浅谈东北地区钢铁企业煤气柜的选用.pdf

新疆钢铁总第169期2024年第1期浅谈东北地区钢铁企业煤气柜的选用翟诚（营口京华钢铁有限公司，辽宁 营口 115000）摘要：煤气柜是贮存煤气的钢制容器，对冶金生产十分重要。煤气柜的选用对于钢铁企业保障生产安全、提高经济效益具有重要意义。本文从东北地区的气候条件、水资源消耗、企业成本控制以及贮存煤气的特点等方面，对东北地区钢铁企业的煤气柜选用进行分析，以期帮助钢铁企业更好地选择合适的煤气柜，提高生产效率和经济效益。关键词：煤气柜选用；东北地区；钢铁企业DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.025中图分类号：TQ547.9+1文献标识码：A文章编号：1672-4224（2024）01-0077-03Discussion on the Selection of Gas Cabinets for Steel Enterprises in Northeast ChinaCheng Zhai(Yingkou Jinghua Steel Co.,Ltd.,Liaoning Yingkou 115000)Abstract:Gas cabinet is a steel container for storing gas,which is very important for metallurgical production.The selection ofgas cabinets is of great significance for steel enterprises to ensure production safety and improve economic benefits.This articleanalyzes the selection of gas cabinets for steel enterprises in Northeast China from the aspects of climate conditions,water resource consumption,cost control,and characteristics of gases,in order to help steel enterprises better choose suitable gas cabinets,improve production efficiency and economic benefits.Key words:gas holder selection;northeast region;steel enterprises作者简介：翟诚，男，34岁，本科，助理工程师，营口京华钢铁有限公司。E-mail：1煤气柜的作用及分类钢铁企业的能源结构中，煤炭约占70%，并约有1/3经热能转换后以高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气等副产物的形式出现，因此煤气成为钢铁企业可利用的重要二次能源1。煤气柜是冶金生产中必需的贮气设备，在贮存煤气的同时还起到综合气体介质、缓冲煤气产量与后续各工序煤气用量之间的不平衡、稳定和平衡介质管网压力、减少放散量的作用。煤气柜种类多，通常按照密封方式的不同将煤气柜分为湿式煤气柜和干式煤气柜两种。湿式煤气柜按照结构形式的不同可划分为直升式和螺旋式。干式煤气柜主要有油密封（干油、稀油）和橡胶膜密封两种结构，目前主要分为三种类型，多边形稀油密封煤气柜、圆筒形稀油密封煤气柜、橡胶膜密封煤气柜。2国内常用煤气柜的结构及工作原理湿式煤气柜利用水作为煤气柜的密封介质，主要由水槽、塔节、钟罩、导向装置及辊轮、配重等部件组成。其主要工作原理是在水槽中放置可升降的钟罩和塔节，钟罩随煤气进出煤气柜而沿塔节升降。湿式煤气柜由于易腐蚀、使用寿命低、耗水量大，污染环境等问题逐渐被淘汰，但易于加工制造和安装、造价低等特点是干式煤气柜无法取代的，贮气压力和调节管网压力波动要求不高的用户，可以优先考虑湿式煤气柜2。稀油密封煤气柜的外形结构有多边形（曼型柜）和圆筒形（新型柜或POC柜）两种。主要包含侧板、顶柜、底板及活塞四部分。多边形稀油密封煤气柜采用稀油和钢制滑板密封的方式，圆筒形稀油密封煤气柜采用稀油和条形橡胶制品密封的方式。目前国内新建了很多POC煤气柜，POC煤气柜是集曼型稀油密封煤气柜和克隆型干油密封煤气柜的优点进行设计，性能和寿命都优于两者。橡胶膜密封煤气柜（威金斯柜或布帘式气柜）主要由侧板、T型板、活塞和橡胶密封膜等组成。活塞可设计为一段或两段。橡胶密封膜随活塞的升降而卷起或放下以达到密封的目的。橡胶膜密封煤气柜因其良好的适应性而广为应用，可用于贮存转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气等多种气体3。772024年第1期新疆钢铁总第169期3东北地区钢铁企业的煤气柜选用气候条件对工业生产有着重要的影响，不同种类的煤气柜各有特点，选择哪种类型的煤气柜最适合，要结合区域自然环境和企业自身的生产需要。东北地区钢铁企业的煤气柜选用，应从气候条件、水资源特点、企业成本控制、煤气的特点等方面进行综合考量。3.1气候影响东北地区属于我国纬度位置最高的区域，冬季寒冷且漫长。北面与北半球有着“寒极”之称的奥伊米亚康所在的东西伯利亚为邻，常受北极来的寒潮入侵，致使气温骤降。西面是海拔高达千米的蒙古高原，西伯利亚极地大陆气团也常席卷东北地区。因而东北地区的冬季气温较同纬度大陆低10 以上。寒冷的气候影响着东北地区机械设备的运行。煤气柜在冬季需要靠蒸汽来保证柜内不结冰，从而确保煤气柜平稳运行。稀油密封煤气柜和橡胶膜密封煤气柜在冬季仅需少量蒸汽就可以保温，耗汽量仅为0.5 t/h，而湿式煤气柜为防止水冻结需要耗用大量的蒸汽来保温，耗汽量约为5 t/h4。因此，从东北地区的气候条件和蒸汽消耗量来看，东北地区选用干式煤气柜更为适宜。3.2水资源消耗水资源是人类赖以生存和生产的重要基础资源，东北地区是重工业的聚集区，水资源需求逐年攀升。近几十年来，我国东北地区降水减少，干旱化趋势十分明显5。东北地区和北方地区极端干旱情况发生的频率最高6。随着东北地区的经济发展，农业用水、工业用水、城镇生活用水需求均不断增大，彼此争抢水资源。由于东北地区水资源分布不均，加之降水减少、干旱趋势增强，加剧了水资源的紧张。水资源量会对地区工业生产、地区经济发展造成很大影响，因此水资源的需求程度是工业设备选择需要着重衡量的因素之一。湿式煤气柜运行时需要经常向水封槽内补水，使水封槽保持一定水位，防止煤气泄漏。湿式煤气柜水封槽内水重约占煤气柜总重量的96%，消耗大量的水资源4。而干式煤气柜由于采用稀油密封，没有水槽，运行时不受水资源限制。因此，从水资源消耗来看，干式煤气柜更适合东北地区的钢铁企业。3.3企业成本控制东北地区的钢铁企业在进行煤气柜选用时，除考虑东北独特的气候条件和水资源特点外，成本控制也是需要关注的重要方面。从成本角度来看，煤气柜的选用需考虑建设成本、设备使用寿命、设备投资、环保投入等方面。建设成本方面，湿式煤气柜与干式煤气柜相比，虽然结构更为简单，易于加工制造和安装，造价低，操作方便，维护成本低，但也存在占地面积大、储气能力有限等缺点。同时湿式煤气柜在钢材单耗方面仅在建设柜容5 万 m时低于干式煤气柜，柜容在10-15万 m的干式煤气柜比湿式煤气柜钢材单耗低27-40%，且湿式煤气柜有水槽，基础负荷大，是干式煤气柜的15-20倍，如在地质条件不好的地点选址建柜，还需在地基处理方面加高成本，对于大多数钢铁企业，湿式煤气柜优势并不明显2。另外，湿式煤气柜的使用寿命比干式煤气柜短。湿式煤气柜由于是水密封，且塔节经常升降，储气柜内外壁经常处于干湿交替状态，又受硫化氢等酸性介质腐蚀，使用寿命短，一般为20到25年，而干式煤气柜的寿命可达50年以上7。煤气柜的使用寿命也是择柜时需要重点考量的因素之一。干式煤气柜在设备投资费用上比湿式煤气柜有一定的优势。湿式煤气柜贮气压力低，贮气最高压力约3.5 kPa，无法与煤气管网直接连接，需要加装升压装置，因而增加成本预算4。而干式煤气柜的贮气压力远大于湿式煤气柜，可通过改变活塞配重来调节贮气压力，最高可达20 kPa8，柜体可以直接与煤气管网连接，不需要加装升压装置，相比湿式煤气柜节省了设备投资费用。近年来，环境问题日益突出，工业化生产所排放的废水和废气是主要的环境污染源。湿式煤气柜在气柜检修时需要排放大量的含酚污水，企业不能直接排放，需要进行处理，这会增加企业运营成本，也是湿式煤气柜逐渐被淘汰的原因之一。而干式煤气柜只有少量煤气冷凝水析出，易于处理，节约成本。综合考虑建设成本、设备使用寿命、设备投资、环保投入等因素，干式煤气柜在成本控制方面更具优势，能帮助企业节约生产成本。因此，东北地区的钢铁企业选用干式煤气柜更具经济性。3.4煤气的特点钢铁企业一般需要储存的煤气为转炉煤气，高炉煤气、焦炉煤气，不同煤气各有特点，需要匹配适合的煤气柜。转炉煤气是转炉炼钢的副产物，主要成分为一氧化碳、二氧化碳、氮、氢及微量氧。根据炼制钢种的不同，转炉煤气的成分会有一些变化，但含尘量均大，无论是经过OG除尘法（湿法）还是LT除尘法（干法），转炉煤气在收入煤气柜的粉尘含量均大于 1078新疆钢铁总第169期2024年第1期mg/m9。含尘量大对于密封介质为水和稀油的煤气柜影响很大，粉尘会进入密封水和稀油中，积聚在油槽和水槽中，形成泥垢，造成煤气柜磨损腐蚀、密封性能下降、环境污染等一系列问题。而橡胶皮膜密封的煤气柜，不需要水和油，煤气柜运行中受煤气中的灰尘影响小，即使橡胶皮膜挂灰在皮膜运动卷曲的过程中也会自然会脱落，不影响煤气柜的正常运行。橡胶膜密封煤气柜的活塞比湿式煤气柜和稀油煤气柜运行速度快很多，适合吞吐量波动大的煤气，可以满足煤气的瞬时发生量与消耗量的最大波动；寿命长，还能适应零下40 的气温，特别适合气候寒冷的地区。成本低，橡胶膜密封煤气柜与稀油密封煤气柜的投资基本相当，但橡胶膜密封煤气柜低廉的运行维护成本是稀油密封煤气柜无法企及的10。对于含尘量大、湿度高的转炉煤气，干式的橡胶膜密封煤气柜是东北地区钢铁企业贮存转炉煤气的首选柜型11。焦炉煤气是炼焦的副产物，主要成分为氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳。目前行业中储存焦炉煤气普遍采用湿式煤气柜或稀油密封煤气柜，但是焦炉煤气中的苯、萘、焦油和硫化氢等有害物质会对湿式煤气柜水槽中的水和稀油密封煤气柜的密封油产生不良影响。被污染的水和水槽溢流水挥发的硫化氢气体不仅处理难度大，还会造成严重的环境污染，污染物也会改变密封油的特性，如闪点、燃点和油水分离性，都会造成煤气柜的腐蚀，影响煤气柜的使用寿命和安全性能。因此，可以选用干式全氟橡胶膜密封的煤气柜，因为普通的橡胶模会和焦炉煤气中的苯、萘、焦油及硫化氢发生不良反应，严重影响橡胶模的性能和寿命，而全氟橡胶膜的性能优异，耐腐蚀，耐疲劳，使用该类型的气柜可以有效克服贮存焦炉煤气的不利条件10。高炉煤气是高炉炼铁的副产物，主要成分为二氧化碳、一氧化碳、氢气、氮气、烃类及少量的二氧化硫。目前高炉煤气的回收贮存大部分使用稀油密封煤气柜，没有采用橡胶膜密封煤气柜，这是由于大多数橡胶膜密封煤气柜采用两段式结构，两段式压力分为一塔压力和二塔压力，无法保证煤气柜运行压力的均衡稳定，进而无法有效调节煤气管网压力。近年来，单段式橡胶膜密封煤气柜在钢铁行业应用逐渐增多，是橡胶膜密封煤气柜的发展趋势，也逐渐发展至取代稀油密封煤气柜来贮存高炉煤气。单段式比两段式少一段橡胶膜，因此在结构上得到优化，活塞运行更加平稳快速，降低了保养和维护费用，但目前橡胶膜的质量和强度，制约了单段式煤气柜向大型化和全介质煤气柜发展，未来随着技术的不断进步会得到有效解决，单段式橡胶膜煤气柜的发展和应用值得钢铁企业重点关注12。从东北地区钢铁企业需要贮存的各种煤气来看，选用干式煤气柜都要优于湿式煤气柜。4结论湿式煤气柜、稀油密封煤气柜、橡胶膜密封煤气柜三种常用的煤气柜在构造和性能上各有特点。东北地区冬季气温低、水资源相对缺乏，钢铁企业在选择煤气柜时应考虑低温气候条件、节约水资源、综合成本等因素。此外，需贮存的不同煤气所具备的特点也是应考量的因素之一。综合以上因素，东北地区钢铁企业选用干式煤气柜优于湿式煤气柜。在选择干式煤气柜的具体柜型时，根据不同煤气、煤气柜的特点及企业自身需求，结合少投入、高回报的原则选择适合的煤气柜产品。由此可见，选择最适合当地自然环境和企业生产条件的设备，才能更好地满足企业的生产需求，助力钢铁企业走上品质高、效益优、消耗低、污染少、具有竞争力的道路。参考文献1 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