煤气快速切断装置在济钢球团厂的应用实践

宋长军

济钢炼铁厂，山东 济南 250101

0 引言

济钢球团竖炉以混合煤气作为焙烧燃料，随着竖炉产量的不断提高，煤气用量也逐渐增加，为竖炉配备的除尘、助燃、冷却风机的容量也大幅提高。在生产过程中当煤气供给系统出现故障，如果不能及时有效的进行处理，会引起煤气回火爆炸[1]。如果除尘风机异常停止，助燃风机、冷却风机继续运行，这时大量热量会通过布料平台向外涌向操作室，同时烧坏电缆、设备，对操作室内人身安全造成巨大威胁。如果助燃风机异常停止，煤气还在供给，煤气会通过助燃风管道窜入风机房，造成风机房值班人员的人身伤害事故。

1 解决方案

当煤气供给系统或者风机系统出现故障，快速有效的隔断煤气和空气是防止事故发生的重要手段。球团厂结合竖炉中修为每座竖炉的除尘、冷却、助燃风机之间增加联锁控制，同时安装了煤气快速切断装置。

1.1 煤气快速切断装置选择

煤气快速切断装置采用德国进口SEHAZ型电液联动快关三偏心蝶阀。此阀门广泛用于煤气、天然气、石油管网的安全控制，最小关断时间小于4s并且可调，断电时自动关闭。免维护，只需定期检查蓄能器的气囊压力和液压油的液位。三偏心结构使阀座处无摩擦无挤压无卡滞，使用寿命长，阀座环的浮动式设计，使阀座环对阀座无摩擦并自补偿流程温度的变化。此装置接入竖炉DCS操作系统，正常状态下，电脑上位开机，电液联动开启，液压关闭。阀门也可就地开启，方便检修和维护，设置手动液压操作装置，用于停电时手动打开、关闭执行机构，同时增加紧急操作和正常操作换向阀。

1.2 风机及切断阀安全联锁设计

1）除尘风机故障停机，冷却风机立即停止运行，煤气快速切断阀关闭，当煤气快速切断阀关闭到位，助燃风机立即停止运行；

2）助燃风机故障停机，煤气快速切断阀关闭，冷却风机停止运行，除尘风机不参与联锁；

3）煤气压力低于设定值10000 MPa，煤气快速切断阀关闭，冷却风机停止运行，当煤气快速切断阀关闭到位时，助燃风机停止运行；

4）煤气快速切断阀意外停电，则切断阀关闭，冷却风机停止运行，当煤气快速切断阀关闭到位时，助燃风机停止运行；

5）无论是在联锁投入状态还是在联锁解除状态，冷却风机故障停机及风机入口阀门故障，都不响应联锁。

1.3 实施过程

在竖炉燃烧室前的两个煤气支管上各安装一台煤气快速切断装置。每座竖炉都有一套独立的过程控制系统，风机状态以及切断阀的操作、状态信号全部接入竖炉DCS控制系统。通过程序实现阀门和风机之间的联锁，这不仅节约了电缆，减少了故障隐患，同时风机、操作阀的状态在监控计算机上直观显示，方便工人操作，也方便维护人员查找故障。

分别采集竖炉煤气总管和两个煤气支管上的煤气压力信号，当其中的任意两个或者3个压力值低于10000MPa时，此时电脑程序认定煤气压力低于10000MPa，煤气切断阀响应联锁。

2 取得的效果

阀门良好的密封效果，快速的关断能力，以及与风机之间的快速联锁保护，使得该系统投入运行后，杜绝了煤气的泄露和危险事故的发生，取得了良好效果。

3 在应用中出现的新问题

切断阀应用两年后，阀门上位计算机先后出现显示阀门未关闭到位，通过进一步检查阀门关闭到位指针，发现阀门确实没有关闭到位，无法触发关闭到位信号。出现这种情况后，通过增加开关阀门次数，阀门最终能够完全关闭到位。

2009年，济钢球团厂对2#竖炉进行中修，中修期间阀门不能关闭到位，多次开关也不能够关闭到位，于是在阀门两侧管道各开100cm2左右方孔。竖炉生厂使用的是高炉-转炉混合煤气[2]，开孔后发现，由于高炉煤气除尘不彻底，造成瓦斯灰在管道和阀门上板结，板结最厚处可以达到3mm。造成阀门阀板无法和阀座完全接触，使得切断阀不能完全关闭到位。因切断阀关断力矩可达 30万NM，轻微的瓦斯灰板结被挤压粉碎脱落，这是前几次通过反复关闭阀门，阀门能够关闭到位的原因。

发现是上述原因造成的阀门无法关闭到位后，从方孔处，用硬物摩擦或敲击阀板和阀座，清理板结的瓦斯灰，由于瓦斯灰的附着力太强，导致清理后效果不理想，12月公共系统检修，把2#炉西侧阀门修缮完毕后发现，两座阀门仍旧无法关闭到位。

3.1 阀门关闭不到位影响

因为煤气快速切断阀在竖炉正常生产时要求全开，阀门长期不动作以及煤气杂质多是造成高炉瓦斯灰在阀门上板结的主要原因。只能够借检修之机进行人工清理，但是阀门本身又非常精密，硬物摩擦会损坏阀门的密封性能，从而影响密封效果。

同时助燃风机跳闸是在煤气快速切断阀关闭到位之后，延时一定的时间才动作。程序中用阀门的关闭到位信号作为判断切断阀是否关闭到位的依据。在集中联锁条件下，煤气快速切断阀无法关闭到位，助燃风机将不能联锁跳闸。

3.2 解决方案

1）调整阀门的限位开关行程，造成阀门关闭到位的假信号，触发助燃风机的联锁关系。这样需要不断的调整行程开关，而且阀门使用时常开，不能够确定什么时候阀门不能关闭到位，调节不但具有滞后性，而且需要频繁调整；

2）调整助燃风机跳闸的联锁条件，不再使用阀门的关闭到位信号，一旦别的条件触发切断阀关闭，程序中发出关闭煤气切断阀的指令的同时延时N秒（阀门的正常关断时间+助燃风机正常需要的延时时间）立即停止助燃风机。隐患是一旦阀门无法关闭，助燃风机停，燃烧室将会出现大量煤气。所以需要加强点检，保证阀门供电安全和液压油正常。

通过研究，最终选择了第二套处理方案，阀门主要作用是快速关断，密封性要求在其次。虽然阀门不能完全关闭到位，但是阀门和阀座已经紧密接触，在强大的扭矩作用下，密封性还是可以保证。在日常的生产中增加阀门的开关次数，延缓瓦斯灰板结速度，同时确定了阀门的清理周期，定期进行专业清理。

[1]宋长军.球团厂煤气快速切断在竖炉生产过程中的应用[D].球团技术研讨会论文集，2008.

[2]刘国防.济钢球团竖炉使用高炉-转炉混合煤气的改造及效果[J].烧结球团，2007，33(1)：39-41.