摘要：八高爐冷卻系統(tǒng)因在調(diào)試和驗(yàn)證過程中都沒有將蝶閥開到應(yīng)有的開度，閥門的阻損增加，導(dǎo)致系統(tǒng)的回水壓力降低，供水壓力相應(yīng)降低。冷卻系統(tǒng)在爐喉鋼磚處的壓力低于煤氣壓力，當(dāng)爐喉鋼磚破損后，煤氣進(jìn)入水系統(tǒng)，造成水污染。通過理論驗(yàn)證和實(shí)際調(diào)整，系統(tǒng)壓力提高，達(dá)到了設(shè)計值，滿足生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：閥門開度   阻損   壓力

1  前言

武鋼八高爐的冷卻系統(tǒng)為軟水聯(lián)合密閉循環(huán)系統(tǒng)，供水壓力設(shè)計為0.81MPa。為了在爐役中后期增加供水量，設(shè)計時采用了使用大小不同兩種葉輪的方案：在爐役初期，使用小葉輪；在中后期，使用大葉輪，電機(jī)既能滿足小水量需求，也能保證水量增大時不過流。

2  系統(tǒng)壓力提高前的基本情況

在開爐之前的功能調(diào)試時，膨脹罐不加壓，水量5430 m3/h時，供水系統(tǒng)壓力只有0.68 Mpa，即使增加N2壓力0.07 Mpa，系統(tǒng)壓力也只有0.75 Mpa，沒有達(dá)到設(shè)計值，也不能滿足系統(tǒng)安全需要。當(dāng)時，工程指揮部立即組織供水廠、設(shè)計方、施工方、工程監(jiān)理以及煉鐵廠共同尋找原因及解決辦法，卻未能查明水壓達(dá)不到設(shè)計值的原因。只給出了先用小水量葉輪維持生產(chǎn)，當(dāng)需要提壓時更換大水量葉輪的解決方案。

高爐投產(chǎn)后的運(yùn)行水量為5650m3/h（膨脹罐加壓0.07 Mpa）。由于水量增加，揚(yáng)程有所降低，水壓有所降低，各部位的供水壓力見表1，高爐內(nèi)部的煤氣壓力分布見表2。

2014年5月和7月，八高爐冷卻系統(tǒng)相繼出現(xiàn)冷卻水中Fe含量升高的現(xiàn)象，其峰值達(dá)到30mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水質(zhì)要求Fe含量低于1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)常規(guī)化驗(yàn)表明：冷卻水中的緩蝕阻垢劑的濃度符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)不會出現(xiàn)管道的異常腐蝕。PH檢測為8.5，雖然高于標(biāo)準(zhǔn)，但低于日?？刂浦?。由于PH值降低，因此在水質(zhì)檢驗(yàn)中要求增加CO32-和HCO31-的檢驗(yàn)項，檢驗(yàn)結(jié)果中含有濃度較高的CO32-和HCO31-等離子，表明煤氣可能進(jìn)入水中。并從膨脹罐的壓力調(diào)節(jié)閥排出的氣體中檢測出CO濃度達(dá)1500ppm，充分說明煤氣進(jìn)入水中。膨脹罐的水位上下波動頻繁，而正常情況下的水位平緩下降，這種現(xiàn)象從另外一個角度證明有氣體不斷進(jìn)入水中，造成水位不規(guī)則波動。因此，種種跡象表明，（煤氣中含鐵，導(dǎo)致水中Fe含量升高，水中化驗(yàn)出CO32-和HCO31-離子，且排出CO，水位的異常波動都說明）高爐煤氣進(jìn)入了冷卻系統(tǒng)。

對煤氣進(jìn)入水系統(tǒng)的部位進(jìn)行分析判斷：在高爐的下部及中部，冷卻壁及蛇形管的冷卻水壓力均高于煤氣壓力0.05Mpa以上，風(fēng)口小套、中套及直吹管的水壓也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于風(fēng)壓，這些部位煤氣不可能進(jìn)入冷卻系統(tǒng)中。那么，煤氣只能從位于冷卻壁的上部或者爐喉鋼磚進(jìn)入冷卻系統(tǒng)。對八高爐冷卻系統(tǒng)進(jìn)行檢漏確認(rèn)，在作業(yè)過程中，提出不能用“掉壓”來判斷冷卻壁或鋼磚的損壞，而操作人員認(rèn)為：20多年來都是用這種方法判斷的，方法沒有錯誤。使用常規(guī)方法打壓檢漏，沒能查出損壞部位，休風(fēng)后再次查水確認(rèn)，爐喉鋼磚損壞。處理破損鋼磚后，通過水置換和增加藥劑用量，將系統(tǒng)中冷卻水成分復(fù)原。

3  應(yīng)對措施

安全規(guī)范要求，各處水壓必須高于煤氣壓力0.05Mpa，防止煤氣串入水中，以確保系統(tǒng)及人生安全。鑒于八高爐的冷卻方式是自下而上的串聯(lián)冷卻方式，現(xiàn)除高爐上部的冷卻壁、爐喉鋼磚及蛇形管等處水壓不能滿足需要之外，其它部位的水壓都能滿足安全要求，因此只要將水壓提高到能滿足高爐上部要求即可。爐頂煤氣壓力0.24Mpa，而冷卻壁出水壓只有0.19 Mpa，若要滿足安全需要，水壓至少提高0.24+0.05-0.19=0.1 Mpa，即冷卻系統(tǒng)壓力需提高到0.72+0.1=0.82 Mpa。

3.1向供水廠發(fā)函，要求供水廠提高供水壓力

在5月查出爐喉鋼磚破損，煤氣進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)后，6月3日，由煉鐵廠向供水廠發(fā)去《關(guān)于提高38#水站高爐軟水冷卻水系統(tǒng)供水壓力的函》，要求供水廠更換水泵葉輪，將供水壓力提高到0.81 Mpa（水量6600 m3/h時）。

3.2供水廠準(zhǔn)備更換葉輪

供水廠收到我廠的提高水壓的函后，著手準(zhǔn)備新的葉輪。但新葉輪的參數(shù)為流量3000m3/h，揚(yáng)程為60m，若更換該葉輪，流量為6000m3/h時，其壓力將達(dá)到0.95 Mpa（不加N2），若將水量調(diào)到設(shè)計水量5430 m3/h，其系統(tǒng)壓力將超過1.0 Mpa，容易出現(xiàn)管網(wǎng)爆管的事故，也提高了運(yùn)行成本，造成了能源浪費(fèi)。

8月供水廠再次將設(shè)計院的設(shè)計人員請來，商討解決方案。更換大葉輪，有系統(tǒng)爆管風(fēng)險并且浪費(fèi)，保持現(xiàn)狀卻不能滿足生產(chǎn)安全需求，在進(jìn)退兩難的情況下，沒有給出確切的方案。

3.3回水壓力參數(shù)驗(yàn)證

首先驗(yàn)證其回水壓力是否正確。通過我廠高爐冷卻壁及爐底的供水壓力（兩處壓力檢測值相同）檢驗(yàn)水站的出水壓力正確。

回水壓力加水泵揚(yáng)程減去板式換熱器的阻損，即為水站的出水壓力，據(jù)此來驗(yàn)證回水壓力是否正確。經(jīng)驗(yàn)證，回水壓力、供水壓力檢測值準(zhǔn)確。

膨脹罐水位標(biāo)高在50米左右，如果系統(tǒng)無異常，系統(tǒng)回水壓力應(yīng)在50米水柱左右，減去管道阻損4米水柱，其壓力46米水柱（0.45 Mpa）。而實(shí)際回水表壓只有0.35 Mpa（膨脹罐不加壓），低于理論值0.1 Mpa。既然供回水壓力檢測準(zhǔn)確，而檢測值比理論值低，只能從系統(tǒng)自身進(jìn)行分析，查找壓力偏低的原因。

回水壓力低于理論值，其原因是管道中的阻損增大。阻損的增大，除非管道堵塞、變徑或閥門沒有開到位。

回水管道為直徑1m的管道，無變徑，在調(diào)試前，已經(jīng)清理和清掃，不可能出現(xiàn)堵塞。另管道上除安裝了一個蝶閥外，沒有其它設(shè)備。排除堵塞和變徑的原因，只能懷疑閥門沒有開到位。 8月，曾在設(shè)計人員、供水廠職工及我廠人員的配合下，對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)驗(yàn)證，要求配合人員全開脫氣罐后的閥門。配合人員開閥門后，說閥門已經(jīng)全開，然而系統(tǒng)回水壓力沒有變化。

雖然當(dāng)時未能驗(yàn)證出閥門對回水壓力的影響，但在回水管道中無其它因素可懷疑，仍只能懷疑閥門的開度影響了系統(tǒng)的壓力。先從理論上驗(yàn)證壓力低與蝶閥開度的有關(guān)（見圖1）。

冷卻水在密閉循環(huán)系統(tǒng)中，它屬于不可壓縮的均質(zhì)流體。從點(diǎn)1到點(diǎn)2這一過程中，僅受重力作用（把阻損看作重力的一部分），它滿足柏努利方程

v2/2+gz+p/ρ=c

C-為常數(shù) ，V-水速 ，Z-該點(diǎn)距動力勢能為零點(diǎn)的高度，ρ-流體密度

根據(jù)柏努利方程有：v12/2+gz1+p1/ρ= v22/2+gz2+p2/ρ

因?yàn)関1= v2，z1 z2 p1等參數(shù)均不隨其它變化而變化，所以p2應(yīng)不變，但p2可以看作是（p2實(shí)+Δp）。關(guān)小回水總閥時，Δp增加，所以p2實(shí)減小，與實(shí)際相符。

再根據(jù)阻損=ξρv2/2，管道中采用蝶閥時，其ξ與開度的關(guān)系見表3。

假設(shè)蝶閥由30°開到35°，水速為2m/s。

其阻損減?。?18-58.8）*1000*2*2/2=114049Pa

它為我們提升系統(tǒng)壓力提供了理論依據(jù)。

4  提升系統(tǒng)壓力

9月，由于脫氣罐前的閥門傳動機(jī)構(gòu)出現(xiàn)了問題，利用高爐定修和處理脫氣罐前閥門的機(jī)會，重新對高爐的水量和系統(tǒng)的平衡進(jìn)行調(diào)試，將膨脹罐后的回水總閥開度由32°調(diào)整到35°左右，此時水站的回水壓力提高到0.45 Mpa（膨脹罐未加壓），比調(diào)整前提高0.1 Mpa，經(jīng)水泵加壓后，系統(tǒng)壓力達(dá)到0.75 Mpa，在膨脹罐上加壓0.07Mpa供水壓力達(dá)到0.82 Mpa，滿足安全生產(chǎn)需要。將系統(tǒng)水量調(diào)整到5550 m3/h，再調(diào)整系統(tǒng)平衡，壓力為0.815 Mpa。

5  效果

系統(tǒng)壓力提高后，雖然仍出現(xiàn)了爐喉鋼磚破損的現(xiàn)象，但由于鋼磚的水壓高于煤氣壓力，煤氣沒有進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，冷卻水沒有出現(xiàn)Fe含量升高的現(xiàn)象。鋼磚的檢漏依然可有常規(guī)的打壓方法檢漏。

6  教訓(xùn)

反思當(dāng)時驗(yàn)證回水壓力和開爐前調(diào)試時的回水壓力都沒有達(dá)到應(yīng)有的壓力？配合人員說，當(dāng)時只把閥柄開了一圈，操作不到位，而我們選擇了相信人，而懷疑理論。其教訓(xùn)可謂深刻：當(dāng)事實(shí)與理論不相符時，作為技術(shù)人員，要不畏困難，親歷親為，直到找到影響因素，解決限制環(huán)節(jié)，還原事實(shí)本質(zhì)，使理論和實(shí)踐吻合，讓理論指導(dǎo)實(shí)踐，服務(wù)實(shí)踐。

7  參考資料

[1] 張先棹 冶金傳輸原理（高等學(xué)校教育用書）[M]，北京： 冶金工業(yè)出版社 1988年10月第1版，1995年第3次印刷