淺析燃?xì)庠O(shè)計中存在的問題與應(yīng)對措施

摘 要：燃?xì)馐卿撹F冶金企業(yè)的重要能源，合理設(shè)計燃?xì)庀到y(tǒng)，能保證燃?xì)夥€(wěn)定供應(yīng)，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，確保全社會的節(jié)能與環(huán)保有重要的現(xiàn)實意義。本文不僅介紹了冶金企業(yè)常用的燃?xì)夥N類，而且重點介紹了燃?xì)夤艿揽茖W(xué)實用的設(shè)計方法，同時針對實際工程中存在的問題，提出了行之有效的應(yīng)對措施，對行業(yè)人員有較強(qiáng)的指導(dǎo)與參考作用。

關(guān)鍵詞：冶金企業(yè)；燃?xì)夤艿?；參?shù)設(shè)計；問題；應(yīng)對措施

中圖分類號：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0354-02

我國煤炭資源豐富，油氣資源相對較少，在冶金企業(yè)中，能源使用方針是以煤為主、油氣為輔。從鋼鐵行業(yè)的能源結(jié)構(gòu)來看，在目前和今后較長時間內(nèi)，煤氣占比仍然維持在70%以上。新形勢下，國家提出節(jié)能降耗、綠色環(huán)保的發(fā)展理念，對科學(xué)合理利用燃?xì)?，?yōu)化燃?xì)庠O(shè)計已成為一項十分迫切的重要任務(wù)。

1 冶金企業(yè)常用的燃?xì)忸愋?/p>

1.1 煤 氣

煤氣主要分為三類：①高爐煤氣，發(fā)熱值約3000～3600KJ/m3，理論燃燒溫度為1400～1500℃，具有產(chǎn)量大、質(zhì)量差的特點。在冶金企業(yè)中，以高爐煤氣作為燃料的設(shè)備，主要有高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t、鍋爐及各種加熱爐等。為了提高燃燒溫度，一般和高熱值煤氣混合使用，或者對空氣、煤氣進(jìn)行預(yù)熱處理[1]。②焦?fàn)t煤氣，發(fā)熱值約16300～18500kJ/m3，理論燃燒溫度為2150℃，具有可燃物多、熱值高的特點。③轉(zhuǎn)爐煤氣，發(fā)熱值約7500～9300kJ/m3，主要成分是CO，占比達(dá)到60～80%。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在吹煉過程中，排出的紅棕色濃煙就是沒有凈化處理的轉(zhuǎn)爐煤氣。

1.2 天然氣

天然氣的主要成分是烷烴，此外還含有極少量的CO、CO2、H2S等雜質(zhì)，燃燒熱值約為8000～8500大卡/m3。液化天然氣主要儲存在立式儲罐、臥式儲罐、子母式儲罐中，氣化處理時，常用設(shè)備如空溫氣化器、水浴氣化器、電加熱器等。以電加熱器為例，主要用在儲罐排液、管道排液上，具有升溫快、熱功率輸出穩(wěn)定的優(yōu)點，一般將壓力降低至0.4MPa左右，通過管道輸送至各用戶。

1.3 液化石油氣

液化石油氣主要用在特殊切割作業(yè)中，切割期間會產(chǎn)生較強(qiáng)的熱效應(yīng)，而且不會生成有毒氣體，燃燒值約為45～50MJ/kg。冶金企業(yè)中液化石油氣的來源：①油田，對丙烷、C4以上烴類進(jìn)行分離、吸收、分餾后獲得；②氣田，對丙烷、丁烷進(jìn)行分離提取后獲得；③煉廠，直接對原油加工后獲得。

2 燃?xì)夤艿乐饕O(shè)計參數(shù)

以煤氣管道為例，設(shè)計應(yīng)遵循國標(biāo)《鋼鐵企業(yè)煤氣儲存和輸配系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 50XXX-2012），主要設(shè)計參數(shù)選取如下：

2.1 壓 力

煤氣管道的計算壓力應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）高爐至減壓閥組或TRT前的煤氣管道計算壓力應(yīng)取高爐爐頂?shù)淖畲蠊ぷ鲏毫?。減壓閥組或TRT后的煤氣管道計算壓力應(yīng)取剩余煤氣放散裝置的最大設(shè)定壓力。

（2）焦?fàn)t煤氣抽氣管道計算壓力應(yīng)取煤氣抽氣機(jī)所產(chǎn)生的最大負(fù)壓力的絕對值。凈煤氣管道計算壓力應(yīng)取剩余煤氣放散裝置的最大設(shè)定壓力；凈煤氣管道系統(tǒng)沒有放散裝置時，計算壓力應(yīng)取抽氣機(jī)最大工作壓力。

（3）轉(zhuǎn)爐煤氣抽氣機(jī)前的煤氣管道計算壓力應(yīng)取煤氣抽氣機(jī)產(chǎn)生的最大負(fù)壓力的絕對值。

（4）煤氣加壓機(jī)（抽氣機(jī)）入口前的煤氣管道計算壓力應(yīng)取剩余煤氣放散裝置的最大設(shè)定壓力；煤氣加壓機(jī)（抽氣機(jī)）出口后的煤氣管道計算壓力應(yīng)取加壓機(jī)（抽氣機(jī)）入口前的管道計算壓力加加壓機(jī)（抽氣機(jī)）最大升壓。

（5）混合煤氣管道計算壓力宜取混合前較高煤氣管道的計算壓力。

2.2 溫 度

當(dāng)管內(nèi)煤氣溫度高于70℃，設(shè)計溫度取煤氣正常運(yùn)行時達(dá)到的最高工作溫度；當(dāng)管內(nèi)煤氣工作溫度低于70℃，設(shè)計溫度可以取70℃[2]。

2.3 管 材

煤氣管道DN<350，可以采用焊接鋼管、無縫鋼管、螺旋鋼管。其中，焊接鋼管、螺旋鋼管的材質(zhì)，以普通碳素鋼Q235-A或Q235-B為宜；無縫鋼管的材料，以優(yōu)質(zhì)碳素鋼10或20為宜。煤氣管道ND≥350，可以采用螺旋焊管、鋼板卷管，材質(zhì)以普通碳素鋼Q235-A或Q235-B為宜。

2.4 管 徑

煤氣管道的管徑，應(yīng)根據(jù)煤氣工況流量和實際流速，并結(jié)合以下公式進(jìn)行計算控制：

2.5 壁 厚

煤氣管道壁厚應(yīng)根據(jù)設(shè)計壓力、管道直徑、許用應(yīng)力、焊接接頭系數(shù)及壁厚附加量等，按下列公式計算：

2.6 跨 距

對于煤氣管道的跨距，研究人員應(yīng)按照強(qiáng)度與剛度所處條件進(jìn)行分別計算，以獲取二者中的較小值。

對于強(qiáng)度條件管道跨距，則應(yīng)按照如下公式進(jìn)行計算：

對于剛度條件管道跨距，則應(yīng)按照如下公式進(jìn)行計算：

式中：L1-按強(qiáng)度計算的管道跨距（m）；L2-按剛度計算的管道跨距（m）；[σ]t-設(shè)計溫度下管道許用應(yīng)力（MPa）；Et-設(shè)計溫度下的管材的彈性模量（MPa）；W-管道扣除腐蝕裕量及負(fù)偏差后的抗彎截面模量（mm3）；I-管道扣除腐蝕裕量及負(fù)偏差后的截面慣性矩（mm4）；q-管道計算荷載（N/m）；D0-管道外徑（mm）；Di-管道內(nèi)徑（mm），tn-名義厚度（mm）；C1-材料厚度負(fù)偏差（mm）；C2-腐蝕余量（mm）。

3 燃?xì)庠O(shè)計存在的問題和應(yīng)對措施

3.1 存在問題

①用料單一。燃?xì)夤艿涝谶x材上，多使用鋼材或鍍鋅材質(zhì)，優(yōu)點是抗壓性強(qiáng)。但是，實際應(yīng)用中，鋼材的抗腐蝕性差，鍍鋅管材的接頭數(shù)量多，安裝后會影響管道的密閉性，一旦燃?xì)饬魉偌涌?、壓力增高，可能?dǎo)致管道爆裂。②明設(shè)隱患。為了方便檢修和維護(hù)，冶金企業(yè)設(shè)計燃?xì)夤艿罆r，多采用明設(shè)方式，一方面可能存在技術(shù)人員私自包裝的現(xiàn)象，另一方面一旦管道質(zhì)量有問題，會帶來嚴(yán)重的安全事故。

3.2 應(yīng)對措施

①結(jié)合燃?xì)夤艿浪幁h(huán)境，將具有適用性性能質(zhì)量的材料配合使用，以提高管材作用的質(zhì)量效果。在管理方面，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)測。如圖1所示，燃?xì)庀到y(tǒng)運(yùn)行期間，可以采用SCADA管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，具有安全監(jiān)測、生產(chǎn)管理、冗余容錯、二次開發(fā)等功能，以保證燃?xì)庀到y(tǒng)管材運(yùn)行使用的安全穩(wěn)定性。②加大隱患的排查治理力度。對于冶金企業(yè)而言，應(yīng)該針對燃?xì)馕ｋU區(qū)加強(qiáng)隱患排查，分析燃?xì)鈮毫Α囟?、流量等參?shù)的變化，做好防火、防爆、防雷、防靜電等安全措施。將燃燒器、排水器、放散裝置、泄壓裝置等作為排查重點，及時發(fā)現(xiàn)問題并整改。

4 結(jié) 語

在冶金企業(yè)中，常用的燃?xì)夥譃槊簹?、天然氣、液化石油氣三種類型，文中以煤氣管道為例，從壓力、溫度、管材、管徑、壁厚、跨距等參數(shù)，介紹了設(shè)計要點和注意事項。針對目前設(shè)計工作存在的問題，應(yīng)該加強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)測，對隱患排查治理，從而提高燃?xì)庀到y(tǒng)的運(yùn)行安全性。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-8-16

作者簡介：張湘云（1980-），女，中級，碩士，主要從事燃?xì)夥矫婀ぷ鳌?/p>