单座高炉生产状态下煤气系统的安全技术_安全运行

摘要

摘要：探讨了单座高炉生产状态下高炉煤气系统存在的问题及处理方法。关键词：高炉煤气管网；安全阀；腐蚀Safety Technology of Coal Gas System under Conditions of Single Blast

摘要：探讨了单座高炉生产状态下高炉煤气系统存在的问题及处理方法。

关键词：高炉煤气管网；安全阀；腐蚀

Safety Technology of Coal Gas System under Conditions of Single Blast Furnace Production

CHEN Pei-yu，LIU Zhen-ming，GA0 Jin-tao，LI Shi-qi

Abstract：The problems and solutions of coal gas system under conditions of single blast furnace production are discussed.

Key words：blast furnace gas network；safety valve；corrosion

天津钢管制铁有限公司目前有1座1000m³高炉，2005年1月24日投产，通过5年多的生产，暴露出一些问题。借鉴其他单位煤气系统的运行经验，通过改造实践，总结提出煤气系统的安全技术。

1 高炉煤气系统工艺流程

天津钢管制铁有限公司煤气系统的工艺流程是^[1]：高炉产生的煤气通过高炉下降管至重力除尘器，重力除尘器后的荒煤气至干式布袋除尘系统，干式除尘后的净煤气通过调压阀组或高炉煤气余压发电系统(TRT)调压后至净煤气管网，通过净煤气管网分配给用户。高炉煤气的用户主要是3台顶燃式热风炉、2台锅炉、1台烧结机，剩余煤气放散。高炉顶压为180kPa，调压后的煤气压力为9kPa，高炉煤气平均流量20×10⁴m³/h，最大流量为23×10⁴m³/h，热风炉的用气量为(6～10)×10⁴m³/h，锅炉的用气量为7×10⁴m³/h，烧结机的用气量为8000m³/h，有(2.2～9.2)×10⁴m³/h煤气需通过放散塔放散。高炉煤气系统流程见图1。

2 高炉煤气系统存在的问题及解决措施

① 由于单座高炉生产，煤气量较大，煤气用户较少，有(2.2～9.2)×10⁴m³/h的煤气需经放散塔放散。高炉异常崩料、塌料时煤气放散量很大，低压净煤气管网的压力主要靠煤气放散塔的调节阀来调节，煤气流量增大时，净煤气管网的压力也增大，因放散塔的调节阀调节时间较长，净煤气压力调节滞后，煤气用户又较少，煤气无法尽快放散出去，造成管网压力升高，水封击穿，波纹管补偿器拉坏，各煤气用户紧急停火，高炉被迫紧急休风，在高炉投产初期已造成两次这样的管网事故。根据此现象，我们对煤气管网进行了充分的分析，为保证高炉及各煤气用户的正常生产，在低压净煤气管网上增加了3个DN 300mm的煤气安全阀，安全阀的开启压力为20kPa，水封的击穿压力为35kPa。当低压净煤气管网压力升高到安全阀的开启压力时，安全阀自动开启，及时将煤气放散出去；当煤气压力低于安全阀的关闭压力时，安全阀自动关闭。因3个安全阀泄放了部分煤气，又有放散塔调节阀及水封的调节，自此净煤气管网再未出现过问题，保证了净煤气管网的安全。

② TRT的运行是高炉降低成本的有效措施^[2]，特别是干式除尘，单位产量铁发电量比湿式除尘提高30%，经济效益、环保效益巨大。但随着TRT的运行，煤气系统也出现了一些问题。如TRT正常运行时，机组投运、并网、升功率过程中高炉顶压由高炉侧控制，这个过程需缓慢控制，当达到一定功率，同时透平发电机组静叶开到一定角度后，高炉顶压靠TRT静叶调节，高炉煤气将不再通过调压阀组，调压阀组由自动改手动关闭。当TRT出现重大故障紧急停车时，TRT入口快切阀将在2s内快速关闭，透平发电机组旁通快切阀快速打开，将替代静叶和调压阀组来调节高炉顶压，调压阀组由手动改自动逐渐打开，再关闭TRT旁通快切阀。当TRT旁通快切阀打不开，调压阀组打开速度较慢(调节阀从关闭到打开需90s)，高炉煤气将无处可去，干式除尘系统、荒煤气管网、炉顶压力将迅速升高，当压力升高到高炉炉顶放散压力时，高炉炉顶放散阀被强制打开，高炉被迫紧急休风或损坏炉顶设备、干式除尘设备。这种现象在我国高炉生产中已出现多次。为避免这种现象的发生，我们在TRT入口快切阀前、煤气干式除尘系统进、出口各增加了1个DN350mm的安全阀，放散压力为195kPa，略高于炉顶压力。当TRT旁通快切阀出现事故时，安全阀先开启，放散一部分煤气，随着调压阀组的打开，煤气管网恢复正常。我厂自安装了这3个安全阀后，安全阀已启动了几次，有效地保护了高炉生产。

③ 采用高炉煤气干式除尘技术^[3]，净煤气冷凝水中的氯离子含量显著升高。这主要是由于高炉原料、燃料中的氯化物，在高炉冶炼过程中形成HCl。当煤气温度达到露点时，气态HCl与冷凝水结合，形成酸性水溶液而引起酸腐蚀，对煤气管道和不锈钢波纹管补偿器产生点腐蚀、应力腐蚀和局部腐蚀。高炉煤气中富含的氯离子、硫酸根离子等形成的复合产物对不锈钢、碳素钢等腐蚀严重，造成高炉煤气管网、设备损坏。突出反映在管道补偿器上相继出现不锈钢波纹管严重点腐蚀穿孔、波纹管与接管环焊缝开裂、补偿器内衬导流筒凸流道处冲蚀等重大隐患，造成在煤气系统上广泛应用的波纹管补偿器大量失效和损坏，严重影响了高炉的稳定运行和煤气正常输送。同时，补偿器泄漏后极易造成人员煤气中毒和煤气燃爆，引发安全事故。受酸性腐蚀影响，原使用的补偿器平均寿命不足8个月。根据点腐蚀的防止措施，可适当提高材质中Cr含量，当其提高到25%以上时能显著改善抗点蚀能力。还可提高材质的纯净度，降低碳和有害元素的含量。为了抑制煤气管道系统的异常腐蚀，我们对煤气管道波纹管补偿器的腐蚀机理进行了分析研究，对不锈钢波纹管补偿器材质、结构进行了改进，选取相应的金属材料制作波纹管来直接抵御腐蚀，如采用耐酸性的254SMo、800、825等不锈钢材质。这里只介绍254SMo材质，其化学成分见表1。

表1 254SMo化学成分

成分	C	Mn	P	S	Si
质量分数/%	≤0.02	≤1.00	≤0.03	≤0.01	≤0.80
成分	Cr	Ni	Mo	N	Cu
质量分数 /%	19.50～20.50	17.50～18.50	6.00～ 6.50	0.18～ 0.22	0.50～ 1.00

由表1可以看出，254SMo不锈钢是一种含碳量极低的高钼含氮奥氏体不锈钢，此钢突出的特点是在氯化物环境中具有优异的耐腐蚀性，包括耐点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和一般腐蚀的性能，同时在很多还原性酸介质中耐腐蚀性也很好。Cu的添加改善了该材料在某些酸中的耐腐蚀性能。此外，由于它较高的镍、铬含量，使其具有良好的抗应力腐蚀破裂性能。实际上，研制254SMo的出发点就是提供一种不太昂贵的选择，替代某些场所使用的镍基合金或钛材。波纹管补偿器材质由奥氏体不锈钢316L改进为耐氯离子腐蚀的不锈钢254SMo，提高了材质的抗酸腐蚀性能。还可以在煤气管道内壁喷涂防腐涂料，使金属管道与酸性腐蚀介质隔离，抑制管道异常腐蚀^[4]。

参考文献：

[1] 张殿有.高炉冶炼操作技术[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[2] 吴洪亮，刘坤.钢铁企业煤气高效利用技术的探讨[J].煤气与热力，2007，27(4)：35-37.

[3] 郭亮，邓茂忠，蔡富良.煤气全干式除尘技术在大型高炉的应用[J].煤气与热力，2010，30(4)：B15-B17.

[4] 车立新，段常贵.埋地钢质管道应力腐蚀开裂及其预防[J].煤气与热力，2006，26(10)：1-4.

(本文作者：陈培钰^1、2 刘振明² 高金涛¹ 李士琦¹ 1.北京科技大学冶金与生态工程学院北京 100083；2.天津钢管集团股份有限公司天津 300301)