左先仁 丁海（山鋼集團(tuán)萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部，山東萊蕪 271104）

高壓水除鱗系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)的研究與應(yīng)用

左先仁 丁海
（山鋼集團(tuán)萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部，山東萊蕪 271104）

本文從目前鋼鐵行業(yè)面臨的嚴(yán)峻形勢出發(fā)，結(jié)合節(jié)能降耗要求，主要剖析了萊鋼4300mm寬厚板生產(chǎn)線高壓水除鱗系統(tǒng)除鱗泵機(jī)組存在的能耗問題和節(jié)能空間，探討分析并研究實(shí)施了一系列除鱗系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)改造和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)，經(jīng)最終生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐證明，該套技術(shù)最終得到了成功應(yīng)用，為國內(nèi)同行業(yè)高壓水除鱗系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行提供了新思路。

預(yù)填充閥 熱保護(hù)閥 新型高效除鱗噴嘴 除鱗泵 蓄勢器

在目前鋼鐵企業(yè)遭遇寒冬，市場競爭激烈的情況下，各中厚板生產(chǎn)企業(yè)一方面加強(qiáng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，以技術(shù)優(yōu)勢占領(lǐng)市場；另一方面，都在積極的進(jìn)行內(nèi)部成本壓縮、節(jié)能降耗研究，以期降低生產(chǎn)成本，擴(kuò)大盈利能力。鋼鐵行業(yè)前景不容樂觀，企業(yè)生產(chǎn)成本高企不下，萊鋼寬厚板生產(chǎn)線各種工序能耗指標(biāo)水平與國內(nèi)同行先進(jìn)企業(yè)存在一定差距。尤其是噸鋼電耗一般在170～180kWh/t，作為能耗的主要構(gòu)成，給成本控制帶來很大壓力。

1 系統(tǒng)概況

萊鋼寬厚板事業(yè)部高壓水除鱗系統(tǒng)由西門子—奧鋼聯(lián)克萊西姆公司設(shè)計(jì)，主要由三臺(tái)多級離心式水泵機(jī)組和三套軋線除鱗裝置構(gòu)成，機(jī)組實(shí)行“兩用一備”并聯(lián)運(yùn)行。每套機(jī)組由一臺(tái)高壓除鱗水泵、一臺(tái)增速箱、一臺(tái)交流異步電機(jī)及配套潤滑系統(tǒng)組成。正常生產(chǎn)時(shí)，不除鱗時(shí)，系統(tǒng)壓力一般在325～327bar；除鱗時(shí)，由于生產(chǎn)節(jié)奏、除鱗道次的不同，系統(tǒng)壓力有所不同，一般系統(tǒng)最低壓力均在280bar以上。

2 存在問題

（1）如圖1，泵設(shè)計(jì)流量—揚(yáng)程曲線所示，高壓除鱗泵最高效率點(diǎn)為75%，對應(yīng)流量為266.5 m3/h，對應(yīng)電機(jī)功率2700kw，泵揚(yáng)程273bar，但從兩臺(tái)除鱗泵實(shí)際使用情況來看，均不在最經(jīng)濟(jì)高效工況區(qū)運(yùn)行。

（2）從圖1中可以看出，國內(nèi)同類生產(chǎn)線一般除鱗系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)在230～250bar之間，萊鋼除鱗系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力在280bar，但得到的除鱗打擊力卻相當(dāng)。

所以，綜上兩方面，萊鋼寬厚板除鱗系統(tǒng)設(shè)計(jì)除鱗泵兩用一備的工作方式，存在不合理情況，單臺(tái)除鱗泵供水能力未得到充分有效利用，整個(gè)系統(tǒng)壓力比較富余，存在能源浪費(fèi)情況，從理論來說，有一定的節(jié)能空間。因此，加強(qiáng)高壓除鱗系統(tǒng)節(jié)能研究，實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，無論對泵本身使用效率而言，還是對降低能耗、降低產(chǎn)線成本都有著重大意義。

3 解決方案

（1）本著投資最省、效益最大化原則，如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的高壓水除鱗系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要對整個(gè)系統(tǒng)深度研究和思考，并結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)權(quán)衡比較。

（2）通過國內(nèi)考察和對標(biāo)發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)主要有下列幾種節(jié)能運(yùn)行方式：一、高壓電機(jī)變頻調(diào)速運(yùn)行；二、泵-液力耦合器調(diào)速運(yùn)行；三、多臺(tái)蓄勢器+單泵變頻調(diào)速運(yùn)行模式；四、其他經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式。前三種方式投資較大，施工周期長，投資回收期長，對于當(dāng)前的企業(yè)生產(chǎn)形勢而言不容許，我們需要再探索研究新的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

（3）通過對萊鋼4300mm除鱗系統(tǒng)本身壓力工況和原始設(shè)計(jì)資料分析，結(jié)合設(shè)備、工藝特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)除鱗泵由原來的“兩用一備”改為“一用兩備”是有可能的，這樣可以節(jié)省因?yàn)槎噙\(yùn)行一臺(tái)除鱗泵而產(chǎn)生的無效功耗。從系統(tǒng)工藝流程和設(shè)備特點(diǎn)，結(jié)合運(yùn)行工況，要實(shí)現(xiàn)單泵運(yùn)行，必須滿足以下條件：

1 ）從設(shè)備角度分析，系統(tǒng)無效流量損失要盡可能少，有效除鱗水量滿足供給要求。

圖1 高壓除鱗泵流量-揚(yáng)程-效率-功率曲線圖

2）從工藝角度分析，除鱗打擊力必須保證，尤其是關(guān)鍵除鱗點(diǎn)（如：精除鱗）。

3 ）從生產(chǎn)節(jié)奏分析，除鱗泵-蓄勢器供水比例合適，參數(shù)設(shè)定合理。

為滿足以上條件，我們預(yù)從以上三方面著手，通過對設(shè)備功能的整合、對設(shè)備性能的局部改善，對系統(tǒng)參數(shù)和程序的優(yōu)化修改，完全有可能最終實(shí)現(xiàn)一臺(tái)泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式。

4 可行性研究論證

（1）若要實(shí)現(xiàn)單臺(tái)泵運(yùn)行，首先要最大限度降低泵的空載流量，保證單泵運(yùn)行壓力。從除鱗泵流量—揚(yáng)程曲線可查得：單臺(tái)熱保護(hù)流量60～80 m3/h，對應(yīng)揚(yáng)程324-327bar。除鱗泵跳泵熱保護(hù)流量報(bào)警值設(shè)定為50m3/h，若將除鱗泵的常開熱保護(hù)流量進(jìn)一步減小，即可達(dá)到節(jié)能目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)單臺(tái)泵運(yùn)行的可能性又要大一些?？紤]工藝和除磷設(shè)備實(shí)際情況，無論除鱗或不除鱗，用除鱗閥的預(yù)填充水量代替除鱗泵出口熱保護(hù)流量，不失為一種巧妙替代，主要基于以下三方面考慮：

1 ）因除鱗閥預(yù)填充閥在除鱗閥順控動(dòng)作過程中，經(jīng)常發(fā)生故障，導(dǎo)致除鱗閥噴射異常，為保證除鱗閥穩(wěn)定工作，將預(yù)填充閥常開；

2 ）預(yù)填充閥常開，也起到一種熱保護(hù)流量作用，可以將泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量帶走，功能上類似于熱保護(hù)閥；

3 ）預(yù)填充閥常開，從設(shè)備本身來說，并無太大影響，無論對設(shè)備本身或其他設(shè)備的沖刷、磨損，都微乎其微。

從預(yù)填充閥來看，結(jié)構(gòu)類似于熱保護(hù)閥，最后均設(shè)有節(jié)流孔板裝置，但每個(gè)預(yù)填充的孔板過流面積約為熱保護(hù)閥孔板過流面積的1/3，所以在同樣系統(tǒng)壓力下，單個(gè)預(yù)填充流量為熱保護(hù)閥流量的1/3。從設(shè)備裝備看，現(xiàn)場共有4個(gè)預(yù)填充閥可同時(shí)打開，每個(gè)預(yù)填充流量在20～25m3/h，從節(jié)能和設(shè)備安全運(yùn)行角度考慮，最多只需同時(shí)打開3個(gè)預(yù)填充閥，總預(yù)填充量為60～75m3/h，與熱保護(hù)流量幾乎相當(dāng)。所以完全可以取代熱保護(hù)閥常開狀態(tài)，減少單臺(tái)泵運(yùn)行系統(tǒng)揚(yáng)程損失。

（2）單泵運(yùn)行后，系統(tǒng)壓力會(huì)有所降低，對除鱗打擊力會(huì)造成一定影響，尤其是比較關(guān)鍵的精除鱗。因此如何保證系統(tǒng)壓力降低后，精除鱗打擊力不受影響，選用一種高性能除鱗噴嘴和穩(wěn)流器應(yīng)該是可行的。

萊鋼4300mm寬厚板精除鱗原設(shè)計(jì)噴嘴在一定除鱗高度、噴射流量和系統(tǒng)壓力下，打擊力在0.54-0.43N/mm2之間，國內(nèi)同類寬厚板廠軋機(jī)除鱗打擊力一般在0.6N/mm2以上，相比之下，萊鋼寬厚板除鱗打擊力明顯偏低，特別是在軋制特殊高強(qiáng)鋼種時(shí)，除鱗效果不佳。

為盡量提高精除鱗打擊力，保證除鱗效果，對噴嘴型號(hào)重新選型，直接換用同樣流量的新型高效除鱗噴嘴和配套穩(wěn)流器。在系統(tǒng)壓力250bar時(shí)，我們對不同除鱗高度的打擊力和疊加量進(jìn)行測算，精除鱗打擊力均能保持在0.7 N/mm2以上，滿足各種性能鋼板除鱗要求。

（3）隨著單泵的運(yùn)行，除鱗系統(tǒng)部分參數(shù)會(huì)發(fā)生一系列變化，可能會(huì)影響到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，對這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改是必要的。充分利用蓄能水罐空間，適當(dāng)放大高、低水位范圍，增大蓄能水罐供水比例，同時(shí)增大泵流量供給，降低系統(tǒng)壓力，在流量壓力之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，設(shè)備整體效率還可進(jìn)一步發(fā)掘。

通過單臺(tái)泵除鱗的測試和試運(yùn)行，將蓄能水罐高水位4.3m和高高水位5.2m分別修改為6m和6.5m是可行的，因?yàn)樾钅芄薮鸥∽右何挥?jì)總量程為7.5m；另一方面，單臺(tái)泵運(yùn)行，尤其在除鱗節(jié)奏較快時(shí)，單臺(tái)泵瞬間供水比例負(fù)荷會(huì)增加，導(dǎo)致泵吸入口壓力會(huì)瞬間降低，為使泵吸入口壓力不對系統(tǒng)造成影響，因此將泵吸入口低壓端壓力報(bào)警值由原來的5.2bar修改為4bar，也是可行的，因?yàn)槌[泵入口設(shè)計(jì)汽蝕余量為3.9bar。

5 應(yīng)用效果

自從實(shí)現(xiàn)高壓除鱗系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式以后，效果明顯，增效顯著，若年產(chǎn)量按85萬噸計(jì)算，則增效如下：

（1）節(jié)電效果非常明顯，節(jié)電率達(dá)46.5%；

經(jīng)現(xiàn)場除鱗泵負(fù)載和非負(fù)載統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，兩臺(tái)泵改為單臺(tái)泵運(yùn)行后，每年節(jié)電可達(dá)5600820kwh，若工業(yè)用電平均單價(jià)按0.72 元/kwh計(jì)算，則每年可降低電耗成本約：5600820×0.72=403.259萬元。

（2）除鱗系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯提高，故障停機(jī)率較以前有所降低，平均降低幅度達(dá)0.46%。

利用預(yù)填充閥代替熱保護(hù)閥常開，每月可降低故障停機(jī)時(shí)間約120min，根據(jù)目前生產(chǎn)成本測算，每降低故障停機(jī)1%，則噸鋼增效約為7.8元，平均每月按30天計(jì)算，有效作業(yè)率按60%計(jì)算，則每年降低故障停機(jī)增效約：120/（30×24×60×0.6）×7.8×85=306.85萬元。

（3）整個(gè)機(jī)組平均運(yùn)行時(shí)間有所延長，有助于延長機(jī)組使用壽命，減少故障損失，降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，平均每年可降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用40萬元。

系統(tǒng)優(yōu)化改造之前，用于整個(gè)機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)平均每年約需63.3萬元；改造后，平均每年維護(hù)費(fèi)用減少為23.3萬元，每年可降低維護(hù)費(fèi)用40萬元。

綜上，年增效總計(jì)達(dá)：403.259+306.85+40=750.109萬元，隨著產(chǎn)量的增加，增效會(huì)更加顯著。因改造投資成本較少，可忽略。

6 結(jié)語

通過本文的論述可見，高壓水除鱗系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)的研究應(yīng)用是成功的，達(dá)到了預(yù)期的理想效果，但該項(xiàng)目實(shí)施后，對系統(tǒng)設(shè)備的其他負(fù)面影響也需關(guān)注和考慮。

（1）除鱗泵單臺(tái)運(yùn)行后，單臺(tái)負(fù)荷相對有所增加，負(fù)荷的交替沖擊對系統(tǒng)管路壽命是一種長期的考驗(yàn)。

（2）關(guān)鍵閥門功能整合后，雖有利于節(jié)能，降低故障停機(jī)，但對局部設(shè)備造成的沖刷磨損需考慮。

［1］楊立.熱軋高壓水除鱗系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究與改造.重慶大學(xué)，2006.

［2］肖麗，趁池，顧威.高壓水除鱗系統(tǒng)的節(jié)能改造及控制方法.寶鋼學(xué)術(shù)年會(huì)，2013.

［3］葉凡.熱軋帶鋼高壓水除鱗系統(tǒng)的改造.《武鋼技術(shù)》，2011，49 （4）.

［4］劉慶坤.離心泵的節(jié)能措施.《有色冶金節(jié)能》，2005.03.

左先仁（1982—），男，2005年7月畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院給排水專業(yè)，工程師，主要從事給排水及動(dòng)力設(shè)備技術(shù)管理工作。