欧冶炉20万m-3煤气柜冬季安全运行技术研究及应用_柴晓慧.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/12欧冶炉 20 万 m3煤气柜冬季安全运行技术研究及应用柴晓慧（宝武集团新疆八一钢铁股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022）【摘要】为解决欧冶炉20万m3煤气柜因冬季环境温度低、煤气含水量大、密封油水乳和煤气中的水分结冰附着在柜壁上，造成活塞密封装置失效，大量煤气泄漏的重大隐患，主要对气柜电加热、热水循环加热、绝热保温和密封油绿色环保再生等进行研究，提高加热能力，减少热损失，并针对节能环保措施提出设计改造和相关策略，旨在确保煤气柜冬季稳定运行及其重大危险源本质化安全，以期为相关人员提供参考。【关键词】煤气柜；冬季；加热技术；安全【中图分类号】TQ547.9【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）12-0178-030引言欧冶炉 20 万 m3煤气柜（图 1）主要储存欧冶炉回收的煤气，因气柜出口管道与转炉煤气、高炉煤气管网连接，工况发生变化时间断性吞吐高炉煤气、转炉煤气，对钢铁厂平衡煤气管网压力、系统煤气“削峰填谷”、应急保安作用非常重要。气柜所处位置在风口区域和空旷地带，环境温度偏低。在 2018 年第一个冬季运行时，煤气柜内壁挂冰严重，造成煤气泄漏，2018 年 12 月气柜从系统中紧急退出运行，经技术研究和改造后于 2019 年 9 月投运至今。改造前气柜内壁挂冰情况如图 2 所示。1概述该煤气柜在交工后柜底油沟和活塞油槽都设有加热装置，但加热效果不能在低温环境连续运行，特别是在新疆冬季（新疆-15 以下时，下文冬季主要指这个温度）的大型气柜，由于密封油流道非常长，若无法维持稀油温度就无法解决上述问题，这就需要气柜活塞定期上下运行，甚至在冬季较冷时期关闭进出口停柜，以躲避寒潮，这会大大影响工厂的正常生产，也存在安全隐患。2018 年，为解决冬季运行中 20 万 m3气柜的挂冰重大隐患，对 20 万 m3煤气柜进行防冻保温技术研究和改造，通过煤气柜活塞油槽加热装置扩容、底部油沟加热系统智能调节和扩容、下部油沟外壁增设保温、上油管保温改造和增设智能伴热等技术改造，并实施设备运行维护和改善密封油破乳化度指标等措施1，煤气柜可以在极寒环境温度-25 时（下文极寒指这个温度）安全稳定运行，并已验证4 年，目前运行效果良好。图 3 为改造后气柜内壁运行情况。2原因分析（1）运行工况：煤气柜主要储存的欧冶炉煤气，热值 10 489 kJ/m3，爆炸、中毒危险程度更高。欧冶炉煤气成分如表 1 所示。冬季运行时，从沿线的管道、阀门挂冰结霜情况分析，气柜内煤气含有机械水分较高的不利因素，易在侧壁上结薄冰。通常情况下，气柜密封机构的侧壁有薄冰或薄霜时，会被及时刮掉。但如果冬季活塞移图1欧冶炉20万m3煤气柜图2改造前气柜内壁挂冰情况综合论述178DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.12.009LOW CARBON WORLD 2022/12动位移小、速度慢，且密封油温低至 0 时，气柜密封机构下部的薄冰无法融化，部分被刮入活塞油槽中，导致油槽中积入的碎冰越来越多。同时柜壁上的冰将越结越厚，活塞运行时，就会被厚冰卡住，气柜密封机构也将被破坏。由于密封油中所含一些杂质及水也会在侧壁上形成“挂蜡”，挂蜡达到一定厚度时，会导致密封失效，煤气泄漏。（2）柜底油沟和活塞油槽都设有加热装置，但加热效果不佳。底部油沟冬季运行温度最高 18。油温共 4 个测点，设定油温报警范围在高于 55 或低于 20。活塞油槽冬季运行温度最高 0 或负值，造成加热器连续运行，设有报警和联动（低于 5 启动，高于 10 停止）。（3）阴面的一根上油管冻堵，4#油泵房无法运行。当遇到新疆冬季极寒天气时，虽然上油管外部有保温措施，但因没有热源，时间较长不流动、密封油破乳化度指标不好或泵房内油水分离不完全时，油水混合物在上油管冻融堵管，膨胀后将油管冻裂。3技术改造方案及措施3.1活塞油槽加热装置扩容（1）增加浸入式电加热器对煤气柜顶部活塞油沟进行加热，在柜体活塞油沟圆周方向均分 32 块区域，布置 64 台 2 kW 电加热器（每个区块各两台，一台运行一台备用）。工作温度从 0 加热至 10 （现有能力冬季 0 ）。经测量空间尺寸，在每块区域最多可增设 1 台电加热器，共计 32 台。（2）活塞油槽电加热器功率计算如式（1）所示。V=H（r1/2）2-（r2/2）=3.142.2（29.152-28.352）318 m3。（1）式中：V体积，m3；r1油槽外径；r2油槽内径；H介质高度，取 2.2 m。经计算，理论满槽需加热介质总体积为 318 m3，稀油总质量为 250 000 kg。电加热器功率如式（2）所示。P=ECmT/3.6h=1.252.2250 000（10-0）/（3.624）=79.6 kW。（2）式中：P加热功率，W；E安全系数，取 1.25；C介质比热，kJ/（kg ）；m油槽内介质重量，kg；T温升=终了温度-起始温度，；h加热时间，取 24 h。经计算得出罐体顶部介质所需加热功率为 79.6kW，加热时间为 24 h，考虑到热损失、加热器非连续工作、油槽安装空间和极寒天气等因素，选取电加热器总功率为 128 kW（原 64 kW，扩容增加 64 kW）能满足介质升温要求。扩容增加的 32 台电加热器型号为 DJ-380-1000-2，380 V/2 kW（防爆标志 ExdBT4，与原型号相同）。（3）电加热器控制系统：将每一台 2 kW 电加热器作为一组控制，共计 32 组控制，并采用全可调功率控制，配备一台电气控制柜。油槽内原设置有温度传感器，可将采集到的介质温度信号传送至电气控制柜内的温控表，经 PID 运算后输出 420 mA 模拟信号至功率调整器，调整每组的电加热器开关。3.2底部油沟加热系统智能调节和扩容（1）柜底油沟采用热水进行加热2，热水来自外网热交换站出口，热水温度 85，总管管径 DN150，将底部油槽分为 8 个扇区设计，每个扇区布置更换为 4 根 DN100 平行热水管（拆除原有 3 根 DN50 的热水管）在油沟下部水区进行加热，共计在底部布置 32 根热水管。换热面积增加 2.6 倍，换热效率增加 2 倍。（2）密封油温度控制：油沟内原设置有温度传感器，现增加至 8 个，即每个扇形区一个，每个扇形区热水管进水阀加装调节阀，将采集到的密封油温度信号传送至电气控制柜内的温控表，经 PID 运算后输出 420 mA 模拟信号至调节阀的调整器，调整每个区域热水调节阀的定位器，从而调节至目标油温，实现智能控温。3.3下部油沟外壁增设保温油沟外壁低于 1.2 m 部分需进行保温处理，即油沟外壁全部绝热处理，以减少热损失，增强绝热效果。主要是在外壁喷涂厚度为 50 mm 的聚氨酯隔热层。外包采钢瓦，防止冬季融化的雪水和夏季的雨水进入保温层内。保温层内壁用 120的扁钢 L 形钢钉等材料，用来铆固聚氨酯保温和固定采钢瓦。图 4 为图3改造后气柜内壁运行情况成分单位含量CO%5063CO2%1035H2%1516O2%0.5CH4%10表1欧冶炉煤气成分综合论述179LOW CARBON WORLD 2022/12油沟外壁增设保温层布置3，图 5 为欧治炉 20 万 m3煤气柜柜底油沟外壁增设保温层现场。3.4上油管保温改造和增设智能伴热气柜的 4 根上油管，加入耐火阻燃防爆型电伴热带，再喷涂厚度为 100 mm 的聚氨酯材料进行隔热保温，外包彩钢板。为便于安装和检修，将每根上油管分为 4 段，每段上油管下部安装有伴热带接头、测温元件。采用三线制引线连接至现场控制器，主要控制对应伴热带的运行和停止，并且实现远程监控运行和故障状况。图 6 为煤气柜上油管伴热装置布置，图 7 为 20 万 m3煤气柜上油管伴热装置现场。3.5电气仪表系统技术改造属易燃易爆操作，生产区属甲类生产，电气仪表系统均采用防爆型设备，电气控制柜盘面带有电压、电流、温度显示及电源指示、运行指示、故障指示等。电气控制柜具有短路保护、过载保护、超温保护等。电加热器、水暖调节阀、上油管伴热带灯控制系统采用智能温控表+远程分散控制系统控制，以便采集信号、画面、趋势等与原系统技术融合，实现各远程集中控制系统融合。3.6运行和维护煤气柜技术改造后，加热装置均实现智能控制、故障报警功能完善，能及时处置异常，保障设备功能精度达标4。同时，应关注电加热设备的使用寿命、加热效能与使用时间成反比，按使用说明周期及时更换，尤其是活塞油槽中的电加热器维修与夏季定修紧密结合。柜底油沟水暖运行调节应遵循先气柜区域、后外部加热站供水温度调节的原则，以达到节能高效的经济运行模式。定期测定密封油破乳化度等指标，分析其效果，指标劣化时，可及时在线处理5。目前，在线抗乳化、降凝等再生技术日趋成熟，可有效改善油水分离效果，减少冻堵的机会。4结语通过对欧冶炉 20 万 m3煤气柜采取以上技术与措施进行处理，采用本文所提出的方法，活塞油槽温度和柜底油沟温度均可以达到设定值，并取得良好的运行效果。这些技术措施对今后极寒地区煤气柜运行具有重要参考价值。参考文献1 单葆学.稀油密封干式煤气柜运行的防冻措施J.冶金动力，2011（2）：13-14，17.2 陈凌，张贤明，欧阳平.一种煤气柜底部油沟密封油加热装置：CN2018220876163.3P.2019-09-20.3 柴晓慧，刘芳荣，曹军.一种 POC 煤气柜柜底油沟隔热结构：CN202120292902.2P.2021-10-22.4 张涛，包儒涵，陈明.稀油密封煤气柜整体保温的探讨J.冶金动力，2014（3）：21-22.5 生军涛，商文卿.干式煤气柜密封油油质在线改善技术的探索与应用J.上海煤气，2010（6）：24-25，28.作者简介：柴晓慧（1972），女，汉族，新疆乌鲁木齐人，本科，高级工程师，主要从事机械技术和设备维护管理、煤气设备专业管理、液压润滑技术管理等工作。图6煤气柜上油管伴热装置布置图7 20万m3煤气柜上油管伴热装置现场图5欧治炉20万m3煤气柜柜底油沟外壁增设保温层现场图4油沟外壁增设保温层布置密封油水聚氨酯保温L 形扁钢彩钢瓦L 形钢钉综合论述180