LNG气化站在大型钢铁企业应用实践.pdf

2023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWERLNG气化站在大型钢铁企业应用实践王利军（北京首钢股份有限公司，河北迁安 064404）【摘要】通过对某公司燃气用户以及用户燃烧特性、燃料平衡分析，得出建设LNG气化站可以有效解决管输天然气供应、燃气存储、用户调节、燃料转换配吃等问题，为公司燃气系统稳定运行、节能降耗打下坚实基础。【关键词】LNG气化站；燃气系统优化；应用实践【中图分类号】TU996.5【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2023）04-0024-03 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Application Practice of LNG Gasification Station in Large-scale Steel EnterprisesWANG Lijun(Beijing Shougang Qianan Iron and Steel Co.,Ltd.,Qianan,Hebei 064404,China)【Abstract】Through the analysis of a companys gas users as well as users combustion characteristics and fuel balance,it is concluded that the construction of LNG gasification station can effectively solve the problems of piped natural gas supply,gas storage,users regulation,and fuel switching,etc.,so as to lay a solid foundation for the stable operation of the companys gas system and energy saving.【Keywords】LNG gasification station;gas system optimization;application practice引言某公司共有2座2 650 m、1座4 000 m高炉，高炉煤气产量140 万m/h；5座210 t转炉，转炉煤气产量9.8 万m/h；6座55孔焦炉（迁焦），焦炉煤气产量15.8 万m/h；1条设计小时供应5 万m的天然气管线。为确保燃气系统稳定运行，系统内设立2座15 万m焦炉煤气柜、2座8 万m转炉煤气柜、1座15 万m3转炉煤气柜、1座20 万m3高炉煤气柜、1座30 万m3高炉煤气柜挂网运行。目前公司天然气用户主要有冷轧、连铸板坯切割、罩式炉、板坯精整和热轧加热炉等，天然气用量约 2.1 万 m3/h。刚性用户为冷轧环形炉、炼钢连铸切割，用量合计约2 000 m3/h。自2016年以来，全国范围推行煤改气，鼓励使用清洁能源，当进入采暖期，管道天然气时常出现不能足额供气情况，严重影响公司正常生产，因此，急需建设1座LNG气化站作为管道天然气后备气源。1 LNG气化站概况新建LNG气化站分为工艺装置区和站房。工艺装置区设有2台60 m3内罐材质为06Cr19Ni10、外罐材质为Q345R的储罐，1套储罐增压器撬、4台主气化器、1台电热式NG加热器、1台EAG加热器、1套调压装置。其中2台60 m3 LNG储罐和储罐增压器撬布置在LNG防护堤（高度1.0 m）内，其余设备布置在LNG防护堤外。槽车将液化天然气通过公路运输至本站后，由站内卸车增压气化器将槽车内的液化天然气卸至站内低温储罐内。储罐内的液化天然气利用储罐自增压气化器升压，将罐内液化天然气压力升至所需的工作压力后送至空温式气化器进行气化。当环境温度较低时，气化后的低温天然气再经过电热式加热器升温至5 以上。液化天然气经气化器气化，与蒸发天然气汇总后，进行计量和加臭，经管道送出站外。出站天然气压力为0.550.65 MPa，设计流量5 000 m3/h。2 LNG气化站投运后燃气系统优化2.1 优化热轧加热炉燃气调节手段热轧燃气混合站设计初期为高、焦、转三种煤气配比混合1，供加热炉使用，优化后将天然气引入混合站作为焦炉煤气的备用气源，实现了高、转、焦、天四种燃气配比调控2。天然气的引入，可在焦炉煤气量大幅降低情况下，满足热轧工序正常生产。其优势在于能够最大限度使用低品质的高炉、转炉煤气；动态调节焦炉煤气、天然气的使用量；根据用户对硫化物含量及环保排放要求的不同，混入硫化物含量低的天然气，减少环境污染；能够更加精确控制混合煤气的热值，减少热值波动。2.2 优化炼钢板坯连铸切割燃料结构原连铸板坯切割燃料采用6 kPa焦炉煤气，经2台25 m3、3台10 m3、4台40 m3压缩机加压到0.3 MPa后供连铸切割机使用。因焦炉煤气中杂质易堵塞切割车喷嘴，且压缩机检修维护量也较大，当LNG气化站建成后，连铸切割车改用热值更高、更洁净的天然气。（1）割缝：原有割枪割缝在811 mm，改烧天然气后，切割车改用新型割嘴，割缝下降到45 mm，大幅降低了切割烧损3，割枪及割缝对比见图1。（2）燃气耗量：新枪切割过程燃气消耗仅为旧枪消耗的6.7%，具体数据见表1。（3）板坯切割优化效果优化后切割的钢坯上缘不塌边、返浆少，下缘渣瘤体积比改造前明显减小。在1#铸机整个试运行期间，除去切割设备自身故障等原因，钢坯在线切断率超过99%。2台25 m3、3台10 m3焦炉煤气压缩机停机备用，既节约电能，也降低了机组检修维护费用。2.3 保障动态生产天然气是保障生产运行的重要原料，管输天然气受计划影响，实际用量和计划用量偏差较大，此时就能凸显 LNG气化站的保障作用。以 2021年 4月为例，月申请用气量 986 万 m3，实际批复量1 033万m3，实际用气量1 272 万m3，LNG气化站补充239 万m3，具体数据见图2。作为管道天然气后备气源，LNG气化站在保障企业气源稳定方面提供了有效支撑。2021年4月7日，公司焦炉煤气供应量急剧降低，1#6#焦炉炭化时间从19.5 h延长到36 h，焦炉煤气波动直接影响燃气供应。经调配，热轧以掺烧天然气方式，减少焦炉煤气用量，保障了公司生产稳定运行。另外，通过测算，非采暖期LNG价格低于管道天然气价格约0.1 元/m，仅2021年4月LNG气化站补充 239 万 m天然气就可为企业降低外购费用23.9 万元，实现了保产增效双赢。2.4 智能管控2.4.1 炼铁11座热风炉自动燃烧控制公司3座高炉共计有热风炉11座，在日常生产情况下，由于热风炉倒切没有科学合理规划，偶尔会出现3炉或6炉同时燃烧，高炉煤气管网压力大幅度波动的情况，造成高炉煤气管网放散水封被击图1 割枪及割缝对比图表1 切割前后燃气消耗数据单位：m3242023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER送出站外。出站天然气压力为0.550.65 MPa，设计流量5 000 m3/h。2 LNG气化站投运后燃气系统优化2.1 优化热轧加热炉燃气调节手段热轧燃气混合站设计初期为高、焦、转三种煤气配比混合1，供加热炉使用，优化后将天然气引入混合站作为焦炉煤气的备用气源，实现了高、转、焦、天四种燃气配比调控2。天然气的引入，可在焦炉煤气量大幅降低情况下，满足热轧工序正常生产。其优势在于能够最大限度使用低品质的高炉、转炉煤气；动态调节焦炉煤气、天然气的使用量；根据用户对硫化物含量及环保排放要求的不同，混入硫化物含量低的天然气，减少环境污染；能够更加精确控制混合煤气的热值，减少热值波动。2.2 优化炼钢板坯连铸切割燃料结构原连铸板坯切割燃料采用6 kPa焦炉煤气，经2台25 m3、3台10 m3、4台40 m3压缩机加压到0.3 MPa后供连铸切割机使用。因焦炉煤气中杂质易堵塞切割车喷嘴，且压缩机检修维护量也较大，当LNG气化站建成后，连铸切割车改用热值更高、更洁净的天然气。（1）割缝：原有割枪割缝在811 mm，改烧天然气后，切割车改用新型割嘴，割缝下降到45 mm，大幅降低了切割烧损3，割枪及割缝对比见图1。（2）燃气耗量：新枪切割过程燃气消耗仅为旧枪消耗的6.7%，具体数据见表1。（3）板坯切割优化效果优化后切割的钢坯上缘不塌边、返浆少，下缘渣瘤体积比改造前明显减小。在1#铸机整个试运行期间，除去切割设备自身故障等原因，钢坯在线切断率超过99%。2台25 m3、3台10 m3焦炉煤气压缩机停机备用，既节约电能，也降低了机组检修维护费用。2.3 保障动态生产天然气是保障生产运行的重要原料，管输天然气受计划影响，实际用量和计划用量偏差较大，此时就能凸显 LNG气化站的保障作用。以 2021年 4月为例，月申请用气量 986 万 m3，实际批复量1 033万m3，实际用气量1 272 万m3，LNG气化站补充239 万m3，具体数据见图2。作为管道天然气后备气源，LNG气化站在保障企业气源稳定方面提供了有效支撑。2021年4月7日，公司焦炉煤气供应量急剧降低，1#6#焦炉炭化时间从19.5 h延长到36 h，焦炉煤气波动直接影响燃气供应。经调配，热轧以掺烧天然气方式，减少焦炉煤气用量，保障了公司生产稳定运行。另外，通过测算，非采暖期LNG价格低于管道天然气价格约0.1 元/m，仅2021年4月LNG气化站补充 239 万 m天然气就可为企业降低外购费用23.9 万元，实现了保产增效双赢。2.4 智能管控2.4.1 炼铁11座热风炉自动燃烧控制公司3座高炉共计有热风炉11座，在日常生产情况下，由于热风炉倒切没有科学合理规划，偶尔会出现3炉或6炉同时燃烧，高炉煤气管网压力大幅度波动的情况，造成高炉煤气管网放散水封被击（a）枪线对比（b）焦炉煤气割缝（c）天然气割缝图1 割枪及割缝对比图表1 切割前后燃气消耗数据单位：m3类型新枪旧枪切割前1.4091.693切割后1.4532.346消耗0.0440.653252023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER穿，高炉煤气放散。经统计，因热风炉倒切安排不合理，每月放散高炉煤气量约50 万m，造成能源的浪费。通过上线热风炉自动调节系统，制定科学合理的燃烧计划时间表，实现了11座热风炉科学合理倒切，减少了因高炉煤气管网波动造成煤气的放散，避免了因热风炉换炉、高炉煤气系统波动引起焦炉煤气系统不平衡现象的发生。建成LNG气化站后，实现高热值燃气互备，增加燃气调节手段，解决了因焦炉煤气、高炉煤气供需不平衡，而频繁安排焦炉倒炉的问题。2.4.2 燃气预测平台钢铁企业副产煤气具有自身产生、消耗不稳定的特点，依靠人工经验对煤气进行调度很难实现全局最优化。引入外部气源、加大缓冲量、增加调节手段、运用数学模型对钢铁企业煤气系统进行调度优化，对降低企业能源消耗成本和生产制造成本具有重要意义。目前，公司煤气调度主要依赖人工经验计算完成，在问题规模、精细粒度、约束条件、优化程度等方面存在很大的局限性。公司在现有信息系统基础上，通过应用物联网、互联网、云计算、大数据及智能优化模型等技术，构建了煤气智能预测调度系统，让副产煤气、天然气、燃气储存设施及用户高效协同，实现公司燃气系统能源利用最大化4。燃气预测平台技术路线见图3。3 LNG气化站3.1 存在问题经过一段时间的运行，发现该系统存在如下问题：（1）LNG 槽车卸车时，液槽不能给管网正常送气；（2）气温低时，LNG站供气能力不足。3.2 原因分析（1）通过对LNG站液相、气相管路梳理，发现2个液槽底部管道连通，（下转第34页）历史数据收集整理问题分析与建模煤气产出预测模型煤气消耗预测模型煤气管网结构模型煤气调度优化模型系统功能设计业务流程梳理需求分析与设计程序实现系统测试系统上线运行参数修正模型优化图3 燃气预测平台技术路线图2 天然气申请、批复、实际用量曲线图262023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER3 解决对策3.1 调平导轮同心调整在调整同心度时应以1根钢丝绳上2个调平导轮为1组，调整基本原则是钢丝绳绕过导轮后应确保钢丝绳横平竖直。12根钢丝绳从钢丝绳交叉点最下层钢丝绳开始调整，可以有效防止调整后的钢丝绳之间发生摩擦。如调平导轮与钢丝绳存在摩擦，优先调整调平导轮。先调整钢丝绳入柜侧调平导轮，充分保证钢丝绳入柜的垂直度，防止产生水平拉力，造成气柜活塞沿水平分立方向发生偏移。调平导轮的高低可以通过在导轮轴承座增加1 mm、2 mm、3 mm、4 mm以及5 mm不同规格的M型垫片来微调。较大的调整可先对调平导轮承台支座高度进行调整，然后再按照微调方式进行调整。通过微调角度将2个调平导轮调整同心，确保钢丝绳不与导轮轮缘刮擦。3.2 支撑导轮缺陷调整支撑导轮在调整时主要考虑的是钢丝绳进出夹角及钢丝绳与绳槽中心线偏角的问题。为使钢丝绳进出夹角在180，可以通过调整支撑导轮轴承座高低进行调整。钢丝绳与绳槽中心线的偏角可以通过对支撑导轮轴承座增减垫片实现。较大的调整可以通过调整支撑柱实现。最终调整完毕后，应使2个调平导轮、2个支撑导轮水平切线在一条线上，配重块吊点、钢丝绳固定架在同一个平面上。3.3 开展导轮、钢丝绳运行检查每周开展一次气柜顶导轮及钢丝绳检查，重点关注各个导轮运转的灵活性，防止钢丝绳滑动摩擦致使马氏体形成。检查中如发现调平导轮或支撑导轮凹痕或磨损量增大，应及时更换。导轮轮槽边缘的油泥应及时清理，保证导轨的宽度，防止钢丝绳与油泥摩擦。3.4 开展钢丝绳维护定期开展对气柜运行钢丝绳的维护管理，根据钢丝绳表面的油膜覆盖情况进行润滑维护。当表面的润滑油脂油膜较薄时，应及时进行给油，使钢丝绳处于良好的润滑状态。给油时应使用铜丝刷将钢丝绳表面废油、油泥及细小颗粒物清理干净后再进行涂油。4 结论钢丝绳磨损是造成煤气柜调平钢丝绳失效的主要原因，而磨损的主要原因是钢丝绳与接触构件的摩擦、钢丝绳运行维护不足。在实际工作中虽无法彻底消除磨损，但可以通过有效措施和必要维护来降低钢丝绳磨损，延长其使用寿命，使气柜调平系统具备良好的运行状态，减少气柜离线检修次数，这对于气柜安全运行以及转炉煤气能源的高效利用具有十分重要的意义。参 考 文 献 1 陈原培.钢丝绳股力学与摩擦磨损性能研究 D.重庆：重庆大学，2016.2 张善明，张文义，梁明明，等.威金斯气柜调平钢丝绳断丝原因分析及解决措施 J.冶金动力，2016（4）：14-16.3 金国钧.钢丝绳损伤的技术分析 J.金属制品，2002，28（5）：1-6.收稿日期：2023-06-12作者简介：黄江昆（1986-），男，本科，助理工程师，现从事于燃气技术管理工作。（上接第26页）造成卸车和送气相互干扰。（2）通过试运行分析，当温度低、气压低、空气湿度大、空气流通缓慢时，空温式气化器结霜严重，与空气的热交换效率降低，气化能力不足，影响天然气送出量，最低时送出量不足1 000 m3/h。3.3 改进方案（1）在液槽底部连通管增加切断阀，实现单个液槽卸车、送气，双液槽同时卸车、送气的功能。（2）增加1台水浴气化器，在温度低、气压低、空气湿度大、空气流通缓慢时，由空温式气化器切换到水浴气化器供气，保障天然气送出量，同时解决空温式气化器冷量在站场聚集引发的安全问题。4 结束语LNG气化站在冶金企业建设实施，解决了管输天然气供应、燃气存储、用户调节、燃料转换配吃等问题，推动了企业能源系统结构变革。参 考 文 献 1 同济大学，重庆建筑大学，哈尔滨建筑大学，北京建筑工程学院.燃气燃烧与应用：第3版 M.北京：中国建筑工业出版社，2000.2 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.工业企业煤气安全规程：GB 62222005 S.北京：中国标准出版社，2005.3 韩昭沧.燃料及燃烧：第2版 M.北京：冶金工业出版社，2007.4 段常贵，王民生.燃气输配：第3版 M.北京：中国建筑工业出版社，2001.收稿日期：2023-04-23作者简介：王利军（1983-），男，本科，燃气工程师，现从事燃气设备管理工作。34