淺析高爐安全供水的發(fā)展與研究

任遠芳

摘 要：我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展半個多世紀以來，高爐的安全用水一直冶金企業(yè)煉鐵分廠的重中之重，一旦高爐遭遇停電事故，爐況也隨著急劇變化。此時，如何保證高爐的正常的正常冷卻對穩(wěn)定高爐正常使用壽命至關(guān)重要。根據(jù)前人研究經(jīng)驗，我們從高爐水冷裝置的熱流強度與正常運行時的差異情況，借助生產(chǎn)運行的實踐，首次進行了研究，從而提出了高爐安全供水的新觀念和新方法。

關(guān)鍵詞：高爐；安全供水；熱流強度

1 歷史的沿革

高爐安全供水，一直是高爐供水重要的系統(tǒng)之一。其主要方式包括 20 世紀 50 年代初的蘇聯(lián)模式、70 年代末的日本模式、90 年代的歐洲的模式和直至目前仍沿用的我國模式。

2 高爐安全供水

2.1 前蘇聯(lián)模式

早在 20 世紀 50 年代初，當我國恢復鞍鋼三大工程的時候，蘇聯(lián)承擔了主要的設(shè)計工作，并派出了大批的專家來華，指導施工、指導生產(chǎn)。同時，還在培養(yǎng)我國鋼鐵工業(yè)設(shè)計力量方面，做了近乎啟蒙性的工作。蘇聯(lián)專家特別強調(diào)設(shè)置高爐安全供水的必要性和重要性。并指出在高爐供水系統(tǒng)中，給水泵組應(yīng)設(shè)置備用泵、水泵供電應(yīng)設(shè)置兩路獨立的電源、水泵站與高爐之間的給水與回水管道，應(yīng)為兩條，而且，當其中一條管道發(fā)生故障時，另一條管道應(yīng)能通過 70%的流量。此外，還必須考慮兩路電源同時失電的可能性，并采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，防患于然。其應(yīng)對措施就是修建水塔或高位水池，屆時用以提供 70%的水量，以免在兩路電源同時失電時，避免高爐的水冷設(shè)備燒損、爐襯被侵蝕。

2.2 日本模式

日本模式基本上以 20 世紀 70 年代末、80 年代初，新日鐵在設(shè)計寶鋼 4063 耐的 1 號高爐的設(shè)計為典型。在高爐事故用水的設(shè)計中，除了引人柴油泵作為安全供水的設(shè)施之一外，高爐的事故供水，大體上與原蘇聯(lián)相同。不同之處在于：

（l）設(shè)置柴油泵。柴油泵共分兩組，一組是用于風口供水；一組是用于爐體供水，前者所提供的事故用水相當于正常水量的 59%，而后者達 100%；

（2）設(shè)置壓力型安全水塔，安全水塔為球型；水塔可貯存10min 的事故用水；

（3）設(shè)置事故切斷閥，當發(fā)生事故時，用以保證關(guān)鍵用戶的用水；

（4）安全用水的覆蓋面，包括高爐爐體、爐底和熱風閥純水閉路系統(tǒng)（臨時工業(yè)水替代純水）、以及水渣切換為干渣時所需的用水量。

2.3 歐洲模式

歐洲模式主要以德國和法國為代表。其高爐循環(huán)水系統(tǒng)一般為軟水閉路循環(huán)水系統(tǒng)。其安全供水往往只設(shè)置事故用水柴油泵，而不設(shè)水塔。

2.4 我國模式

我國的模式基本上體現(xiàn)在 1978 年出版的《鋼鐵企業(yè)給水排水設(shè)計參考資料》和 2002 年出版的《鋼鐵工業(yè)給水排水設(shè)計參考手冊》中。

3 研究安全供水的切人點

上述的高爐事故供水的規(guī)定和要求，都是來自感性認識，是我們對高爐發(fā)生停電事故時，對水冷裝置的熱流強度，還沒有足夠的認識的情況下制定的。所以，其安全供水措施難免偏保守。研究安全供水的難點在于，是人們不可能通過模擬停電的方式來進行研究并取得數(shù)據(jù)。作者有幸，繞過了模擬停電的方式，借助于高爐的休風，取得了大量的熱流強度的數(shù)據(jù)，進而進行歸納、分析和比較，找到一條經(jīng)濟和有效的設(shè)計方法。高爐突然停電與高爐計劃休風之間的熱流強度差異在于：（1）前者是突然發(fā)生的，而后者是有序進行的；（2）前者延續(xù)的時間一般不會超過一兩個小時，而后者卻以天計；（3）兩者的熱流強度基本相同。因此，我們完全可以用休風時的爐況及其熱流強度，作為我們研究的依據(jù)。

4 安全用水的作用與實效

從我廠大型高爐近 5 次的休風資料中，我們僅摘出最近的 5次（76 一 80 次）的有關(guān)數(shù)據(jù)（包括供水系統(tǒng)設(shè)備的運行情況、高爐的供水水量、供水水溫、出水水溫、進出水的溫差等等），這 5 次休風的時間最長的為 1900min；最短的也有 1600min：平均為 1750min。休風前后爐體供水熱流強度過程存在變化。經(jīng)過分析我們可以得出，在休風的全過程中熱流強度有了明顯下降；休風前后均出現(xiàn)一個漸變過程。休風前期的下降較快，它顯示了休風前準備階段的熱流強度的變化過程；而休風后期的熱流強度平緩上升，是由于復風之后冶煉強度有一個逐步增加的過程，也就反映了熱流強度緩慢增加的過程；經(jīng)過分析與計算，可以得出休風前后的熱流量。休風前為67.64GJ/小時；而在休風期間其熱流量僅為 21.97GJ/小時；后者僅為前者 32.48%。

5 關(guān)于安全供水的構(gòu)想

基于休風期間的熱流量不到正常運行的 1 半的現(xiàn)實出發(fā)，我們對現(xiàn)行的安全供水的觀念和措施，應(yīng)該進行必要的修正。

其主要內(nèi)容如下：

（l）不應(yīng)強調(diào)“若條件允許，可建造兩個或兩個以上的水源”；

（2）不必強調(diào)“備用水泵不應(yīng)當少于 2 臺”；

（3）不應(yīng)強調(diào)“水泵站內(nèi)管道的聯(lián)絡(luò)和閘閥的配置，應(yīng)滿足所有機組都能互進行轉(zhuǎn)換”；

（4）對于“水泵站的電源應(yīng)設(shè)計有來自不同電源點的兩路獨立電源并有自動倒換裝置。當兩路獨立電源來自一個電源點時，還應(yīng)設(shè)有能保證 100%工作水泵機組需要的保安電源”可改為“還應(yīng)設(shè)有能保證 l/2 工作水泵機組需要的保安電源”；

（5）對于“當為壓力輸水時，一般應(yīng)設(shè)兩條輸水管道。當其中一條管道發(fā)生事故時，另一條應(yīng)能供給總輸水量的 70%以上的水量”可改為“當為壓力輸水時，一般應(yīng)設(shè)兩條輸水管道。一條應(yīng)能供給總輸水量的 70%的水量；而另一條可供30%的水量”：

（6）對于“能源轉(zhuǎn)換用水塔容量（事故水水量）按安全供水量 10min 的容量慮”可以考慮取消能源轉(zhuǎn)換用的水塔。

對上述的修正，還要做以下的幾點補充：

第一，目前，我國大多數(shù)企業(yè)，只有一個水源。因而不可能為高爐的事故供水，特地增加水源；

第二，我國大多數(shù)水泵站內(nèi)管道，沒有設(shè)聯(lián)絡(luò)管和閘閥，其備用水泵一般為 1 臺；

第三，對于“輸水管道，一條應(yīng)能供給總輸水量的 70%的水量；而另一條可供 30%的水量；”其理由是，目前，我國鋼鐵企業(yè)的地下管道均為鋼管，比鑄鐵管的壽命長得多。

6 結(jié)論

對高爐的事故用水應(yīng)該予以足夠的重視。過去，由于我們對高爐事故用水過程中的熱流量缺乏理性認識，難免從感性出發(fā)，盡可能做得安全一些，這也無可非議。但是，通過上述對生產(chǎn)運行的具體分析、研究，我們就能實現(xiàn)從感性認識到理性認識之能動的飛躍，不僅如此，更重要的還需表現(xiàn)于從理性的認識到生產(chǎn)的實踐這一個飛躍。然而，畢竟科學研究往往需要經(jīng)歷若干次的反復探索、修正，方能夠得出一個接近真理的結(jié)論。本文所提供的一些數(shù)據(jù)及其觀點，至少可以作為這一問題研究的起點。在這個基礎(chǔ)上，集思廣益、群策群力，進而把高爐的事故供水做得更符合實際。

參考文獻：

[1]錢平、鄒德才.《鋼鐵工業(yè)給水排水設(shè)計參考手冊》，北京、冶金工業(yè)出版社，2002.01