí)踐中利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的時(shí)序圖、雷達(dá)圖、箱線圖等工具發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的潛在信息，還原隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，總結(jié)出若干經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)我們的生產(chǎn)與檢修實(shí)踐，為同類型設(shè)備及其他大型煤氣設(shè)備的監(jiān)控打開一條新的思路。

1 確定監(jiān)控對象

在選擇監(jiān)控對象時(shí)我們考慮分密封系統(tǒng)和調(diào)平系統(tǒng)兩部分進(jìn)行，密封系統(tǒng)側(cè)重已經(jīng)出現(xiàn)較嚴(yán)重泄漏并進(jìn)行過多次焊補(bǔ)的活塞板、側(cè)板和底板，對其漏點(diǎn)形式、漏點(diǎn)位置、焊補(bǔ)效果、泄漏量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；調(diào)平系統(tǒng)中主要監(jiān)控活塞水平，包括活塞傾斜量、偏轉(zhuǎn)方向、活塞與T擋板間隙等，這些也是生產(chǎn)運(yùn)行中需關(guān)注的重要工藝參數(shù)。

2 選擇分析工具

(1)Pareto圖，是一種基本的質(zhì)量控制工具，用來突出顯示最常出現(xiàn)的缺陷、缺陷的最常見原因等。我們將其用于統(tǒng)計(jì)分析底板和活塞板漏點(diǎn)位置、漏點(diǎn)形式和焊補(bǔ)效果。

(2)餅圖，用于顯示每個(gè)數(shù)據(jù)類別相對于整個(gè)數(shù)據(jù)集的比率，我們將其用于統(tǒng)計(jì)分析漏點(diǎn)處理效果等。

(3)時(shí)序圖，用于評估數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的模式，具有簡單、方便、直觀的優(yōu)點(diǎn)。我們將其用于統(tǒng)計(jì)分析底板泄漏量、活塞傾斜量等。

(4)散點(diǎn)圖，用于通過相對于一個(gè)變量繪制另一個(gè)變量來圖示說明兩個(gè)變量之間的關(guān)系。我們將其用于統(tǒng)計(jì)分析活塞傾斜量與活塞高度的關(guān)系。

(5)箱線圖，也稱為方框須線圖，用來評估和比較樣本分布，能顯示樣本時(shí)間、異常值、中位數(shù)、平均值等重要信息。我們將其用于統(tǒng)計(jì)分析活塞傾斜量的時(shí)序變化。

(6)雷達(dá)圖，統(tǒng)計(jì)學(xué)中用于分析樣表數(shù)據(jù)分布，我們在此借鑒其方法用于統(tǒng)計(jì)分析活塞傾斜量，從而得出活塞傾斜方向等重要信息。

全部分析工具在 Minitab 1.5平臺上實(shí)現(xiàn)，Minitab軟件是全球公認(rèn)的在質(zhì)量改善及六西格瑪市場上運(yùn)用的主要統(tǒng)計(jì)軟件，提供普通統(tǒng)計(jì)學(xué)所涉及的所有功能，如描述性統(tǒng)計(jì)分析、假設(shè)檢驗(yàn)、相關(guān)與回歸、列聯(lián)表和多元統(tǒng)計(jì)分析等，包括了豐富的質(zhì)量分析工具，如統(tǒng)計(jì)過程控制、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、測量系統(tǒng)分析、可靠性分析和抽樣檢驗(yàn)等。同時(shí)，Minitab能夠繪制箱線圖、直方圖、散點(diǎn)圖、時(shí)間序列圖、曲面圖和概率分布圖等 20多種統(tǒng)計(jì)圖形，生動形象的顯示了數(shù)據(jù)分析的結(jié)果。

3 分析過程及結(jié)論

活塞板漏點(diǎn)總計(jì)出現(xiàn)46處，主要形式有4種，分別是檢修支柱加強(qiáng)圈、鋼板對焊焊縫、鋼板搭接焊焊縫、鋼板表面，通過Pareto圖統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)形式中80%位于檢修支柱加強(qiáng)圈處，如圖1所示。

這一現(xiàn)象的主要成因是在氣柜建設(shè)時(shí)將施工工藝要求的4次焊接減少為3次，導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度降低，此外焊縫在氣柜落床插入檢修支柱時(shí)承受的較大應(yīng)力是次要原因。針對這一情況，我們在點(diǎn)巡檢中重點(diǎn)關(guān)注這一部位，并在2010年4月的氣柜大修中對這一部位重新焊接，解決了這一安全隱患，之后此部位再未出現(xiàn)漏點(diǎn)。

圖1 漏點(diǎn)形式的Pareto圖

將活塞板分為4個(gè)象限，通過活塞板漏點(diǎn)位置的統(tǒng)計(jì)繪圖分析，發(fā)現(xiàn)第三象限漏點(diǎn)數(shù)占比 50%這一經(jīng)驗(yàn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于25%的平均數(shù)，如圖2所示。

第三象限是活塞板泄漏的重點(diǎn)區(qū)域，考慮氣柜進(jìn)出口位置及煤氣在柜內(nèi)的流向可以初步推斷上述規(guī)律反映出在第三象限煤氣對活塞板的沖刷腐蝕作用較其他象限嚴(yán)重，防腐層的過度消耗使腐蝕進(jìn)程加快，直接表現(xiàn)為漏點(diǎn)集中出現(xiàn)。支持這一推斷的還有側(cè)板腐蝕的規(guī)律，在側(cè)板靠近氣柜出口的位置漏點(diǎn)的出現(xiàn)數(shù)量及嚴(yán)重程度明顯高于其他位置，可以為之輔證，因此我們在大修過程中對這一區(qū)域進(jìn)行了重點(diǎn)防腐。

圖2 漏點(diǎn)位置分布圖及餅圖

活塞板漏點(diǎn)修補(bǔ)方法主要有3種，即直接焊接、間接包焊、粘合劑封堵，經(jīng)過 21次修補(bǔ)后發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)成功的平均概率為僅為 71.4%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足安全要求，如表1所示：

表1 修補(bǔ)效果統(tǒng)計(jì)

直接焊接和間接包焊均采取一般手工電弧焊，修補(bǔ)成功概率低除與焊工技術(shù)水平有關(guān)外，更大原因在于手工電弧焊時(shí)電流過低(90A左右)，焊接未吃透母材，之所以焊接電流過低是因?yàn)榛钊逶O(shè)計(jì)厚度4.5 mm，經(jīng)多年腐蝕后極薄處不足2 mm，一般在3~4 mm之間，在如此薄的母材上焊接如電流過大最直接的危險(xiǎn)就是焊透母材導(dǎo)致煤氣泄漏，故雖然我們在焊補(bǔ)過程中選取了技術(shù)水平較高的焊工，保持低柜位降低柜內(nèi)壓力等一系列措施，但焊接質(zhì)量仍不理想，而粘合劑封堵由于煤氣含水量大等因素影響成功概率更低。

針對這一現(xiàn)象我們采取了焊、堵、防腐相結(jié)合的方法，即在焊接前利用金屬粘合劑或密封膠加纖維等堵漏材料對漏點(diǎn)及周圍做堵漏處理，再將鋼板附于其上，壓緊的同時(shí)進(jìn)行焊接，隨后進(jìn)行重防腐，這樣漏點(diǎn)就由原來的一道防線增加到三道防線，效果較之前有極大提高，這一方法也推廣至側(cè)板漏點(diǎn)焊補(bǔ)上，效果同樣良好，修補(bǔ)成功率達(dá)到95%以上。

通過時(shí)序圖對活塞水平的傾斜量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以直觀的反映不同時(shí)間測得的活塞水平傾斜量的差異，如圖3所示。

圖3 活塞傾斜量的時(shí)序

從圖3可見，雖然活塞傾斜量始終保持的標(biāo)準(zhǔn)的30 mm以內(nèi)，但相鄰時(shí)間點(diǎn)的傾斜量往往相差較大，這是由于每次傾斜量測定時(shí)的柜位不同，為探索柜位與活塞傾斜量之間的關(guān)系，我們使用散點(diǎn)圖來定性描述二者的關(guān)系，如圖4所示。

圖4 傾斜量與柜位的散點(diǎn)圖

可見，傾斜量與柜位存在明顯的正相關(guān)性，為定量表述二者的關(guān)系，我們引入相關(guān)性分析和回歸方程，相關(guān)性分析結(jié)果是“傾斜量和柜位的Pearson相關(guān)系數(shù)=0.981，P值=0”，可見二者卻為明顯的正線性相關(guān)。通過回歸分析給出回歸方程為“傾斜量=-6.44+1.38×柜位”，建立回歸方程可以將二者的線性關(guān)系定量描述下來，在不同柜位測得傾斜度后均可將柜位值代入此方程，利用此方程得出的計(jì)算值與實(shí)測值對比，從而掌握活塞傾斜量的變化趨勢，消除柜位帶來的影響。

當(dāng)活塞傾斜量過大時(shí)必須通過調(diào)整鋼絲繩系統(tǒng)對活塞水平予以修正，我們通過雷達(dá)圖分析，簡單明了風(fēng)波地反映出活塞傾斜狀況，使我們在調(diào)整活塞水平時(shí)更準(zhǔn)確，免去了多次調(diào)整增加的無用工作量，如圖5所示：

圖5 活塞傾斜量的雷達(dá)圖

上圖中外圍數(shù)字代表氣柜立柱編號即鋼絲繩編號，雷達(dá)坐標(biāo)表示水平儀示數(shù)，利用上圖可以發(fā)現(xiàn)氣柜北偏西方向存在明顯傾斜，最大傾斜度 30 mm，已達(dá)到允許范圍30 mm的上限需立即調(diào)整，根據(jù)雷達(dá)圖可以方便的制定活塞調(diào)平方案，即放松1#、2#、3#、4#、5#鋼絲繩或收緊 7#、8#、9#、10#鋼絲繩，調(diào)整幅度約為5~25 mm，后借助拐尺及彈簧秤做微調(diào)和驗(yàn)證。

通過對活塞水平儀示數(shù)的統(tǒng)計(jì)和箱線圖分析，發(fā)現(xiàn)其均值在不斷下降，從而判斷出水平儀管路發(fā)生泄漏，使我們及時(shí)處理這一隱患。

圖6 傾斜量的箱線圖

上圖是連續(xù)7周的活塞水平數(shù)據(jù)箱線圖，從中我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)異常規(guī)律，即7周數(shù)據(jù)的中位數(shù)存在明顯下降趨勢，這超出測量誤差范圍也超出了防凍液自然蒸發(fā)的速度，是正常情況下不應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象，分析其原因我們推測水平儀系統(tǒng)出現(xiàn)了漏點(diǎn)，經(jīng)過認(rèn)真排查我們找到了漏點(diǎn)并處理，補(bǔ)充了防凍液使水平儀系統(tǒng)恢復(fù)了正常。

通過時(shí)序圖分析對底板泄漏趨勢進(jìn)行監(jiān)控，我們發(fā)現(xiàn)底板劣化趨勢從2009年9月開始放緩，為氣柜大修時(shí)間推遲至2010年4月提供了依據(jù)。

圖7曲線表示底板泄漏量與時(shí)間的關(guān)系，從中可以發(fā)現(xiàn)底板劣化趨勢從2009年9月開始放緩，據(jù)此我們將氣柜大修時(shí)間推遲至2010年4月，從而避開了生產(chǎn)滿負(fù)荷時(shí)期和低溫天氣，降低了生產(chǎn)成本、施工難度和轉(zhuǎn)爐煤氣大量放散帶來的環(huán)境污染。

圖7 底板泄漏量的時(shí)序圖

4 效果評價(jià)

(1)將50 000m3柜大修時(shí)間由2009年11月推遲至2010年4月，避開了生產(chǎn)滿負(fù)荷時(shí)期和低溫天氣，降低了生產(chǎn)成本、施工難度和轉(zhuǎn)爐煤氣大量放散帶來的環(huán)境污染。

(2)根據(jù)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律有針對性的制定大修計(jì)劃，僅用20.5 d就完成了包括底板更換、側(cè)板焊補(bǔ)、活塞板防腐、橡膠膜粘補(bǔ)等檢修作業(yè)，環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益都十分可觀。

(3)發(fā)現(xiàn)并總結(jié)出關(guān)于威金斯氣柜監(jiān)測的7點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，為同類型設(shè)備及其他大型煤氣設(shè)備重大隱患的監(jiān)控提供了參考。