寬厚板廠MULPIC水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造

王新東

（山東鋼鐵集團有限公司 濟南分公司，山東 濟南 250101）

0 引言

山鋼股份濟南分公司寬厚板廠4300生產(chǎn)線軋后控冷設(shè)備是由西門子奧鋼聯(lián)（SVAI）設(shè)計供貨，使用以來在高附加值鋼板的開發(fā)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，但由國內(nèi)設(shè)計的水處理系統(tǒng)自投用以來逐漸暴露出不適應(yīng)生產(chǎn)工藝需求等問題，成為制約MULPIC（多功能間隙式冷卻系統(tǒng)）生產(chǎn)的瓶頸。其主要表現(xiàn)在兩方面：一是吸水井使用容積較小，只能達到設(shè)計容積的23%，在超快冷卻過程中，經(jīng)常發(fā)生供水泵嚴重氣蝕供不出水，超快冷卻因流量壓力低，鋼板水冷異常；二是調(diào)節(jié)池提升泵選型不合理，不能適應(yīng)不同生產(chǎn)節(jié)奏的需求，無法實現(xiàn)系統(tǒng)水量的平衡，且經(jīng)常損壞。為全面提高MULPIC供水保障能力，發(fā)揮超快冷裝備的優(yōu)勢和能力，促進高附加值產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，深入分析和查找問題根源，堅持投資最小、效果最大的優(yōu)化改造原則，對超快冷卻水系統(tǒng)的供水泵站和調(diào)節(jié)池提升泵站實施技術(shù)攻關(guān)和改造，探索和優(yōu)化水系統(tǒng)動態(tài)平衡控制，建立工藝需水、供水和回水的動態(tài)平衡［1］。

1 MULPIC水處理系統(tǒng)

MULPIC冷卻區(qū)域總長度為27m，有A、B、C、D四個冷卻區(qū)，其中A區(qū)同時可為DQ淬火區(qū)。超快冷卻系統(tǒng)工作狀態(tài)有非水冷模式、ACC模式、DQ模式及游蕩模式。正常冷卻狀態(tài)時水平均流量為7 750m3/h，強水冷峰值能達到13 500m3/h。MULPIC水處理系統(tǒng)主要給MULPIC提供水源并回收、凈化鋼板冷卻用水。MULPIC冷卻區(qū)域來水都匯集到提升泵站的調(diào)節(jié)池內(nèi)，通過沉積，除去大雜質(zhì)顆粒，調(diào)節(jié)池的提升泵將經(jīng)過沉淀的水抽出，經(jīng)過旋流分離器送往過濾間過濾后再通往冷卻水塔冷卻，最后匯集到供水泵站冷水池。冷水池內(nèi)的水一部分經(jīng)過高位水箱供水泵供到高位水箱，再經(jīng)高位水箱下過濾器的過濾，直接送往MULPIC使用。在強水冷模式下，一部分水通過DQ供水泵直接給MULPIC的A區(qū)供水。MULPIC水處理系統(tǒng)流程如圖1所示。

MULPIC水處理系統(tǒng)水量平衡的關(guān)鍵是：①保障高位水箱水位，同時保證高位水箱的供水能力；②冷水池水位必須保證在一定高度，滿足DQ模式下大量用水；③調(diào)節(jié)池提升泵必須能夠滿足隨時將水送到冷水池，同時還需要承擔(dān)一定的儲水能力以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的水量平衡。

圖1 MULPIC水處理系統(tǒng)流程圖

2 MULPIC水處理系統(tǒng)存在的問題及原因分析

2.1 提升泵電機損壞原因分析

提升泵站調(diào)節(jié)池設(shè)計面積為17×15＝255m2，水池深度10.5m，設(shè)計容積為1 530m3，水位變化為3.0 m～5.7m（水池底部為0m），機動容積為688m3。調(diào)節(jié)池提升泵站安裝4臺長軸立式泵，流量為3 471m3/h，揚程H＝42m，配套電機630kW/10kV。

提升泵啟停由水位控制，水位上升至3.7m，啟動第一臺泵；上升至4.5m啟動第2臺泵；上升至5m啟動剩余水泵，5.7m水位聯(lián)鎖保護冷卻過程結(jié)束，MULPIC冷卻區(qū)域不準熱態(tài)鋼板進入。

生產(chǎn)過程中，非水冷模式、ACC、DQ及游蕩模式回水量差別很大，具有極強的不確定性、間段性以及瞬時大流量等特性。調(diào)節(jié)池面積小，流量變化反饋成水位變化非常迅速，往往在極短的時間水位就漲到啟泵液位，水位上漲過快使得一臺泵控制不住水位，往往聯(lián)鎖啟動3臺泵才能平衡水位，若系統(tǒng)水量不平衡，吸水井水位下降，供水泵極易發(fā)生進氣故障。當(dāng)提升泵提升能力提示后，由于超快冷卻回水的間段性，常常使得流量大減，調(diào)節(jié)池降低到停泵液位提升泵停止，所以提升泵為滿足生產(chǎn)必須頻繁啟停。

因調(diào)節(jié)池提升泵配置為10kV、630kW高壓電機，工作機制為S1制，要求“冷態(tài)允許啟動2次，熱態(tài)只準啟動1次”，換算成時間就是必須確保間隔2h才能再次啟動。而實際生產(chǎn)節(jié)奏非常快，現(xiàn)場對軋后快冷提升泵組啟停頻次進行了統(tǒng)計，結(jié)論為：生產(chǎn)水冷鋼板時，平均間隔6min、工作10min～15min；不生產(chǎn)水冷鋼板時，平均間隔20min、工作5min。即使4臺電機倒換使用，也不能滿足電機的使用要求。提升泵電機頻繁啟動，真空斷路器動作頻繁，出現(xiàn)提升泵電機多次內(nèi)部鼠籠和線圈聚熱錫焊點融化燒損，真空斷路器沖擊附點損壞等現(xiàn)象。

2.2 冷水池供水泵二次啟動進氣原因分析

冷水池設(shè)計面積為60.5×5.4＝326.7m2，水池深6.1m，設(shè)計容積為1 992m3，設(shè)計水位變化為1.8 m～6.0m，機動容積為1 372m3。泵站布置4臺給高位水箱供水的離心泵，流量為2 563m3/h，3工1備；4臺DQ離心泵，流量為2 340m3/h，3工1備；3臺側(cè)噴離心泵，流量為570m3/h，2工1備。由于受配套的離心泵氣蝕余量限制，實際吸水井可用液位為4.7m～6.0m，有效容積為425m3，只有整個水池容積的23%。當(dāng)超快冷卻用水量很大時，一般啟動3臺供水泵、3臺DQ泵以及2臺側(cè)噴泵，理論流量可達15 849 m3/h。按系統(tǒng)平均用水量129m3/min計算，若此時提升泵還未達到啟泵液位，只需4min，吸水池液位便降至4.7m以下；按系統(tǒng)最大用水量225m3/min計算，若此時提升泵還未達到啟泵液位，只需2.3min，吸水池液位便降至4.7m以下。吸水井液位瞬間下降，供水泵組、反噴泵組泵體氣蝕供水能力下降，超快冷卻水量不足，系統(tǒng)快停。

3 MULPIC水處理系統(tǒng)的改造

調(diào)節(jié)池配置的提升泵流量偏大，對MULPIC非水冷、ACC、DQ及游蕩模式4種工作狀態(tài)的適應(yīng)性差。冷水池有效容積小，不適應(yīng)冷卻用水要求是MULPIC系統(tǒng)水量不平衡的關(guān)鍵。為滿足水系統(tǒng)平衡，我們進行了如下改造。

3.1 提升泵改造

為節(jié)約資金，提升泵站由原先的4套流量為3 471m3/h、配套電機為630kW/10kV的長軸立式泵改造為保留2套流量為3 471m3/h、配套電機為630kW/10kV的長軸立式泵，拆除2套并新增加3套流量為1 200m3/h、配套電機為200kW/1 480r/min/380V的透平同步排吸泵。根據(jù)生產(chǎn)工藝，5臺泵配合使用實現(xiàn)不停泵要求。不同生產(chǎn)情況下，提升泵啟動液位設(shè)置見表1，停泵液位根據(jù)系統(tǒng)水量平衡情況設(shè)置。表1中，流量＜4 600m3為小流量，否則為大流量。1＃，2＃提升泵定期互換；3＃，4＃，5＃提升泵定期互換；當(dāng)水位超過5.7m時，MULPIC本體設(shè)備聯(lián)鎖停機，1＃，2＃至少保證一臺處于自動運行狀態(tài)，高水位時起安全保護作用。

表1 提升泵自動運行啟泵液位設(shè)置

3.2 冷水池供水泵組增設(shè)透平機

針對冷水池有效容積小，供水泵工作過程中容易出現(xiàn)進氣不做功的問題，分析可降低供水泵基礎(chǔ)，但涉及大量土建施工，工程量大、工期長，最終考慮給供水泵增加透平裝置來解決供水泵進氣不做功問題。透平機工作原理示意圖如圖2所示。透平機通過軟管與水泵最高點連接，當(dāng)水泵進氣后，空氣匯集到水泵最高段，通過與透平機相連接的軟管進入透平機內(nèi)部。透平機音叉檢測到空氣存在時發(fā)出信號，透平機工作將空氣排走（抽真空狀態(tài)），直至水充滿水泵并進入透平機，這樣就解決了供水泵進氣不做功問題，也解決了冷水池水位起伏影響供水泵工作的問題。

圖2 透平機工作原理示意圖

4 結(jié)論

對MULPIC水系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，保留了2臺高壓提升泵，節(jié)省了成本，同時創(chuàng)新性地引進同步排吸透平新技術(shù)，優(yōu)化施工方案和流程，建立了水量工藝需求、供水和回水三者之間的動態(tài)平衡系統(tǒng)。

［1］王有銘，韋光.寬厚板的控制冷卻［J］.寶鋼技術(shù)，1999（6）：18-21.

［2］孫本榮，李曼云.鋼材的控制軋制和控制冷卻技術(shù)手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1992.

［3］王占學(xué).控制軋制與控制冷卻［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1988.