閆 莉

（昆明鋼鐵集團有限責任公司動力能源分公司，云南安寧650302）

昆鋼煤氣系統(tǒng)的經(jīng)濟安全性分析與優(yōu)化

閆 莉

（昆明鋼鐵集團有限責任公司動力能源分公司，云南安寧650302）

從安全運行和經(jīng)濟運行兩方面論述了昆鋼煤氣系統(tǒng)中存在的問題，針對存在問題提出解決措施及建議。

煤氣系統(tǒng)；安全運行；經(jīng)濟運行；問題；措施；建議；昆鋼

煤氣系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性，在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中歷來被人們高度重視。在煤氣的生產(chǎn)、輸送、使用三個環(huán)節(jié)中，從設(shè)計到投入運行，首先要考慮的是系統(tǒng)的安全、可靠，只有安全可靠才能保證人身安全和生產(chǎn)穩(wěn)定運行；其次是構(gòu)成系統(tǒng)的各種設(shè)備是否匹配、協(xié)調(diào)，只有系統(tǒng)中各種設(shè)備匹配協(xié)調(diào)，再加上科學(xué)合理的管理，才能產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益。

本文根據(jù)昆鋼煤氣系統(tǒng)的現(xiàn)狀，從安全和經(jīng)濟運行方面進行分析，主要從兩個方面入手：一是系統(tǒng)的構(gòu)成，主要是針對目前昆鋼煤氣系統(tǒng)存在的問題提出解決方法；二是從運行管理方面，主要闡述怎樣完善管理才能使煤氣系統(tǒng)經(jīng)濟運行。通過分析提出一些粗淺的看法。

1 概況

昆鋼本部系統(tǒng)包括高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和混合系統(tǒng)。根據(jù)2012年上半年統(tǒng)計：

高爐煤氣產(chǎn)量為69.6萬m3／h，外供量38.2萬m3／h，放散率3.08%，主要外供用戶是焦化廠、75t／h鍋爐、130t／h鍋爐、燒結(jié)低溫發(fā)電鍋爐及混合煤氣用戶。

焦爐煤氣產(chǎn)量7.3萬m3／h，外供量5萬m3／h，放散率0.17%，主要用戶是燒結(jié)廠、焦化廠、75t／h鍋爐、130t／h鍋爐及軋鋼片混合煤氣用戶。

轉(zhuǎn)爐煤氣可回收煤氣2.8萬m3／h。

混合煤氣系統(tǒng)主要承擔燒結(jié)廠和軋鋼片加熱爐用氣的混合、加壓、輸送任務(wù)。主要用戶為燒結(jié)廠、棒材廠、冷熱軋廠，系統(tǒng)上有五座混合煤氣加壓站，共有加壓機19臺套，總加壓煤氣量4.73億m3／a。

系統(tǒng)上有15萬m3高爐煤氣柜一座，7萬m3焦爐煤氣柜一座，3萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜兩座；同時有三座高爐煤氣放散塔，放散能力20萬m3／h，兩座焦爐煤氣放散塔，放散能力1～1.5萬m3／h。

三臺75t／h和130t／h鍋爐是煤氣系統(tǒng)的緩沖用戶，可燒高氣21～25萬m3／h，焦氣1.2～1.5萬m3／h。

2 煤氣系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的主要問題

（1）系統(tǒng)監(jiān)控裝置不全，安全隱患突出

目前昆鋼的煤氣系統(tǒng)從氣源出口到放散塔、加壓站入口，煤氣壓力的高低壓報警裝置都不完善，系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)全靠放散塔值班人員觀察壓力表進行，高氣壓力控制在9.0～13.0kPa，焦氣壓力控制在5.5～6.5 kPa。在系統(tǒng)煤氣供求量發(fā)生大幅度增減時，引起的壓力波動不能及時提醒操作人員調(diào)整，經(jīng)常導(dǎo)致系統(tǒng)壓力大范圍波動，高氣壓力有時高達19 kPa，焦氣壓力高達7.0 kPa，給用戶和煤氣混合造成很大影響，嚴重時造成高氣倒入焦氣系統(tǒng)，導(dǎo)致混合煤氣用戶熄火。更為嚴重的是，由于系統(tǒng)壓力急劇上升而未能及時調(diào)整，時常造成脫水器水封沖開、煤氣泄漏，這種現(xiàn)象每年都有3～5次，最嚴重的一次是2000年12月6日中班，六高爐引煤氣，系統(tǒng)壓力升高未能及時放散，導(dǎo)致十五萬柜進口水封脫水器沖開，煤氣泄漏，在處理漏氣時，一值班人員違章作業(yè)導(dǎo)致煤氣中毒身亡。因此，完善煤氣系統(tǒng)的高低壓報警裝置，及時提醒值班人員調(diào)整，對穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，防止煤氣泄漏事故的發(fā)生，具有重大意義，是煤氣系統(tǒng)安全正常運行的 “監(jiān)視器”，應(yīng)該盡快完成，確保系統(tǒng)安全運行。

（2）煤氣放散系統(tǒng)裝備落后，穩(wěn)定和關(guān)閉效果差，影響系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行

放散塔是煤氣平衡的重要設(shè)施，它的作用是在氣源或用戶供求量發(fā)生突變時，迅速將過剩煤氣安全排入大氣，確保系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。目前，放散塔存在的主要問題有以下幾點：

①四、五洗放散塔，由于使用年代較久，設(shè)備陳舊，投入自動放散后，電機經(jīng)常過載發(fā)熱燒壞，只能手動放散，難以跟蹤系統(tǒng)壓力變化，造成不必要的放散和系統(tǒng)壓力波動。

②放散塔點火方式落后，現(xiàn)在一直是人工點火，勞動強度大，危險性高，其次是火焰不穩(wěn)定，在煤氣放散量大時，高爐煤氣放散塔經(jīng)常熄火，造成煤氣不燃燒就直接排入大氣，污染周圍的工作環(huán)境。特別是冬季霧大時，煤氣擴散不開，中毒的可能性更大。

③放散調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)不嚴，系統(tǒng)壓力低時，造成不必要的放散損失。初步估算，6個放散塔因關(guān)不嚴造成的煤氣損失大約在0.5～1.0 m3／h，每年約損失350～720萬m3，浪費驚人。在放散塔前設(shè)置關(guān)閉嚴密、調(diào)節(jié)靈活的控制閥門是減少泄漏損失、穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的有效方法。

（3）系統(tǒng)計量不全，信息反饋落后，調(diào)度指揮滯后

昆鋼煤氣系統(tǒng)的調(diào)度平衡方法，仍停留在20世紀60年代，這對一個年產(chǎn)近300萬t鋼的特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)來說，無疑是一個遺憾。從計量方面看，煤氣的產(chǎn)量、使用量、放散量有一半以上都存在著無表計或計量不準的情況，造成煤氣動態(tài)平衡的盲目性，調(diào)度人員只能憑經(jīng)驗調(diào)整。另外，由于煤氣系統(tǒng)的壓力、流量監(jiān)測都分散在各站點，調(diào)度人員全靠電話詢問值班人員了解變化情況，一旦煤氣系統(tǒng)發(fā)生突然變化，或值班人員觀察匯報不及時，往往造成系統(tǒng)調(diào)整滯后，影響用戶或造成放散損失，嚴重時造成系統(tǒng)超壓，危及安全。

因此，建立一個信息反饋迅速的在線監(jiān)測系統(tǒng)，對煤氣系統(tǒng)的壓力、流量放散進行集中監(jiān)控，為調(diào)度人員提供快速的決策信息，是提高煤氣系統(tǒng)管理水平的硬件要求。特別是當鍋爐和氣柜作為煤氣緩沖調(diào)節(jié)手段時，對煤氣系統(tǒng)進行集中監(jiān)控顯得更為重要。

（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理，加壓機、氣柜沒有充分發(fā)揮效率

在三煉鋼未投產(chǎn)前，老軋鋼區(qū)域的混合煤氣主要由二加壓供給，用戶有250車間、650車間、盤元、耐火廠、中板等。這些用戶主要分布在三煉鋼區(qū)域的西面，隨著三煉鋼、四軋廠、冷熱軋廠的相繼投產(chǎn)，在三煉鋼廠區(qū)東面新建了一批煤氣設(shè)施，如七萬柜，三萬柜，三、四、六加壓站，形成了相對獨立的煤氣系統(tǒng)，使整個東南片管網(wǎng)布局發(fā)生了很大的變化。另外，隨著老用戶退出和新用戶增加，以及設(shè)計能力偏大，混合煤氣加壓站都存在加壓機容量大于實際供氣量的情況。各加壓站的設(shè)備容量和供氣量見表1。

表1 各加壓站的設(shè)備容量和供氣量

從表1可以看出，加壓站絕大部分運行加壓機供氣量都低于銘牌出率的50%，最高的也只有76%。大部分加壓機長期在低負荷下運行，這是很不經(jīng)濟的，有必要對煤氣系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，對加壓機進行 “并”、“停”，提高加壓機效率，減少開機臺數(shù)，同時對用戶熱值進行統(tǒng)一配比。

在焦爐煤氣系統(tǒng)方面，由于七萬柜儲氣壓力與系統(tǒng)壓力不匹配，長期處于停運狀態(tài)，焦氣系統(tǒng)壓力在4.0～6.5 kPa，氣柜儲氣壓力只有2.7～3.0 kPa，不能充分發(fā)揮氣柜的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)作用，需要增加活塞配重，對三煉鋼區(qū)域焦氣進出口管進行改造，提高氣柜的投運率，減少放散量。

以上四個方面是昆鋼煤氣系統(tǒng)存在的主要問題，它直接影響著煤氣系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行，有的方面只要投入少量資金，就可以獲得較大的經(jīng)濟效益，提高系統(tǒng)的安全性，如：放散系統(tǒng)的改造完善，軋鋼片新老系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，煤氣系統(tǒng)各主要監(jiān)測點高低壓報警的設(shè)置等；有的需要投入較大的資金，如建立快速信息反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機在線監(jiān)測，將各點參數(shù)匯集到中心調(diào)度室，但可提高煤氣系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理水平，它帶來的經(jīng)濟效益是巨大的，也是能源系統(tǒng)現(xiàn)代化管理的必然趨勢。

3 解決問題的可行性探討

要提高昆鋼煤氣系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性，本人認為要圍繞以上四個問題，做好以下幾個方面的工作：

（1）建全煤氣系統(tǒng)的高低壓報警裝置，為運行人員及時調(diào)整創(chuàng)造條件

“壓力”是煤氣系統(tǒng)重要的監(jiān)測參數(shù)之一，它的變化直接影響到系統(tǒng)的安全、正常運行。壓力過高會造成脫水器水封沖破，煤氣泄漏；同時給煤氣的混合帶來困難，嚴重時發(fā)生兩種煤氣在混合機構(gòu)倒流，造成用戶停產(chǎn)。因此，完善系統(tǒng)的高低壓報警裝置，能及時提醒運行人員調(diào)整，確保系統(tǒng)安全、正常運行。

高焦爐煤氣系統(tǒng)的監(jiān)測猶為重要，應(yīng)在以下幾個站點安裝報警裝置：①四洗、六洗凈煤氣出口管；②各放散塔進口；③氣柜和加壓站進口。以上這些地方都是控制調(diào)整系統(tǒng)壓力的關(guān)鍵點，應(yīng)該設(shè)報警，及時提醒運行人員調(diào)整。

（2）改造放散塔，提高控制水平，確保系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行

放散塔是高、焦爐煤氣系統(tǒng)的重要設(shè)施，它和氣柜、緩沖用戶一起承擔著調(diào)節(jié)穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的作用，將系統(tǒng)過剩的煤氣安全排入大氣。系統(tǒng)壓力高時，如果不及時打開，將造成系統(tǒng)超壓，危及安全；壓力低時關(guān)不嚴，造成煤氣浪費，不經(jīng)濟。排放時不燃燒，將造成周圍人員中毒。因此，建立一個調(diào)整靈活、開閉可靠和穩(wěn)定的放散系統(tǒng)是非常必要的。

公司煤氣系統(tǒng)上的6座燃燒器，有必要在以下幾個方面做改進：

①實現(xiàn)所有放散塔自動放散，關(guān)閉嚴密。將放散塔前現(xiàn)場操作的切斷閥引入值班室遠程操作，并換為關(guān)閉嚴密的三偏芯的蝶閥；不能長時間投入自動放散的改為能自動放散的調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)所有放散閥在系統(tǒng)壓力波動時能自動調(diào)整，這對用鍋爐作為主要緩沖調(diào)節(jié)手段的煤氣系統(tǒng)猶為重要。

②改進點火方式，完善火焰監(jiān)測。將現(xiàn)在的人工點火設(shè)為電火花點火，避免運行人員中夜班高空點火的危險作業(yè)；其次是在沒有火焰監(jiān)測的燃燒塔上裝監(jiān)測儀，讓運行人員能在值班室及時發(fā)現(xiàn)放散煤氣的燃燒情況，防止放散熄火造成煤氣中毒。

其次是要解決高爐煤氣放散塔在放散量大時熄火的問題。

為了解決6座放散塔存在的以上問題，并結(jié)合節(jié)能減排工作，分公司投資了200萬元于2008年開始改造，歷時兩年，到2009年改造完工。經(jīng)過2a多的運行，收到了預(yù)期效果，大大提高了煤氣系統(tǒng)運行的安全性。

（3）建立煤氣系統(tǒng)的在線監(jiān)測、集中監(jiān)控，提高系統(tǒng)運行經(jīng)濟性和管理水平

應(yīng)用計算機系統(tǒng)與煤氣系統(tǒng)進行在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，其主要作用是將煤氣系統(tǒng)的壓力、流量等參數(shù)及時匯集到調(diào)度中心，為生產(chǎn)提供動態(tài)信息，調(diào)度人員能在較短的時間內(nèi)進行科學(xué)合理的調(diào)整。在這個系統(tǒng)中，在線監(jiān)測是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)是調(diào)度決策的重要依據(jù)。如果能對氣源的產(chǎn)量、用戶的使用量、鍋爐的緩沖量、氣柜的儲存量及燃燒器的放散量進行在線監(jiān)測，適時調(diào)控，煤氣系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性將得到很大提高，昆鋼能源管理水平將向現(xiàn)代化管理跨進一大步，也是今后能源管理的發(fā)展方向。

（4）優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高加壓機效率，充分發(fā)揮七萬柜的調(diào)節(jié)作用

從前面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可看出，幾乎所有的混合煤氣加壓機都是低負荷運行，現(xiàn)在進行具體分析：

①一加壓站加壓機選型太大，供氣量只有額定負荷的13%～20%，從用戶來看，隨著球團的投產(chǎn)，用量不會有大的增加，完全可以換成流量小的機型。冷軋混合煤氣加壓機也存在同樣問題，需要重新選型，解決低負荷運行問題。

②二、四、六加壓站，供氣用戶都集中在軋鋼片，而且管網(wǎng)相近用戶熱值相近，可以聯(lián)網(wǎng)運行，減少開機臺數(shù)。2003年已做了六加壓供四軋廠的改造，非常成功，但四、六加壓聯(lián)通管需要加大。

③只要將原耐火廠煤氣管加粗，并與四軋廠和原中板煤氣管聯(lián)通就能實現(xiàn)二、四、六加壓站聯(lián)網(wǎng)供氣，有以下幾個優(yōu)點：能提高加壓機運行效率且調(diào)整靈活，在用戶局部停產(chǎn)時能減少開機臺數(shù)；提高了系統(tǒng)的同時使用系數(shù)，系統(tǒng)壓力比聯(lián)網(wǎng)前更加穩(wěn)定，供氣更加可靠。

④充分發(fā)揮七萬焦爐煤氣柜的作用，要做以下工作：增加氣柜活塞配重，將儲氣壓力提高到原設(shè)計壓力5.0kPa；在氣柜進口總管加壓站前面，加裝切斷閥和調(diào)節(jié)閥。根據(jù)氣柜的升降來控制氣源進入氣柜區(qū)域的氣量。這樣可以調(diào)節(jié)氣柜區(qū)域的用氣量0～3.0萬m3／h，這對穩(wěn)定焦氣系統(tǒng)壓力、緩沖鍋爐充分使用煤氣都十分有利。

（5）擴大緩沖用戶，努力實現(xiàn)放散為零

目前，在鋼、鐵、材生產(chǎn)正常的時候，高、焦爐煤氣都有放散，高氣放散量約在1萬m3／h，生產(chǎn)不均衡時，放散就更大。充分利用富余煤氣，實現(xiàn)放散為零，一直是冶金工廠追求的目標，而且已有成功的例案。

我們要考慮的是建立一個與生產(chǎn)瞬息變化相適應(yīng)的煤氣平衡機制，本人認為要應(yīng)在以下幾個方面做工作：

①在組織鋼鐵材生產(chǎn)中，要考慮煤氣平衡，有計劃地安排產(chǎn)量、品種，安排好氣源和用戶同步檢修，加強檢修的計劃性，特別要做好中、長期能源平衡規(guī)劃。

②建立能源管理信息系統(tǒng)，逐步實現(xiàn)煤氣系統(tǒng)的計算機在線監(jiān)測，及時采集動態(tài)平衡數(shù)據(jù)，為調(diào)度人員提供科學(xué)合理的決策信息，落后的信息反饋系統(tǒng)不能形成快速、合理的調(diào)度方案。

③提高氣柜的操作水平和放散塔的裝備水平。氣柜可以調(diào)節(jié)短時間內(nèi)的煤氣波動，如熱風爐切換時發(fā)生的煤氣波動；放散塔可以消除煤氣突變對系統(tǒng)的沖擊，如用戶事故時突然減量。只有二者的可靠運行，才能保證緩沖用戶的正常生產(chǎn)和系統(tǒng)的安全。

4 小結(jié)

本文從五個方面探討了煤氣系統(tǒng)現(xiàn)存問題的解決辦法，有的是具體的解決方案，有的是建議和設(shè)想，有的在組織實施，有的路還很漫長。不管怎樣，只要我們有目標、有方向，一步步走下去，昆鋼的煤氣系統(tǒng)就會越來越完善，管理就會越來越科學(xué)。

Analysis and Optimization of Gas System in Kunming Steel Corporation from Economic and Security Views

YAN Li
（Power and Energy Plant of Kunming Steel Corporation，Anning Yunnan 650302 China）

For the cost－effective and safe operation of the gas system of the company，this paper discusses about the problems of the gas system and puts forward the solutions and suggestions.

gas system；safe operation；cost－effective operation；problems；measures；suggestion；Kunming Steel Corporation

X51

：A

：1673－9655（2013）02－0082－04

2012－09－18