某軋鋼區(qū)域蒸汽泄漏事故分析及改進措施

張仕通,鄧萬里

某軋鋼區(qū)域蒸汽泄漏事故分析及改進措施

張仕通1,鄧萬里2

(寶鋼集團湛江鋼鐵能源環(huán)保部,廣東湛江524000;2寶山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部,上海201999)

通過論證分析，指出某軋鋼車間蒸汽站一次總閥的法蘭墊片老化泄露和冷凝水的沖擊，是蒸汽泄露事故的主要原因。通過優(yōu)化蒸汽管網(wǎng)疏水能力、調(diào)整蒸汽站減溫減壓線運行方式等改進措施，確保了該區(qū)域蒸汽系統(tǒng)安全運行。

蒸汽泄露；冷凝水；蒸汽站

1 某軋鋼車間區(qū)域蒸汽系統(tǒng)簡介

某軋鋼車間蒸汽站處于全廠低壓蒸汽管網(wǎng)末端（見圖1），該站設(shè)有6套減溫減壓線，將來自全廠低壓蒸汽干管的蒸汽(一次蒸汽：1.1～1.4 MPa/190～210℃)減溫減壓后(二次蒸汽：0.6 MPa/180℃)供該區(qū)域使用。該單位及軋三車間蒸汽用量約30～45 t/h，加上鄰近的軋一車間(蒸汽用量30 t/h左右)，使得經(jīng)一路以東、緯一路以南成為全廠除化工外最大的蒸汽使用區(qū)域。

圖1 某軋鋼車間及附近區(qū)域蒸汽管線示意圖

2 事故經(jīng)過和處理過程

2011年某月8日20:00左右，該廠能介車間集控站接煤氣站匯報：煤氣站附近蒸汽管道出現(xiàn)明顯的沖擊聲音。操作人員觀察到蒸汽站監(jiān)控畫面顯示蒸汽壓力迅速下降，即赴蒸汽站，發(fā)現(xiàn)蒸汽站入口蒸汽總閥處蒸汽大量泄漏，1#減溫減壓線入口過濾器蒸汽明顯泄漏。20:20左右，集控站又陸續(xù)接到現(xiàn)場報告：液氮站、C502機組、Q112機組蒸汽管道泄漏。20:37，能介車間將異常情況向能中動調(diào)報告。

注：故障發(fā)生前，1#及2#減溫減壓線為運行狀態(tài)。

故障后發(fā)現(xiàn)6處泄漏點，一次蒸汽管線2處：蒸汽站入口總閥前墊片、1#減溫減壓線入口過濾器法蘭墊片損壞；二次蒸汽管線4處：液氮站入口閥法蘭墊片、C502機組工藝段兩個盲法蘭墊片、Q112機組蒸汽總管流量計法蘭墊片損壞。

某月8日22:50，該廠及五冷軋相關(guān)機組停止使用蒸汽；在對管線泄壓，處理了所有蒸汽泄漏點；某月9日3:15，開始組織恢復(fù)工作，并于6:20該廠全線正常供汽。另據(jù)統(tǒng)計，因相關(guān)機組停汽，該廠損失產(chǎn)量480 t，五冷軋損失產(chǎn)量825 t。

3 事故原因分析

在與相關(guān)部門多次現(xiàn)場考察和討論的基礎(chǔ)上，能環(huán)部技術(shù)人員對事故主要原因分析如下。

3.1 相鄰用戶正常

能環(huán)部調(diào)查了與該區(qū)域相鄰的軋一車間/軋三車間區(qū)域和軋二車間區(qū)域的情況：故障發(fā)生前，兩個區(qū)域入口蒸汽壓力、溫度等參數(shù)和蒸汽負荷在正常范圍內(nèi)波動（見圖2）。蒸汽主管網(wǎng)對該區(qū)域的供汽正常。

圖2 軋二車間某月8日晚蒸汽曲線圖

3.2 沿途疏水器正常

能環(huán)部檢查了供該區(qū)域蒸汽主管線的疏水器，該單位檢查了一次蒸汽和二次蒸汽管線的疏水器，均未發(fā)現(xiàn)疏水不暢的情況。可以排除在蒸汽正常流動的情況下，管道內(nèi)積水而引發(fā)水擊的可能。

3.3 閥門法蘭墊片可能老化

該單位蒸汽站已投運4年，可能存在閥門法蘭墊片老化現(xiàn)象，在蒸汽壓力的作用下，法蘭墊片易發(fā)生破裂。經(jīng)追溯蒸汽站的壓力曲線，可以判斷在19: 55，入口總閥的法蘭開始泄漏(見圖3)。

圖3 該廠蒸汽站一次蒸汽流量、壓力和溫度曲線圖

3.4 蒸汽站減溫減壓線的動作

蒸汽站的運行記錄表明：入口總閥泄漏后，控制系統(tǒng)檢測到減溫減壓線出口的二次蒸汽壓力低，增加了1#和2#減溫減壓線蒸汽閥的開度，并在19:58自動投運了4#減溫減壓線。入口總閥的泄漏使得流向蒸汽站的一次蒸汽流量不斷增加，而4#減溫減壓線開啟后，一次蒸汽流量隨即激增(見圖3)。

3.5 蒸汽冷凝水的沖擊

飽和蒸汽溫度壓力對照如表1。當蒸汽溫度高于工況點對應(yīng)的飽和溫度時，就處于過熱狀態(tài)。

表1 飽和蒸汽溫度壓力對照表

全廠低壓蒸汽管網(wǎng)結(jié)構(gòu)和典型的溫度壓力分布情況如圖4所示。該區(qū)域遠離汽源，蒸汽在輸送過程中因管網(wǎng)阻損和溫降等原因，溫度、壓力、過熱度會偏低，易產(chǎn)生較多冷凝水(尤其是冬季)。一次蒸汽流量的激增，可能使得冷凝水的產(chǎn)生量超出疏水器的排水能力；大量蒸汽攜帶沿途不斷積累的冷凝水涌向蒸汽站和二次蒸汽管線，進一步?jīng)_擊損壞法蘭墊圈等薄弱部位?；謴?fù)供汽后，多處管道滑動托座仍未恢復(fù)至正常位置，其中最靠近蒸汽房的一次蒸汽管道門型補償器托座最大塑性變形量達150 mm，表明管網(wǎng)曾受到較大沖擊。

4 改進措施

在蒸汽輸配和管網(wǎng)設(shè)施正常運行中發(fā)生此類區(qū)域性管路故障較為罕見，蒸汽系統(tǒng)故障深度影響主生產(chǎn)線，這在寶鋼未曾發(fā)生過，值得深思經(jīng)過深入討論，能環(huán)部和該單位落實了以下改進措施。

4.1 優(yōu)化該區(qū)域蒸汽管網(wǎng)疏水能力

結(jié)合能環(huán)部和BSEE的意見，該單位在后續(xù)工程蒸汽管道移位項目實施中，完成以下改進措施：

①針對區(qū)域蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)閥門與管道以法蘭形式連接，其墊片易受沖擊損壞的問題，將該單位區(qū)域一、二次蒸汽總閥由法蘭式改為焊接式，以提高抗波動和沖擊能力。

②對近蒸汽站的一、二次蒸汽總管各增設(shè)了一個門型補償器，提高管系的熱脹冷縮補償能力。

③對近蒸汽站的一、二次蒸汽總管各增設(shè)了一個疏水器，并將移位管段疏水器與主管連接由原先的“直插主管”形式(圖5(a))改為“集水槽”形式(圖5 (b))。改造后，“集水槽”下部的空間可防止管道雜質(zhì)和水垢進入疏水閥，并可以高效捕獲蒸汽冷凝水。

經(jīng)能環(huán)部、該單位、BSEE現(xiàn)場查看，認為改造后的疏水非常順暢，可以有效減少進入蒸汽站的冷凝水。

圖4 全廠低壓蒸汽管網(wǎng)結(jié)構(gòu)和典型的溫度壓力分布情況

圖5 疏水器的形式

4.2 調(diào)整蒸汽站減溫減壓線的運行方式

目前備用減溫減壓線自動投入的策略是：二次蒸汽總管壓力低于0.57 MPa持續(xù)10秒后，自動投入已處于備用狀態(tài)的減溫減壓裝置。不論減溫減壓裝置是否處于運行狀態(tài)，壓力調(diào)節(jié)PID模塊均按照當前實際壓力與設(shè)定壓力的差異進行PID調(diào)節(jié)輸出。

在某月8日的事故狀況下，備用蒸汽減溫減壓線的投運按照正常狀況下的控制策略，會導(dǎo)致開啟速度過快。因此建議：減溫減壓裝置處于備用時，其調(diào)節(jié)閥控制輸出值保持0；轉(zhuǎn)入運行時，調(diào)節(jié)閥控制輸出值應(yīng)先達到某一設(shè)定值，作一定延時后再完全參與二次蒸汽壓力調(diào)節(jié)。但蒸汽站目前不具備軟件修改和調(diào)試的條件。

目前采取了折中的辦法：原先開2套運行線可以滿足需求，現(xiàn)在則多開1套，從2運2備改為3運1備，這樣可以分散運行線的負荷，減少備用線投運次數(shù)和投運時的負荷，并有助于備用線的平穩(wěn)投運。

4.3 鄰近汽源的改造

目前軋二車間加熱爐煙氣余熱回收項目在方案編制中，BSEE將考慮從整體上提高軋二車間的供汽溫度；軋二車間1號加熱爐大修和節(jié)能改造項目已啟動（計劃2012年4季度結(jié)束），能環(huán)部已要求該項目按過熱蒸汽設(shè)計。

鄰近汽源的改造是改善該區(qū)域用汽的最有效辦法。

4.4 改變低壓蒸汽汽源參數(shù)的可行性

根據(jù)低壓蒸汽管網(wǎng)和流向(見圖4)，該區(qū)域的蒸汽主要來自軋二車間、煉鋼、低壓鍋爐、電廠。對上述汽源提高溫度或降低壓力，理論上都可以提高供汽的過熱度。能環(huán)部召集相關(guān)汽源單位和用戶以及BSEE進行了討論，認為改變汽源參數(shù)的方案基本不可行，主要技術(shù)分析如下：

①低壓蒸汽管網(wǎng)設(shè)計參數(shù)為1.6 MPa、260℃，如提高蒸汽溫度，將超設(shè)計安全范圍，存在一定風險；還需要對管網(wǎng)重新校核計算，工作量龐大；即使計算能通過，但運行的管道上進行焊縫探傷和水壓試驗是不可能的。

②低壓鍋爐的過熱器換熱面積不可改變，提高過熱溫度將減少低壓鍋爐的產(chǎn)汽量，進而降低其承擔系統(tǒng)變動負荷的調(diào)節(jié)能力。

③煉鋼蓄熱器蒸汽出口溫度不可調(diào)節(jié)，且供汽方式是間歇性的，無助于提高管網(wǎng)過熱度。

④提高汽源溫度會對鄰近用戶產(chǎn)生影響，如三期化產(chǎn)毗鄰電廠，在現(xiàn)行溫度下運作良好（化工將管網(wǎng)蒸汽減溫減壓至飽和蒸汽使用），提高電廠供汽溫度將影響化工。

⑤軋二車間加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)外供的是飽和蒸汽，并在該區(qū)域全部消化（產(chǎn)汽量占該區(qū)域用汽量的70%左右）。即使能提高上述汽源溫度，對改善該區(qū)域蒸汽溫度的作用也不大。

5 結(jié)束語

穩(wěn)定、安全地供應(yīng)和使用蒸汽，對該區(qū)域、冷軋的生產(chǎn)順行具有重要意義。能環(huán)部將推進軋二車間加熱爐煙氣余熱回收項目，配合該單位跟蹤某軋鋼車間區(qū)域的用汽情況，特別是某軋鋼車間后續(xù)工程項目投運后以及今年冬季情況，為用戶持續(xù)提供供能保障和技術(shù)支持。

Analysis of a Steam Leakage Accident in a Steel Rolling Plant and Im provement m easures

Zhang Shitong1,Deng Wanli2
(1.Zhangjiang Steel Energy and Environment Protection Dept.of BaoSteel Group,Zhanjiang,Guangdong 524000; 2.Energy and Environment Protection Dept.of BaoSteel Co.,Ltd.,Shanghai 201999,China)

Through argumentation and analysis it was pointed out that aging of flange gasket and impact of condensed water in the primary master valve of the steam station at a steel rolling plant had been the main cause of the steam leakage accident.Improvement measures such as optimizing the water drainage capacity of the steam pipe network and adjusting the operation mode of the temperature and pressure reduction line of the steam station were taken,which has ensured the safe operation of the steam system in the area.

steam leakage;condensed water;steam station

TK28

B

1006-6764（2015）09-0040-04

2015-04-27

張仕通（1987-），男，學士學位，助理工程師，現(xiàn)從事冶金能源動力方面技術(shù)工作。