補(bǔ)水穩(wěn)壓裝置在高爐本體閉路水系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

張建國(guó)

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司，河北唐山 063000）

前言

高爐冷卻壁、爐底、風(fēng)口大套、中套系統(tǒng)冷卻水采用軟水閉路循環(huán)水系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)經(jīng)使用后水質(zhì)未受污染，僅水溫升高，經(jīng)冷卻器降溫后，用水泵加壓送往用戶循環(huán)使用［1］。該閉路系統(tǒng)保有水量少，排污量較少，對(duì)流量、壓力等運(yùn)行參數(shù)要求較高，不能頻繁出現(xiàn)較大波動(dòng)，因此當(dāng)給系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)，不能有較大的流量、壓力波動(dòng)。

某鋼廠3 000 m3高爐本體閉路水系統(tǒng)采用了補(bǔ)水穩(wěn)壓裝置，該裝置自動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)水。自2020 年投入使用后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，補(bǔ)水壓力均衡，自動(dòng)化程度高，保障了高爐本體循環(huán)水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 高爐本體閉路循環(huán)水系統(tǒng)

該系統(tǒng)由2 套主要系統(tǒng)和1 套輔助系統(tǒng)組成。主要系統(tǒng)為主循環(huán)水系統(tǒng)和補(bǔ)水穩(wěn)壓系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)為空冷器噴淋系統(tǒng)。主循環(huán)水系統(tǒng)負(fù)責(zé)給高爐供應(yīng)循環(huán)水，補(bǔ)水穩(wěn)壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)給主循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水，輔助系統(tǒng)負(fù)責(zé)給主循環(huán)水系統(tǒng)降溫。

1.1 主循環(huán)水系統(tǒng)

主要由3 臺(tái)供水泵、1 臺(tái)事故柴油機(jī)供水泵、2 臺(tái)管道過(guò)濾器、13 臺(tái)空冷器以及閥門、管道等組成。正常供水狀態(tài)下，雙路循環(huán)供水，回水管聯(lián)通閥和供水管聯(lián)通閥全開(kāi)，供水泵開(kāi)二備一，兩段供電分段運(yùn)行，每路的供水壓力0.9～1.0 MPa，回水壓力0.4～0.6 MPa，供水溫度50～55 ℃，供水總流量5 000～6 000 m3/h。當(dāng)供水壓力低于0.85 MPa，備用泵自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)供水壓力低于0.8 MPa，事故柴油機(jī)泵自動(dòng)啟動(dòng)。供水泵出水通過(guò)“U”型管路形成雙路循環(huán)，進(jìn)入高爐冷卻壁、爐底、風(fēng)口大套、中套等進(jìn)行冷卻，回水仍然是雙路回水進(jìn)入管道過(guò)濾器，回水過(guò)濾后經(jīng)雙路上空冷器進(jìn)行降溫，降溫后仍然經(jīng)雙路回到進(jìn)水主管道，再通過(guò)供水泵組加壓實(shí)現(xiàn)循環(huán)供水。

高爐系統(tǒng)對(duì)連續(xù)供水的要求非常嚴(yán)格，循環(huán)水流量、壓力的波動(dòng)，可能會(huì)使連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)失調(diào)，而且還會(huì)使某些受冷卻水保護(hù)的設(shè)備被燒壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成重大事故。因此除必須做好連續(xù)供水外，還要確保供水的穩(wěn)定性、均衡性，供水參數(shù)不能有大的波動(dòng)［2］。

1.2 補(bǔ)水穩(wěn)壓系統(tǒng)

主要由高爐膨脹罐、補(bǔ)水軟水箱、補(bǔ)水氣動(dòng)閥、補(bǔ)水穩(wěn)壓罐、爐本體穩(wěn)壓補(bǔ)水泵、緊急補(bǔ)水泵以及閥門、管道等組成。當(dāng)高爐本體循環(huán)水出現(xiàn)水損失，膨脹罐液位就會(huì)下降，至低液位信號(hào)時(shí)補(bǔ)水氣動(dòng)閥打開(kāi)，由穩(wěn)壓罐進(jìn)行補(bǔ)水，高爐膨脹罐補(bǔ)至高液位時(shí)氣動(dòng)閥關(guān)閉，停止補(bǔ)水。如果補(bǔ)水時(shí)穩(wěn)壓罐水位低于1.5 m，穩(wěn)壓泵自動(dòng)啟動(dòng)（開(kāi)一備一）同時(shí)給膨脹罐和穩(wěn)壓罐補(bǔ)水，高爐膨脹罐補(bǔ)至高液位時(shí)氣動(dòng)閥關(guān)閉，穩(wěn)壓罐液位升至3 m 時(shí)，穩(wěn)壓泵自動(dòng)停。如果高爐本體循環(huán)水損失較大，補(bǔ)水過(guò)程中膨脹罐液位仍在下降，到達(dá)超低液位時(shí)，則緊急補(bǔ)水泵自動(dòng)啟動(dòng)（開(kāi)一備一），膨脹罐補(bǔ)至低液位時(shí)緊急補(bǔ)水泵自動(dòng)停泵［3］。補(bǔ)水穩(wěn)壓系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 補(bǔ)水穩(wěn)壓系統(tǒng)流程圖

1.3 空冷器噴淋系統(tǒng)

主要由空冷器噴淋供水泵、空冷器、噴淋上塔泵、冷卻塔以及閥門、管道等組成。噴淋供水泵為空冷器提供冷媒水，通過(guò)熱交換為閉路循環(huán)水降溫。噴淋泵組經(jīng)噴淋冷水池吸水，對(duì)空冷器集管進(jìn)行噴淋后落入下方集水盤，流回噴淋熱水池，噴淋熱水池經(jīng)噴淋上塔泵提升至冷卻塔降溫，回到冷水池，以此往復(fù)循環(huán)。處理流程如圖2所示。

圖2 空冷器噴淋系統(tǒng)流程圖

2 補(bǔ)水穩(wěn)壓系統(tǒng)工藝控制過(guò)程

高爐本體閉路系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)供水泵開(kāi)二備一，供水流量5 600 m3/h，供水壓力0.93 MPa，回水壓力0.46 MPa。根據(jù)水質(zhì)情況，定期進(jìn)行排污，系統(tǒng)內(nèi)水量缺失，高爐本體膨脹罐液位降低。

高爐本體補(bǔ)水穩(wěn)壓系統(tǒng)由1個(gè)穩(wěn)壓罐、2臺(tái)穩(wěn)壓泵（單臺(tái)泵流量42 m3/h，揚(yáng)程101 m）及配套氣動(dòng)閥、氮?dú)鉁p壓閥和穩(wěn)壓閥等組成。

當(dāng)高爐本體膨脹罐到達(dá)低液位時(shí)，泵站穩(wěn)壓系統(tǒng)補(bǔ)水氣動(dòng)閥打開(kāi)，穩(wěn)壓罐向系統(tǒng)補(bǔ)水，穩(wěn)壓罐液位下降，高爐本體膨脹罐液位上升。高爐本體穩(wěn)壓系統(tǒng)補(bǔ)水氣動(dòng)閥與高爐膨脹罐液位聯(lián)鎖，高爐本體穩(wěn)壓系統(tǒng)穩(wěn)壓罐液位與穩(wěn)壓泵聯(lián)鎖。

（1）當(dāng)高爐本體膨脹罐液位到達(dá)高液位（3.6 m）時(shí)，補(bǔ)水氣動(dòng)閥關(guān)閉。

（2）當(dāng)泵站穩(wěn)壓罐液位到達(dá)低液位（1.5 m）時(shí)，穩(wěn)壓泵啟動(dòng)，向穩(wěn)壓罐補(bǔ)水，到達(dá)高液位（3.0 m）時(shí)，穩(wěn)壓泵停止。

（3）當(dāng)高爐本體膨脹罐到達(dá)低低液位（3.0 m）時(shí)，緊急供水泵啟動(dòng)向系統(tǒng)補(bǔ)水；當(dāng)高爐本體膨脹罐到達(dá)低液位（3.2 m）時(shí)，緊急供水泵停止。

泵站穩(wěn)壓罐的工作原理為：利用水的壓縮性極小、氣體的壓縮性較大的性質(zhì)，起到一個(gè)蓄能器的作用。外網(wǎng)氮?dú)庾鳛榉€(wěn)壓罐的氣源，正常情況下，外網(wǎng)氮?dú)鈮毫υ?.8 MPa，需根據(jù)回水壓力調(diào)節(jié)減壓閥，調(diào)節(jié)后的氮?dú)鈮毫β愿哂诨厮畨毫s0.05 MPa，保障氮?dú)鈱?duì)回水壓力的一個(gè)儲(chǔ)能作用，當(dāng)外部氮?dú)鈮毫Σ▌?dòng)時(shí)，減壓閥根據(jù)設(shè)定壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)外網(wǎng)氮?dú)鈮毫Τ掷m(xù)升高，造成回水壓力持續(xù)升高，這時(shí)需開(kāi)穩(wěn)壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，壓力下降時(shí)，關(guān)穩(wěn)壓閥。

補(bǔ)水穩(wěn)壓裝置全自動(dòng)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)1 年多的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，摸索出減壓閥和穩(wěn)壓閥的設(shè)定參數(shù)值。具體設(shè)定參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 氮?dú)庀到y(tǒng)減壓閥和穩(wěn)壓閥設(shè)定

3 補(bǔ)水過(guò)程參數(shù)及曲線

在高爐近3 年的實(shí)踐運(yùn)行生產(chǎn)中，通過(guò)摸索爐本體循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、補(bǔ)水周期、補(bǔ)水時(shí)長(zhǎng)等條件，對(duì)補(bǔ)水穩(wěn)壓裝置參數(shù)進(jìn)行不斷調(diào)整優(yōu)化，通過(guò)調(diào)整穩(wěn)壓罐的高、低液位聯(lián)鎖啟停參數(shù)，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓泵出口閥門開(kāi)度，調(diào)整氮?dú)庀到y(tǒng)減壓閥、穩(wěn)壓閥的開(kāi)關(guān)壓力參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，結(jié)合高爐本體循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀況，找出安全、經(jīng)濟(jì)、高效的補(bǔ)水參數(shù)。尤其是對(duì)補(bǔ)水氣動(dòng)閥的氣動(dòng)裝置進(jìn)行了改造，電磁閥前增加調(diào)速模塊，實(shí)現(xiàn)了緩閉功能，不僅解決了關(guān)閥過(guò)程中產(chǎn)生的巨大水錘作用，還確保了補(bǔ)水時(shí)壓力的穩(wěn)定［4］。具體補(bǔ)水過(guò)程數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 補(bǔ)水過(guò)程數(shù)據(jù)

系統(tǒng)在7：00 時(shí)未補(bǔ)水，在14：00 時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水，具體參數(shù)曲線見(jiàn)圖3。

圖3 系統(tǒng)未補(bǔ)水和補(bǔ)水時(shí)的參數(shù)曲線

對(duì)比系統(tǒng)未補(bǔ)水時(shí)和補(bǔ)水時(shí)的主管道參數(shù)，流量變化范圍小于0.36%，壓力幾乎沒(méi)有變化，補(bǔ)水時(shí)基本對(duì)正常運(yùn)行時(shí)的參數(shù)無(wú)影響，完全滿足高爐生產(chǎn)工藝要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

補(bǔ)水穩(wěn)壓裝置在高爐本體閉路水系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，保證了高爐循環(huán)水流量、壓力的穩(wěn)定性，根據(jù)液位變化及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水，還解決了補(bǔ)水時(shí)產(chǎn)生的水錘問(wèn)題，提高了運(yùn)行安全性。該裝置自動(dòng)化程度高，日常運(yùn)行不需要人工干預(yù)，完全按照設(shè)定的程序、參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)水，提高了生產(chǎn)效率。