單段式橡膠密封膜煤氣柜應(yīng)用及探討

蘇峰

（山鋼股份萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，山東濟(jì)南 271104）

引言

當(dāng)前，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)煤氣儲(chǔ)存設(shè)備中，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣儲(chǔ)存一般用稀油密封柜，如多邊形稀油密封柜（MAN）、圓形稀油密封柜（POC 柜）；轉(zhuǎn)爐煤氣一般采用威金斯型煤氣柜，常見的是兩段式橡膠密封膜煤氣柜。近年來，單段式橡膠密封膜煤氣柜在冶金企業(yè)中的應(yīng)用越來越多，逐漸成為轉(zhuǎn)爐煤氣儲(chǔ)存設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，甚至成為高爐煤氣儲(chǔ)存設(shè)備的新寵。由于單段式橡膠膜密封煤氣柜尚處于嘗試和不斷完善階段，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中難免會(huì)出現(xiàn)新的問題。有必要在梳理單段式橡膠膜密封煤氣柜特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際情況，采取適當(dāng)?shù)膬?yōu)化措施，確保氣柜安全運(yùn)行。

1 單段式橡膠模密封柜基本特點(diǎn)

單段式橡膠膜密封柜結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示，其具體特點(diǎn)如下。

圖1 單段式橡膠模密封柜結(jié)構(gòu)示意圖[1]

（1）隨著當(dāng)前環(huán)保要求越來越高，稀油密封煤氣柜（曼型柜）煤氣冷凝水排放的環(huán)保問題愈加突出。而單段式橡膠膜密封柜依然屬于威金斯柜范疇，采用橡膠膜密封柜內(nèi)煤氣，避免了采用油密封帶來的環(huán)境污染。

（2）內(nèi)部只有一個(gè)活塞擋架，取消了T 擋板架，運(yùn)行中減少了活塞擋架與T 擋架的碰撞，消除了活塞構(gòu)件之間干擾，使活塞運(yùn)行更加平穩(wěn)，氣柜的日常維護(hù)和檢修工作量減少，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用，減少了檢修期間煤氣的放散損失[2]。

（3）活塞運(yùn)行速度更快，運(yùn)行速度可以達(dá)到6 m/min（兩段式活塞運(yùn)行速度一般在3.5 m/min 以下），吞吐量大，能較好的起到穩(wěn)定管網(wǎng)壓力、及時(shí)回收煤氣等作用。

（4）沒有壓力的突變，可改善轉(zhuǎn)爐引風(fēng)機(jī)和氣柜后煤氣加壓機(jī)的工作狀況，節(jié)省了運(yùn)行成本，有利于向后續(xù)用戶提供穩(wěn)定的煤氣供應(yīng)[3]。

（5）活塞擋板圍欄到活塞底部，一般設(shè)有斜梯，空間充足，便于攜帶空氣呼吸器等安全工具進(jìn)行點(diǎn)檢、維護(hù)，降低了日常點(diǎn)巡檢難度，提高了點(diǎn)檢效率和安全性。

（6）整體高度相對(duì)較高，初投資有所增加。因活塞架占據(jù)了上部空間，導(dǎo)致柜體高度較高，以5 萬m3的氣柜為例，單段式氣柜側(cè)板高度比兩段式氣柜高7 m 以上。對(duì)于容量為5 萬m3的煤氣柜來說，單段式和兩段式橡膠密封膜煤氣柜總投資費(fèi)用基本相當(dāng)；8 萬m3單段式比兩段式初投資增加約100 萬元，而12 萬m3將增加200 余萬元。容量越大，單段式相對(duì)于兩段式的初投資增加也就越多[4]。

（7）橡膠膜長(zhǎng)度較長(zhǎng)。兩段式煤氣柜橡膠膜由T擋板和活塞兩段（部分）橡膠膜組成，如15 萬m3的兩段式煤氣柜橡膠膜總長(zhǎng)度才23.5 m，每段長(zhǎng)度小于12 m。而單段式煤氣柜只有一段橡膠膜，長(zhǎng)度至少20 m 以上，故在柜容相同的情況下，單段式煤氣柜橡膠膜長(zhǎng)度較長(zhǎng)。

2 單段式橡膠模密封柜的國內(nèi)應(yīng)用實(shí)例

中天鋼鐵將原10 萬m3稀油密封煤氣柜改為了7 萬m3單段式橡膠模密封柜，改造后氣柜設(shè)計(jì)壓力2.8 kPa，介于兩段式橡膠密封膜煤氣柜一段和二段的壓力中間值（2.5～3.0 kPa）,便于和原兩段式橡膠密封膜煤氣柜并柜運(yùn)行。運(yùn)行期間，曾發(fā)生過在高柜容時(shí)，由于布簾較長(zhǎng)造成活塞漂移和傾斜加劇的問題，后經(jīng)對(duì)部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，消除了漂移和傾斜隱患。

安徽長(zhǎng)江鋼鐵16.5 萬m3橡膠膜密封煤氣柜，為當(dāng)今最大柜容的單段式橡膠模密封柜，用于儲(chǔ)存高爐煤氣，采用國產(chǎn)橡膠膜，運(yùn)行壓力11 kPa。該氣柜在投運(yùn)初期，出現(xiàn)了布簾上端懸掛處漏氣問題，后經(jīng)調(diào)整優(yōu)化后，運(yùn)行良好。

梅山鋼鐵13.5 萬m3單段式橡膠膜密封煤氣柜，設(shè)計(jì)壓力8 kPa，也用于儲(chǔ)存高爐煤氣。該氣柜建成投運(yùn)后，運(yùn)行良好。

3 單段式橡膠模密封柜技術(shù)問題探討

筆者曾參與山鋼集團(tuán)新疆公司喀什項(xiàng)目2座單段式橡膠膜密封煤氣柜（一座8 萬m3高爐柜，一座5 萬m3轉(zhuǎn)爐柜）的建設(shè)及投運(yùn)工作，后到部分鋼鐵企業(yè)學(xué)習(xí)，個(gè)人認(rèn)為以下4個(gè)方面需要關(guān)注。

（1）活塞重心或調(diào)平裝置處理

由于單段式煤氣柜活塞擋板較高，且活塞拱在最下面，活塞的浮心就很低，重心與浮心的距離很近，有時(shí)活塞的質(zhì)量重心還高于浮心，從而造成煤氣柜活塞重心不穩(wěn)，加之活塞內(nèi)筒承受的煤氣外壓力沒有利用煤氣來平衡，容易造成活塞失穩(wěn)，當(dāng)活塞快速運(yùn)行時(shí)，活塞容易傾斜[5]。

因此，在氣柜設(shè)計(jì)時(shí)，要重點(diǎn)予以考慮，同時(shí)通過增加活塞傾斜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、合理增加調(diào)平裝置數(shù)量、優(yōu)化調(diào)平裝置布置方式等手段進(jìn)行完善，確?；钊\(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）橡膠膜強(qiáng)度和質(zhì)量

在相同柜容前提下，單段式煤氣柜由于只有一段橡膠膜，長(zhǎng)度明顯大于兩段式煤氣柜。在實(shí)際運(yùn)行中，若活塞平衡問題處理不當(dāng)，出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定、傾斜等問題時(shí)，更容易出現(xiàn)橡膠膜打褶損壞等問題。而且由于長(zhǎng)度增加，橡膠膜重量也隨之增加，對(duì)橡膠膜上部吊點(diǎn)和整體質(zhì)量等都提出了更高的要求。

因此，在選擇單段式煤氣柜橡膠膜時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮橡膠膜的強(qiáng)度和質(zhì)量，可考慮采用進(jìn)口材質(zhì)的橡膠膜來保證質(zhì)量，也可以通過提高橡膠膜的設(shè)計(jì)壓力等級(jí)來實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)度的目的。

（3）機(jī)械柜位計(jì)等附件優(yōu)化配置

因單段式煤氣柜活塞運(yùn)行速度大于兩段式煤氣柜，故對(duì)氣柜機(jī)械柜位計(jì)、配重鋼絲繩及導(dǎo)輪、柜頂放散、柜壁呼吸孔等附件提出了更高要求。氣柜附件的設(shè)計(jì)，應(yīng)該根據(jù)單段式煤氣柜吞吐量大、活塞運(yùn)行速度快的實(shí)際情況進(jìn)行合理優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)安全和長(zhǎng)壽命周期運(yùn)行的需要。

例如，普通機(jī)械柜位計(jì)的鋼絲繩較細(xì)，在高速運(yùn)動(dòng)中，摩擦力增大，容易發(fā)生斷裂，斷裂的鋼絲繩甚至可能對(duì)氣柜橡膠膜帶來損害。因此，單段式橡膠膜密封煤氣柜在選用機(jī)械柜位計(jì)時(shí)要考慮安全性，建議不采用普通機(jī)械柜位計(jì)，但為了避免激光、超聲波柜位計(jì)不準(zhǔn)問題，可在氣柜活塞配重塊導(dǎo)軌旁邊進(jìn)行柜容標(biāo)記，根據(jù)配重塊位置來確定柜容，定期對(duì)激光柜位計(jì)或者超聲波柜位計(jì)進(jìn)行整定、調(diào)整。

（4）氣柜底板和側(cè)板選材

無論是兩段式還是單段式煤氣柜，都存在氣柜底板和接觸煤氣的側(cè)板腐蝕問題[6]，也是困擾氣柜長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的首要問題。鞍鋼曾成功將Q345NS 耐酸鋼應(yīng)用于高爐煤氣管道上，效果良好；2018 年，馬鋼也自主研發(fā)了耐酸鋼用于高爐煤氣管道；2015年，唐鋼已經(jīng)將耐酸鋼應(yīng)用到2個(gè)8 萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜上[7]。因此，建議用耐酸鋼來替代普通鋼板，制作煤氣柜底板和接觸煤氣的側(cè)板，可以有效解決煤氣腐蝕問題。

4 結(jié)束語

雖然單段式橡膠膜密封煤氣柜在初期投資上不占優(yōu)勢(shì)，但由于其活塞運(yùn)行速度快、壓力平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于檢修檢查、有效避免煤氣冷凝水排放的環(huán)境污染等顯而易見的諸多優(yōu)點(diǎn)，正受到越來越多鋼鐵企業(yè)的青睞，應(yīng)用案例正不斷增加。

從國內(nèi)應(yīng)用情況看，活塞平衡問題、附件問題、腐蝕問題等都可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、適應(yīng)性改造來消除或改善。而橡膠膜質(zhì)量問題，是導(dǎo)致單段式煤氣氣柜問題多發(fā)、制約單段式煤氣柜向大型化發(fā)展的首要問題，需要專業(yè)技術(shù)人員、國內(nèi)橡膠膜行業(yè)關(guān)注和解決。也希望國內(nèi)專業(yè)廠家能夠通過技術(shù)手段提升橡膠膜力學(xué)性能和耐溫、耐腐蝕能力，以實(shí)現(xiàn)單段式橡膠膜密封煤氣柜向大型化、多介質(zhì)儲(chǔ)存（如焦?fàn)t煤氣等）方向發(fā)展，滿足鋼鐵企業(yè)不斷發(fā)展要求，降低鋼鐵企業(yè)在煤氣儲(chǔ)存方面的各類費(fèi)用和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。