鄭 晨，王龍鋒，高子豐

（中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北武漢 430023）

前言

鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣分別是煉鐵、焦化的副產(chǎn)品，被廣泛用于高爐、軋鋼、自備電廠等用戶，而煤氣柜的作用主要是緩沖全廠煤氣的產(chǎn)銷波動(dòng)和穩(wěn)定全廠的管網(wǎng)壓力。新型稀油密封柜由于其自身特點(diǎn)，主要適用于儲(chǔ)存高爐煤氣或焦?fàn)t煤氣，其本體鋼結(jié)構(gòu)主要由活塞、底板、側(cè)板、柜頂組成。氣柜設(shè)計(jì)過程中，煤氣柜最為核心的就是密封裝置，該裝置的原理主要是采用加力機(jī)構(gòu)的機(jī)械密封性及稀油作用下的靜液密封性的雙重作用，保證對(duì)煤氣的密封，達(dá)到安全運(yùn)行的目的。新型稀油密封煤氣柜的投運(yùn)對(duì)鋼鐵企業(yè)減少煤氣放散，降低企業(yè)生產(chǎn)成本及節(jié)能減排有著重要的意義。

1 煤氣柜密封油系統(tǒng)防凍措施設(shè)計(jì)

由于新型稀油密封煤氣柜是薄壁鋼結(jié)構(gòu)的大型罐體設(shè)備，除制作、安裝及調(diào)試要求較高外，設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)充分考慮其不同地域下特征、運(yùn)行條件及所處的環(huán)境。因新型稀油密封煤氣柜的特殊性，在南北方不同地域及冬季極端溫度下，對(duì)煤氣柜的設(shè)計(jì)存在較大的差異性。目前，國內(nèi)煤氣柜設(shè)計(jì)，南方與北方?jīng)]有具體界定，通常情況下，防凍措施設(shè)計(jì)以長江南北為界，或者冬季溫度＜0 ℃為區(qū)分，設(shè)計(jì)院根據(jù)地域特點(diǎn)，在臨界條件下則會(huì)考慮增設(shè)防凍措施設(shè)計(jì)。

新型稀油密封煤氣柜密封油系統(tǒng)工作原理：底部油溝的油通過油泵站進(jìn)行油水分離，分離后經(jīng)油泵送至煤氣柜高位油箱后溢流至活塞油溝內(nèi)，活塞油溝內(nèi)的稀油通過密封裝置與側(cè)板的間隙，緩慢下落至底部油溝，從而形成油路循環(huán)系統(tǒng)。在北方冬季運(yùn)行時(shí)，由于溫度過低，油泵站中油水分離效果不好，油中含有的水分也會(huì)因低溫而結(jié)冰，出現(xiàn)掛蠟等情況，引發(fā)安全事故，影響氣柜安全運(yùn)行。

煤氣柜密封油的選用其性能指標(biāo)必須滿足不同地域、不同參數(shù)煤氣柜的密封要求。在技術(shù)參數(shù)選擇上，南方北方也存在較大差異，通常來說密封油的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 煤氣柜密封油的技術(shù)指標(biāo)

因氣柜密封油粘度隨溫度升高而降低，南方煤氣柜應(yīng)選擇粘度高的密封油，而北方煤氣柜設(shè)計(jì)時(shí)，由于夏季冬季溫差大，密封油粘度指標(biāo)則不好選擇，北方稀油密封氣柜，密封油系統(tǒng)防凍設(shè)計(jì)就成為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

1.1 油泵站采暖及油上升管保溫

長江以南地區(qū)因不受冬季低溫的影響，通常選用戶外型油泵站，該類型油泵站為撬裝式設(shè)備，露天安裝在基礎(chǔ)上，有效避免了因CO 聚集造成的安全事故。北方則因冬季低溫的影響，通常選用戶內(nèi)型油泵站，油泵站與柜內(nèi)底部油溝直接連通，存在煤氣泄漏的可能，因此在考慮為其配套設(shè)置油泵站房保溫的同時(shí)，由于煤氣易燃、易爆的特性，需設(shè)計(jì)CO 探頭并要求其與事故軸流風(fēng)機(jī)連鎖，站房設(shè)計(jì)也考慮泄爆面積。北方地區(qū)的站房內(nèi)應(yīng)設(shè)置采暖設(shè)施，以確保冬季室內(nèi)溫度＞10 ℃。

大型煤氣柜因油泵站至高位油箱的油上升管距離長，也需對(duì)該油上升管進(jìn)行保溫處理，該措施可減少油上升管內(nèi)密封油與室外的熱量交換，從而使進(jìn)入氣柜的密封油達(dá)到冬季運(yùn)行時(shí)所需相應(yīng)的性能指標(biāo)。

1.2 底部油溝加熱

因高爐煤氣及焦?fàn)t煤氣中含塵，稀油密封煤氣柜的底部油溝設(shè)計(jì)為油水分界的形式。在防凍措施設(shè)計(jì)中，底部油溝加熱管的設(shè)置是最普遍、最經(jīng)濟(jì)的方式。

底部油溝加熱管通常設(shè)計(jì)為蛇形管，管內(nèi)通蒸汽或者熱水保證底部油溝內(nèi)油的溫度保持在15 ℃左右。由于蒸汽管道溫度，壓力受全廠影響大，且很難控制，也容易造成了密封油技術(shù)參數(shù)的不穩(wěn)定。因此，在柜區(qū)內(nèi)增設(shè)獨(dú)立換熱站，將蒸汽換熱成熱水加熱底部油溝情況居多，該配置能精確控制進(jìn)水與回水溫度，保證密封油的技術(shù)參數(shù)。

不足之處在于該管道長期泡在底部油溝內(nèi)，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣冷凝水對(duì)其有腐蝕性，會(huì)給管道的運(yùn)行及檢修帶來困難。

圖1 底部油溝加熱管示意圖

1.3 活塞油溝及高位油箱電加熱

新型稀油密封柜活塞行程大，因此冬季在-10 ℃以下的北方區(qū)域，僅靠底部油溝加熱的方式已無法保證密封油的技術(shù)性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)方案在考慮底部油溝加熱的基礎(chǔ)上，會(huì)增設(shè)活塞油溝及高位油箱電加熱措施來徹底解決稀油密封柜在北方運(yùn)行時(shí)冬季結(jié)冰的問題。

活塞油溝及高位油箱電加熱的方式是在活塞油溝及高位油箱內(nèi)增設(shè)加熱電阻絲，具有耗電省，轉(zhuǎn)換效率高，不損壞油質(zhì)，維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。

活塞油溝電加熱設(shè)計(jì)選型中也有以下幾點(diǎn)需注意：首先應(yīng)根據(jù)規(guī)范對(duì)電加熱設(shè)施的防爆分區(qū)做要求，活塞上應(yīng)屬于1 區(qū)防爆，相應(yīng)的該電氣設(shè)備需滿足防爆要求。其次，為保證電加熱器的使用效果，電加熱的功率要有保證。在實(shí)際運(yùn)行過程中，某北方鋼廠也存在因電加熱器功率不夠，導(dǎo)致油加熱效果不好，致使氣柜冬季運(yùn)行出現(xiàn)冷凝水結(jié)冰的情況。第三，北方某鋼廠也曾因加熱器的設(shè)備老化導(dǎo)致活塞上部出現(xiàn)著火的事故，因此該電加熱系統(tǒng)的安全性及可靠性還需得到驗(yàn)證。

圖2 活塞油溝內(nèi)電加熱器示意圖

2 煤氣柜本體防凍措施設(shè)計(jì)

2.1 柜體保溫層

在我國北方地區(qū)，為充分保障稀油密封煤氣柜冬季穩(wěn)定運(yùn)行，氣柜除配備密封油系統(tǒng)的防凍措施設(shè)計(jì)外，柜體外部有做保溫層設(shè)計(jì)的案例。

該設(shè)計(jì)方案主要是在煤氣柜外側(cè)，沿氣柜活塞行程范圍做保溫結(jié)構(gòu)，具體方式主要是在氣柜外側(cè)設(shè)計(jì)角鋼作為保溫層骨架，同時(shí)采用巖棉及鍍鋅鋼板做保溫層進(jìn)行保溫。從冬季氣柜運(yùn)行的效果來看，增加保溫層確實(shí)解決了稀油柜活塞冬季運(yùn)行不暢的困擾，有效解決了氣柜內(nèi)壁掛蠟等情況的發(fā)生。但實(shí)際使用過程中，該措施無法保證完全杜絕雨水進(jìn)入保溫層中，一旦雨水滲入，增大了對(duì)柜體側(cè)板腐蝕的危險(xiǎn)，且柜體外側(cè)用巖棉及鍍鋅板包裹，也不利于觀察側(cè)板腐蝕情況，為今后氣柜側(cè)板檢修帶來了困擾。

2.2 柜體鋼材低溫性能

除上述根據(jù)冬季極限溫度及地域應(yīng)增加配套的防凍措施設(shè)計(jì)外，在寒冷地區(qū)還應(yīng)考慮鋼材本身的低溫性能，例如煤氣柜鋼板許用最低溫度通常按：Q235-B 許用最低溫度為-10 ℃，Q235-C 許用最低溫度為-20 ℃，Q345-C 許用最低溫度為-40 ℃。柜體上的型鋼，相配套的無縫鋼管等均有許用最低溫度的要求。特別是我國東北地區(qū)及海外俄羅斯等地區(qū)需針對(duì)冬季極端溫度考慮鋼材的低溫性能。

3 結(jié)語與展望

煤氣柜作為鋼鐵企業(yè)節(jié)能環(huán)保必不可少的大型設(shè)備，未來運(yùn)用會(huì)越來越廣泛。隨著《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》的發(fā)布，鋼鐵企業(yè)中煤氣柜被定義為重大危險(xiǎn)源，煤氣柜的安全運(yùn)行成為重中之重，結(jié)合HAZOP 分析風(fēng)險(xiǎn)矩陣來看，防凍措施設(shè)計(jì)增加的配置雖然能降低煤氣柜冬季運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，但也增加了單體設(shè)備發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率。因此除了從工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備制造與施工監(jiān)管上消除安全隱患外，企業(yè)自行的定期維護(hù)和日常檢修也是必不可少的。