李  杰  鄒忠平  袁  靜

(中冶賽迪工程技術股份有限公司)

摘  要  對高爐冷卻系統(tǒng)查漏的難點和現(xiàn)有主要查漏方法,如冷卻系統(tǒng)查漏、風口局部查漏和冷卻壁局部查漏等進行了闡述,并對查漏方法的優(yōu)化作了探討。認為:①風口尤其是小套處于環(huán)境最為惡劣的部位,漏水的概率遠遠超過冷卻壁,因此風口查漏是整個冷卻系統(tǒng)查漏的首要環(huán)節(jié);②一旦有泄漏發(fā)生,第一時間應檢查最易泄漏的風口小套、中套,再查冷卻壁;3對冷卻壁局部查漏而言,從可行性、可靠性方面來說,流量計法和現(xiàn)場壓力表法較實用。

關鍵詞  高爐  軟水  冷卻系統(tǒng)  人工查漏  自動查漏

風口和冷卻壁是高爐長壽的核心設備,也都需要冷卻水冷卻才能穩(wěn)定工作。高爐一旦漏水,除了更換設備本身對正常生產(chǎn)帶來損失外,漏水的危害主要還是破壞爐缸炭磚。泄漏的水受熱變成水蒸氣,沿磚縫進入炭磚熱面400-820℃區(qū)域,爐缸炭磚含碳量很高,其碳元素對于氧化介質(zhì)異常敏感,如果炭磚中的碳元素與水蒸氣發(fā)生氧化反應,炭磚便會受到破壞。另外,漏水也容易引起爐缸凍結(jié),給生產(chǎn)操作和高爐壽命帶來巨大危害。因此遇到高爐漏水,如何快速而準確地找到漏水點?這是高爐操作者和設計者都十分關心的問題。

1  查漏的難點

現(xiàn)有運行高爐冷卻系統(tǒng)配置形式較多,按照水質(zhì)來分,有軟水(純水)密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)和工業(yè)水開路循環(huán)冷卻系統(tǒng)。新建或大修的高爐基本都采用了軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng),但仍然有大量的2000 m3級以下的在役高爐采用工業(yè)水開路循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

對于工業(yè)水開路循環(huán)冷卻系統(tǒng),除了偶爾借助流量、水溫差等初步判漏以外,基本上是依靠人工勤看、勤摸、勤巡查來查漏,談不上自動查漏。隨著軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的普及,逐漸實現(xiàn)了通過液位和自動補水量來進行系統(tǒng)自動判漏。但是該查漏方法只是解決了有泄漏發(fā)生及時報警的作用,但具體到底是哪里泄漏還是要依靠人工去查找,高爐冷卻壁水頭數(shù)量多,排查量大,成了查漏工作的難點。

2  現(xiàn)有主要查漏方法

2.1  冷卻系統(tǒng)查漏

(1)方法一。對于軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)而言,系統(tǒng)判漏比較普遍和成熟的方法是,依靠脫氣罐液位變化及補水泵自動補水頻率的變化來判斷是否發(fā)生泄漏。高爐軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)正常生產(chǎn)補水,主要是彌補脫氣罐脫氣排放蒸汽以及系統(tǒng)排污的損失,因此正常需要的補水量很少,約1-2t/h如果補水系統(tǒng)突然頻繁,補水量突然增加,則說明系統(tǒng)發(fā)生了泄漏,此時就得趕緊啟動局部查漏工作了。

(2)方法二。該方法是監(jiān)測水中煤氣含量,理論上只要水壓高于煤氣壓力,泄漏后煤氣是不可能進入水系統(tǒng)的,這也是很多用戶都要求水系統(tǒng)各部位的壓力要高于爐內(nèi)煤氣壓力的原因。但是水壓比爐內(nèi)壓力高多少才能阻止煤氣進入水系統(tǒng)呢?經(jīng)驗數(shù)據(jù)是高50~ 150kPa。即便如此,也無法杜絕冷卻設備一旦發(fā)生泄漏,煤氣進入管道系統(tǒng),隨水流進入脫氣罐就會溢出水面,隨脫氣罐脫氣排出。因此,在脫氣罐上設置煤氣檢測儀可以實現(xiàn)系統(tǒng)判漏。

(3)方法三。該方法是監(jiān)測高爐爐頂煤氣導出管出口煤氣中H含量變化率。一旦發(fā)生泄漏的水進入爐內(nèi),發(fā)生的化學反應主要是:

大于800℃   C+H2O(g)=CO+H2

大于570℃   3Fe2O3+H2 =2Fe3O4,+H2O,

Fe3O4+ H2 = 3 FeO +H2O, FeO + H2 = Fe+H2O

小于570℃  Fe3O4+4 H2=3Fe+4H2O

高爐冶煉過程中,約有30% ~50%的H2參加還原,其中高溫還原直接代替碳還原的約占80%以上;其余的代替CO還原;另有部分H2在參加還原時生成H2O后又被CO.C還原成H2。大于810℃時,H2的還原能力比CO強,此時H2對O2的親和力大于CO對O2,的親和力,小于810℃則相反。高爐一段時間內(nèi)只要高爐原燃料、生產(chǎn)操作是穩(wěn)定的,則煤氣中的H2,含量基本是穩(wěn)定的,一旦發(fā)生水泄漏,則H2,含量要增加。因此,通過監(jiān)測煤氣導出管煤氣中H2含量變化,理論上可以實現(xiàn)系統(tǒng)判漏。但是,因其檢測值受煤氣量的波動影響較大,不易實現(xiàn)準確判斷。

2.2  風口局部查漏

風口尤其是風口小套處于環(huán)境最為惡劣的部位,漏水的概率遠遠超過冷卻壁。因此,風口查漏是整個冷卻系統(tǒng)查漏的首要環(huán)節(jié)。

普遍的做法是在風口小套的進出水管路上,安裝電磁流量計或超聲波流量計,通過監(jiān)測流量計的變化來判斷是否發(fā)生泄漏。電磁流量計本身精度能達到+0.5%,但是重復性差,容易發(fā)生漂移,尤其長時間工作后穩(wěn)定性很容易變差,受電導率影響大,而純水則無法檢測。因此,電磁流量計隨著生產(chǎn)的持續(xù),因誤差大,往往無法判漏。超聲波流量計不受電導率影響,但是精度誤差大,也不能做到準確判漏。

近些年,開始采用彎管流量計,通過測管壁流體壓差計算流量,理論上只與壓差有關,避免了電磁流量計受導電率、安裝直段等影響因素的缺陷。但是,其穩(wěn)定性、檢測精度是否就能夠超過電磁流量計,還有待實踐檢驗

2.3  冷卻壁局部查漏

軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng),冷卻壁水管大多是至下而上一串到頂?shù)倪B接形式。進出水有的分區(qū),也有的不分區(qū)。通常分區(qū)的目的是希望在分區(qū)進出水設集管,集管上加流量計,希望通過分區(qū)流量的變化來先判斷出是哪一區(qū)泄漏。但是,由于流量計誤差大,很難準確判漏,因此分區(qū)對于判漏的作用不大。

無論是分區(qū)還是不分區(qū),必須要做的工作,還是要判斷是哪一串冷卻壁漏水。因此,就出現(xiàn)了在每一串冷卻壁出口,加裝流量計、現(xiàn)場壓力表、液流顯示器及熱電偶四種設備,相應的查漏方法分別稱為流量計法、現(xiàn)場壓力表法、液流顯示器法及水溫差法。

(1)流量計法。是通過在每一串出口上的流量計檢測數(shù)據(jù)的變化實現(xiàn)自動判定出是哪一串支管泄漏,但其缺點是精度無法滿足查漏需求,裝備成本高。

(2)現(xiàn)場壓力表法。是在每一串冷卻壁出口設一現(xiàn)場壓力表,需要判漏時人工關閉進出口閥門,觀壓力表壓力變化來判漏?，F(xiàn)場壓力表法成本低, 但是需要人工開關進出水支管閥門,耗時滯后。

(3)液流顯示器法。是在每一串的出水支管上安裝帶玻璃窗的閥門,通過玻璃窗觀察氣泡和水流情況判漏。液流顯示器法一方面玻璃片容易污染,無法觀察,另一方面,依靠泄漏進入水系統(tǒng)的煤氣氣泡本身是不可控的。如前所述,水壓大于爐內(nèi)壓力時,煤氣未必能順利進入水管,即便進入,氣泡也難于觀測,因此效果不理想。至于通過水管的充滿度判漏,由于是軟水是密閉的,泄漏造成的局部泄壓會由于上部的水倒灌充滿,因此也很難通過這種方式判漏。

(4)水溫差法。在每一塊冷卻壁的每一根進出水管均設置熱電偶,冷卻壁水管一旦漏水,就會噴灑到冷卻壁熱面,突然降低冷卻壁溫度,引起該塊冷卻壁進出水管的水溫差降低,同時與其相連的上部冷卻壁會因為單根水管水量減小而導致水溫差升高。

這樣在中控室畫面上就可以看出是哪一根水管泄漏。

采用上述前三種方法,都有一個共同缺點,就是即便檢測出是那一串泄漏,也無法立即查到是哪塊冷卻壁泄漏,還是需要人工逐塊冷卻壁檢查,耗時滯后。從可行性、可靠性方面來說,流量計法、現(xiàn)場壓力表法較為實用。

理論上講,水溫差法查漏是可行的,但水溫差爐況本身的波動影響較大,不容易檢測判斷,而且實際漏水后對應漏點支管水溫差是否就一定會降低取決于泄漏的水是否就一定噴灑在冷卻壁上引起壁溫度降低,比如局部壁體溫度的降低還有可能是由于結(jié)瘤引起的,因此水溫差法查漏的準確性還有實踐來檢驗。

3  查漏方法優(yōu)化

3.1  查漏的順序

高爐軟水冷卻系統(tǒng)應用至今,有些設計方案已經(jīng)成為共識,如軟水必須設置脫氣罐,且脫氣罐宜為臥式,應放在冷卻設備出水高位。在沒有找到行之有效的自動判漏方法情況下,在漏工作只有依靠水管工人工查漏。因此平時查漏巡檢工作,除了“勤”,還需要有操作規(guī)程,先查最有可能漏水的設備。有泄漏發(fā)生,第一時間檢查最易泄漏的風口小套、中套,再查冷卻壁。

例如某高爐,發(fā)現(xiàn)從風口冒水,由于受前期冷卻壁泄漏影響,慣性思維,第一時間花大量的人力去檢查爐腹以上冷卻壁,結(jié)果是沒有找出漏點。冷卻壁水都關閉完畢,風口仍然有水漏出,才發(fā)現(xiàn)是中套漏水,此時已經(jīng)晚了,大量的冷卻水進入爐缸,錯過了防止爐缸凍結(jié)最佳時機,從而導致了爐缸凍結(jié)的發(fā)生。

3.2  查漏的優(yōu)化設計

對于高爐風口中小套來說,有泄漏發(fā)生時冷卻是水往爐內(nèi)泄漏,還有部分水會沿結(jié)合部位滲出到風口外,此情況通過巡查即可發(fā)現(xiàn)。但對于單純往爐內(nèi)泄漏的情況,或冷卻壁泄漏來說,則很難通過爐外巡查發(fā)現(xiàn)漏點。通常一串到頂冷卻壁查漏是在每一串的進出水支管上各設置一個手動球閥,一旦查出是哪一串管道泄漏,則關閉該串支管進出水支管的閥門,然后自上而下通過打開聯(lián)絡管間的排氣閥,進行煤氣點火判斷是哪一塊冷卻壁發(fā)生泄漏(即煤氣點火法,如圖1所示),也有的是在聯(lián)絡管間設置金屬軟管,將軟管斷開進行單獨逐個打壓,通過壓降來判斷是哪一塊發(fā)生泄漏(即軟管液位法,如圖2所示)。對于軟管液位法、煤氣點火法來說,由于均要自上而下,受液位下降、打壓時間限制,查漏工作緩慢而繁瑣,更為重要的是即便查出是哪一塊泄漏, 也無法及時處理。

筆者推薦在冷卻壁每一塊每一根進水和出水管上,均設置切斷用球閥的雙排氣閥檢漏結(jié)構(gòu)(即雙排氣閥法,如圖3所示),在每層聯(lián)絡管每個出口均設一根DN25排氣球閥。查漏時要查哪一根就關閉哪一根進出水閥①和②,然后采用煤氣點火法或軟管液位法均可快速查處。一旦查出泄漏點,只需要馬上用軟管將閥門③和⑥聯(lián)通(如圖4所示),保證上下沒壞的冷卻壁維持軟水冷卻,將閥門④和⑤打開通臨時凈循環(huán)水維持冷卻,此方法對人工查漏來說,快捷方便,查出泄漏點后能馬上快速切換處理泄漏點,不影響泄漏點上下冷卻壁的使用。

4  參考文獻

[1]  張字,郭燕昌、高爐冷卻水自動檢漏系統(tǒng)研究[J].煉鐵1999,18 (6) :20-23.