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威金斯转炉煤气柜大修及故障处理的研讨与实践

2015/10/21 9:26:59      点击: 文章来源:www.jshhcc.com
1 前言
      马钢老区有 3 个炼钢厂,配有 3 套转炉煤气回收系统,其主要设备有 3 万 m3和 5 万 m3威金斯转炉柜各 2 座,D112 管式电除尘 5 台,D76 管式电除尘 2 台,各类离心鼓风机 12 台。目前实际回收量为10~12 万 m3/h,吨钢回收率为 90 m3/t 以上。转炉煤气的利用方式主要有三种:一是直供钢厂的石灰窑用量约 2 万 m3/h;二是通过高、焦、转炉煤气的混合加压系统供轧钢厂的用量约 6 万 m3/h;三是其他多余的转炉煤气约 2~4 万 m3/h 供热电厂。现重点对 4座气柜近 10 年来常见故障处理进行小结,并对2009 年第 1 座 5 万 m3威金斯气柜大修进行分析和研讨。
2 常见故障的处理
      由于气柜柜容偏小,煤气瞬时回收量大,造成气柜升降速度快而频繁。常见故障主要有气柜顶部调平定向导轮磨损严重,轴承经常更换,调平钢绳受力不均,活塞倾斜水平严重超差,气柜底板侧板等钢结构件腐蚀严重,多处腐蚀穿孔泄漏煤气等。
2.1 柜顶导轮的故障处理
     5 万气柜调平装置共有 24 个大导轮,计 48 个轴承,虽然运转速度较慢,但负荷承重较大,如果安装施工质量较差,直接导致轴承损坏严重,如三钢 5万柜 2006 年更换 24 个轴承,2007 年更换 34 个轴承。一钢 3 万柜运行 4 年后,其调平定向导轮每年也更换 30 多次轴承,而第一座一钢 5 万柜因安装质量好,运行 6 年后每年仅更换 10 多次。
     2007 年对更换频繁的一钢 3 万柜大导轮进行改造,主要是增设两个定位锁,而对三钢 5 万柜导轮的轴承座进行增大强度性的改造,并由 2009 年 5 月30 日利用钢厂检修 16 h 的机会进行全面更换,目前两种改造方式都收到良好的经济效果。
2.2 活塞调平装置故障处理
      活塞调平装置是确保气柜安全稳定运行的关键设施,新投运的气柜运行几年后均会发生水平超差的现象,4 座气柜实际水平超差值及调整时间见表 1。
气柜水平超差汇总表
       由表 1 可知施工质量较差的一钢 3 万柜投运不足 3 年,倾斜最大偏差就达 180 mm(标准±30 mm),经停气 8 天进行处理。水平的调整最好是在气柜完全落底后,首先对调平钢丝绳进行张力检测,确保每组钢丝绳张力基本一致,滑轮运转灵活,配重块在滑道上无卡轨现象,气柜升起后检测活塞及 T 档板内外密封环应达到标准即内环为 370±100 mm,外环为 370±80 mm,否则对配重块进行调整。
2.3 气柜底板漏气的处理
2.3.1 基本情况
      2008 年初我们首先发现二钢 3 万柜的基础四周有多处淡黄色的水流痕迹,随后对四周进行 CO检测,多处 CO 超标达(200~400)×10-6(有的点没有水流也超标,离漏气点 100 mm 处检测),2008 年 5月一钢 5 万柜在对侧板补焊时落下的电火花造成基础底板处局部着火,随后对另两座气柜的底板也进行检测,均有不同程度的超标现象,有的点下雨时有明显的气泡,最高 CO 浓度达 1000×10-6以上。
2.3.2 沥青堵漏处理
       通过有关资料信息的查找,了解到有些气柜底板四周不进行二次灌浆,而用煤沥青浇注。对此我们于 2008 年 6 月对漏气点最大的一钢 5 万柜进行封堵,沥青封堵有两种方法:其一带气带压封堵,其二气柜完全落下在基本不带气不带压的条件下封堵。为了保产,我们选用了第一种方式:首先将二次灌浆层全面打掉清理干净,沿气柜一周用红砖砌一面
高约 400 mm 的墙,浇注沥青十多吨,见图 1,由于沥青的可逆性和固化需要时间,在浇注过程中,在煤气压力的作用下,使沥青产生气泡,而形成通道,最终仍有两个气泡点有少量漏气。通过一个夏季和冬季的考验,该气柜于 2009 年 7 月原两个漏气点的沥青突然扩大,煤气大量外泄,10 m 外的 CO 均严重超标,后紧急降柜用水泥封堵坚持到 10 月份对气柜进行大修。
底板沥青封堵示意图
2.3.3 底板补焊处理
2.3.3.1 由于沥青带气封堵效果不好,2008 年 10 月25 日~11 月 10 日对二钢 3 万柜进行首次停气补焊,底板全面清洗,查有焊缝边沿的裂缝十多处,底板表面有大量的水滴产生的麻点,外圈 4 m 宽的范围加明显,实际底板补焊 135 处,侧板补焊 9 处,并对补焊处进行局部防腐,投运后效果良好。
2.3.3.2 2009 年 5 月 12 日~23 日,对一钢 3 万柜进行停气补焊,底板共补焊 210 多处,同时对 T 档板台架与侧板的连接处进行加固处理约 96 块 400×400mm,并对各补焊点进行局部防腐。投运 1 个月后,气柜四周的二次灌浆仍有 CO 超标现象。后将二次灌浆层打掉清理干净,发现气柜侧板最下一带 6 mm 的钢板与底板最外一圈 6 mm 的环形板焊缝处腐蚀严重(结构见图 1),共有 5 处漏气,故于 7 月 29 日~8月 16 日再次停气处理,对环形板和底部的侧板进行长度方向上约 1/3 的更换,并对底板进行全面防腐。
2.3.3.3 2009 年 8 月 20 日~9 月 4 日对三钢 5 万柜进行停气处理,底板补焊 190 多处,侧板补焊 20 多处,一般补焊点大小为 500~600 mm,最大点为 800~2000 mm,在对底板进行全面防腐的同时对侧板密封角钢进行除锈防腐。
2.4 其他故障的处理
2.4.1 气柜入口管道摆动大,一钢 5 万柜入口DN2000 管道投运初期摆动较大,特别在两座转炉同时回收时更加严重,后对支架进行加固处理。
2.4.2 皮膜裂口处理,一钢 3 万柜投运 2 年后,柜内某点 CO 超标严重,由于波纹板与皮膜的间隙小,作业人员带煤气检查两天才找到泄漏点,外皮膜下端有一个 10 mm 长的裂口。因皮膜下端有盲肠,气柜升降过程中,在一、二塔接触时,盲肠被压住而造成损坏。由于下端密封皮膜拆除困难,故只能对裂口处进行单面粘补。
3 转炉煤气柜的大修
       一钢 5 万柜是马钢第一座威金斯气柜,为配合一钢平改转工程而建设,由中冶南方设计,马钢修建工程公司承建,2001 年 2 月 28 日一次投运成功,2009 年 10 月 9 日~12 月 28 日对气柜进行第一次大修,主要大修内容为:
(1)拆除并更换 11 带以下接触煤气部分的气柜侧板及加强角钢;
(2)在气柜底板上再铺设一层底板;
(3)更换气柜内外层皮膜及 48 块缓冲橡胶垫;
(4)气柜内外部钢结构全面除锈防腐;
(5)活塞导轮调平机构等全面检查、调整、更换;
(6)两台 DF72-Ⅱ蜂窝式电除尘改造为 D76 管式电除尘。
      现对大修过程中的关键点位、创新方法作如下介绍。
3.1 施工前后气体置换的要点
3.1.1 停气作业
       为减少气体置换的时间,首先将活塞降至 0.2~0.3 m 左右。用氮气将气柜升至 5 m,打开侧板上 4个 D700 放散管,反复升降 2~3 次,化验柜内气体可燃组份的总含量小于 4%,再用空气吹扫,使其氧气含量达 20%以上,合格后将气柜升至 15000 m3左右,安装活塞 132 个支撑柱,停机将活塞缓慢落下,打开柜体所有人孔接通大气,防护员首先进柜确认安全后,方可进入清灰动火施工。
3.1.2 送气作业
      气柜试升降、保压、调平、联锁等各项参数验收合格后,将气柜活塞降至 0.2~0.3 m 左右,用氮气吹扫含氮量达 98%为合格(约 6 m 高),再将活塞降至1 m 左右,此时可用管网高炉煤气或转炉煤气将气柜升至上限,因一钢与三钢的转炉煤气管道是联网的,故我厂用管网转炉煤气直接升柜,也可直接回收几炉转炉煤气至上限,而不必对柜内少量的氮气进行置换。
3.1.3 气柜置换用风机的工艺选择
      气柜在大修的过程中要进行氮气、空气、煤气的置换,要用空气做升降试验和气密性试验,对于风机的选择有如下 3 种方式见图 2。
(1)在气柜的人孔旁增设一台试车升降的专用风机, 该种方案新增一台风机和连通管及电源等设施,费用较高,一般不采用。
(2)利用机前后总管的回流管,只要打开图 2 中6 处的阀门就可对气柜置换,该种方式是最常用的一种工艺。
(3)在机前后支管人孔间增设一段联通管。我厂5 万柜大修的同时,3 万柜、3#电除尘、1#、2#机、机后总管仍然运行,并担负着回收 1#~3#炉煤气总量的50%以上的任务,为保风机的置换,我们在 3#机的机前后支管的人孔间增设一段 DN500 联通管,图 2中粗实线部分 d-e 处。
3.2 新底板的安装
3.2.1 旧底板的处理,气柜底板清污后,对底板鼓包变形较大的点位进行开缝、局部拆除等处理,使其底板有一定的平整度。
3.2.2 新底板的安装
(1)找新底板的中心点,在原底板上通过直径画十字线找出交叉点,并通过交点以底板半径画圆弧来验证此中心点是否正确;
(2)绘制配料图,根据实际来料情况,绘制配料图,确保条形板的纵、横焊缝错开 200 mm 以上;
一炼钢转炉煤气回收工艺示意图
(3)安装顺序:以中心板为准,呈十字形向外铺设条形板,条形板焊接后划出环形板内弧线,切除余量后再铺环形板;
(4)焊接:从中心向外,先短后长,先中间后四周,除最外环形板的纵焊缝为对接焊外,其他均为搭接焊;
(5)焊缝检查:焊缝符合二级标准,咬边≤0.5mm,真空泵检查 P=3.5 kPa 无泄漏;
(6)不平度检查:按底板面积平均分布,共测量181 个点,周向偏差±10 mm,相邻两点偏差±5 mm。
3.2.3 新底板安装要点
(1)为提高柜内作业环境的通风性和采光性,清污后首先将侧板最下一带约 1 m 高度的侧板全部拆除。
(2)新底板铺设就位,采用逐步对不同区域的支撑柱拆除、铺设底板、恢复支撑柱的办法。
(3)混凝土大坝区域有 48 根支柱,由于大坝是捣制而成,顶起过程中容易断裂,故单个支柱顶起高度应<15 mm。
3.3 旧皮膜的拆除
(1)在气柜顶部安装 24 个吊装支架;
(2)新底板安装完毕后将侧板最下一圈的新钢板与原侧板点焊,创造条件将活塞升起拆除支撑;
(3)活塞落底后拆除外部皮膜 24 个吊装点的螺栓,并安装好夹具,缓慢同步将皮膜吊起放置活塞顶部,同理拆除内皮膜;
(4)从柜外到柜内铺设运输皮膜的过桥。
3.4 侧板更换
(1)十一带以下侧板自下而上全部拆除,局部波纹板保护性拆除。
(2)侧板安装与拆除同步,自下而上逐带进行,侧板安装前先将侧板与加强角钢点焊好。
(3)为了减少现场搭接焊缝的数量,提高施工质
量和进度,可采用预制二带或三带侧板的安装方法。
3.5 除锈防腐
(1)除锈方法:现场钢结构采用电动钢丝刷,新底板和侧板全部采用抛丸除锈,先刷一道 HL52-3环氧煤沥青底漆再运至现场。
(2)防腐要求:不接触煤气部分的钢结构油漆为J52 煤气柜专用。二道底漆 70 μm,一道中间漆 30μm,3 道面漆 80 μm,总厚度约 200 μm,颜色为铂灰色,接触煤气部分的钢结构为 HL52-3 环氧煤沥青,二道底漆 80 μm,3 道面漆 120 μm,总厚度 200μm,颜色为黑色。
(3)对侧板现场焊缝的内部防腐要创造条件落实施工空间,一般每隔 4~5 块波纹板(约 1.1~1.4 m宽度)拆除 3 块波纹板,人站在拆除后的空间位置上对二侧进行防腐。

3.6 皮膜安装
3.6.1 安装前的准备
(1)所有柜内动火焊接及防腐工作完成。
(2)自上而下对气柜内部,活塞顶部进行全面检查,清理杂物,特别是与煤气接触的侧板、波纹板、钢结构表面光滑,清洁无毛刺。
(3)将内外层旧皮膜均匀铺设在活塞顶部。
(4)分二步将新皮膜包装箱通过过桥拉入柜内。
3.6.2 皮膜安装
(1)开箱后用人工方法在活塞上逐步展开,露出所有 24 个吊点,按顺序安装吊装夹具。
(2)皮膜起吊就位后上下螺栓和皮膜的编号要对应,不得错位。

(3)皮膜应整体起吊,确保 24 个吊点受力均匀一致,上升速度同步,形成自然状态下的圆筒形,避免应力集中撕裂。

(4)安装就位后再次检查,确保上下皮膜不发生皱摺。

3.7 气柜综合调试
(1)皮膜密封处检漏、气柜送气后,先采用肥皂水对上下四周密封处检漏并处理。
(2)水平调试,气柜第一次升起一定高度后测量10 个点的水平仪及对应内外皮膜的间距,如有倾斜落柜后调整水平和配重。
(3)活塞慢升降,第一次升降控制在 200 mm/min 以内,同时测量活塞间距、水平、工作压力等参数,最少进行二次全程慢升降
(4)慢升降时应达到最高位置,使新装皮膜完全展开,皮膜的盲肠移到密封角钢的上端,同时检查 4个紧急放散管的自动顶开接触间距,使用具有良好的一致性。
(5)快升降,由于一台风机的能力有限,最大速度只有 0.23 m/min,因生产过程最大升降速度为 1.2m/min,故验收时的最大下降速度控制在 1.5 m/min,并进行二次全程快降。
(6)气密性试验,按国标要进行 7 天的气密性试验,2%为合格,故平均每天应小于 0.29%,我们在连续 3 天泄漏率小于 0.8%为合格,就停止试验,投入生产。
4 结论与思考
4.1 旧皮膜拆除时的防火措施一定要落实到位,据资料简介 2007 年底某钢厂 8 万柜大修时柜内旧皮膜发生 4 h 的着火事故,造成钢结构局部变形,损失严重。
4.2 新皮膜的选用。首次选用安徽美祥公司生产的新产品,皮膜单幅宽度达 3.2 m,减少拼缝量 50%以上,皮膜骨架为“米”字型三层结构,具有足够的强度,寿命可达 15 年以上。
4.3 保产措施:一钢有 2 座转炉,回收量约 5 万 m3/h,为了提高大修期间 3 万柜的吞吐能力,大修前新增一条 DN800 管道约 200 m,见图 2 中 a-b 处,并在 c 处增加一对 DN1000 法兰,使其具备开 2 台机的工艺条件,实际回收能力达 3.9 万 m3/h,每小时多回收 1.5 万 m3/h,直接经济效益达 300 多万元。
4.4 同时对 2 台 D72-Ⅱ型蜂窝式电除尘进行改造,在保持外壳不变的条件下,改为 D76 管式电除尘器,并将沉淀积管长度由 4.2 m 延长至 4.5 m,除尘效果良好。
4.5 皮膜运行 9 年后,内外表面未发现明显的老化龟裂现象,专业技术人员认为还可安全运行 3~5 年。
4.6 侧板更换问题,拆除下来的侧板总体厚度良好,主要漏气点集中在 4-6 带的焊缝两侧,为点状腐蚀,完全可以采用局部更换或补焊的方法。但要解决好现场焊缝内侧的防腐和皮膜防火措施的可靠。
4.7 导轮和调平装置是气柜稳定运行的关键部位,又是故障多发点,应不断提高维护和管理的水平。
4.8 气柜的防腐。进柜的转炉煤气约有 10 ℃的降温过程,故有大量的饱和水、机械水析出。通过检测分析,其水为弱酸性,主要含有 SO2、SO3、CO2等组份。通过近 1 年的挂片试验,结论是 HL52-3 环氧煤沥青防腐效果最好,抓好防腐施工质量更是关键。
4.9 气柜工作压力应提高。随着生产节奏的加快、产能的扩大,为了全量回收输送转炉煤气、变频风机发挥着巨大的作用。但气柜出口管道的输送能力明显偏小,造成机前压力只有 1 kPa 左右,有时负压达0.5 kPa,目前我厂 4 座气柜均增设了一条 DN800 出口管道。建议新建气柜应将工作压力提高 1~2 kPa。4.10 柜前事故放散塔的设置,原设计柜前设有 50
m 高的事故放散塔,并与柜前的氧含量分析仪联锁,由于超标后处理时间长,操作繁琐,实际没有使用。目前我公司新区 2 座 8 万柜也无柜前放散塔,而是用柜内的煤气进行反吹,15 min 恢复煤气回收。故新建气柜可不设柜前放散塔。