安钢1550mm冷轧煤气系统优化与改进

王宏利 张鹏 李自州 常金富 王鹏 李卫东

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

安钢1550 mm 冷轧煤气系统是冷轧工程的重要组成部分，煤气系统能否正常投运关系到冷轧工程的顺利达产达效，根据整个工程的特点和实际情况，通过分析整个煤气系统后发现其存在一些不满足生产需求的问题，主要原因在于冷轧红线两端煤气管网最高压力不同，造成整个煤气系统压力波动较大，存在着重大的生产安全隐患，同时煤气管道缺少防静电措施。为此提出了相应的系统优化措施，通过改进调压装置、远程监控及完善管路保护等技术措施，解决了煤气管网运行的关键问题，保证了煤气系统的安全运行。

1 系统概况

安钢1550 mm 冷轧生产用煤气由安钢总厂区的焦炉煤气经过初步脱硫，加压站加压，途径14 km埋地管道，送至开发区冷轧厂内。输送的煤气管道通过分支，一支供锅炉房使用，一支进入煤气净化站进行脱硫和脱萘。煤气净化站出来的煤气直接供用户焙烧炉，多余的净化煤气进煤气柜储存。送气流程如图1 所示。

图1 送气流程示意图

2 存在问题

鉴于工业用煤气的特殊性，并结合本工程的实际情况，考虑到煤气的毒害性和易燃易爆，管道施工要求等级高，管线较长，管网监测点和操作阀门比较多。经过实地考察、理论分析和数据对比等可操作的手段，对整个煤气系统的可操作性、信息透明性、安全性等进行反复论证，确认了在埋地煤气管道压力调节控制系统、信息显示和电化学防腐存在三个方面的问题。

2．1 压力调节系统不完善

煤气加压机出口压力最高可达300 kPa，而冷轧厂区生产所需煤气压力是20 kPa ～40 kPa，由总厂区到冷轧如此长的煤气管线系统，中途没有调压或减压设施，在非正常工况期间或突发故障情况下，管网系统压力需要依靠人工手动调节。反应延迟又费工费时，不能满足生产需要且存在很大的安全隐患，使管网的停送气难度很大。

在煤气输送过程中，势必会影响煤气净化效果、缩短吸附寿命甚至将吸附剂吹离，并且可能造成鼓风机无法正常运行，导致阀门、仪表损坏。另外，外线煤气压力过大造成煤气柜冲顶，净化过滤装置系统爆裂等安全事故，影响煤气系统安全运行，对人员及环境造成安全隐患。

冷轧工程供气设计总量为13．2 万Nm3/h，前期煤气加压站供气流量按6300 Nm3/h、每台锅炉用量按5000 Nm3/h(因二期工程还未投用，暂按一台锅炉的煤气用量)考虑，显然煤气量供大于求。因此，如何合理有效的解决整个煤气管网系统的压力均衡问题成为冷轧工程按期投产的关键问题。

2．2 信息显示不透明

整个煤气管网系统在输送途中缺少压力、温度等的检测设备，并且缺少对这些相关设备进行远程监控和操作的技术设施，更缺乏在突发状况下的异地操作功能。在发生紧急状况时，就会造成供、用双方信息沟通障碍操作延迟等问题，存在很大安全隐患。

2．3 缺少电化学防腐措施

施工过程中，所有煤气管道都做了3PE 防腐处理，然而后续的施工造成管道局部涂层发生破损，这样导致以土壤为电解质的阴极和以破损的管道处为阳极而形成大阴极小阳极，从而在很短的时间内使得管道极容易被电解而导致穿孔。为此，如何有效解决管网的被电解问题，预防管道的点蚀和坑蚀，延长管道的使用寿命，杜绝煤气泄漏成了问题的关键因素。

3 改进与优化

3．1 改进压力调节系统

3．1．1 优化回流调节装置。

为了保证煤气管网系统的压力稳定，在冷轧生产过程中煤气用量减小时，不至于大量的煤气因放散而造成浪费，且污染环境。为此，在煤气加压站内增加自动回流调节装置(其布置工艺如图2 所示)，其作用是根据冷轧实际生产需要的煤气量通过自动调节阀在线自动调节，解决了投产初期生产负荷小及后期生产不稳定，煤气量变化对整个煤气系统的冲击，延缓了因流量巨变而带来的压力波动，使其处在正常的压力波动范围内，为正常生产提供了稳定的保障。

图2 自动回流调节装置布置工艺

3．1．2 改善压力调节装置。

在冷轧红线处即DN1600 焦炉煤气总管前安装一套DN800 手动蝶阀、盲板阀和一台DN800 0．4 MPa 电动调节阀组，并将煤气正常投运后DN800 调压阀组后最高压力设定值初步定为35 kPa，确保调节装置后煤气管网压力在不同生产状况下或事故状态下均不超过设计允许压力限值，解决了冷轧红线两端煤气设计压力不匹配问题。通过对管网系统的完善，即使在生产突发状况或非正常断电的情况下，调节阀也会自动关闭，阀后两个放散自动打开，形成微量放散，避免了煤气管网压力瞬时大幅波动的可能，调压阀组布置如图3 所示(图中实线为新增装置)。

图3 调压阀组布置图

3．2 增强远程监控系统功能

为了解决供、用煤气双方信息沟通的障碍、紧急状态下的操作可控，在煤气管网系统上每隔一段距离增设了压力、温度等的监测设备，同时将这些实时数据自动反馈到双方的远程监控系统界面上，保证了在突发状况下双方的信息透明度。一是避免因信息沟通不及时，双方操作延迟。二是预防了因煤气系统压力过高、流速过快，导致煤气柜冒顶的可能。三是避免了过滤净化装置填料脱落进入管网使煤气系统堵塞甚至瘫痪，无法正常，还可能影响整个系统的正常运行，造成更大的损失。

3．3 完善管路防护措施

3．3．1 改善防腐系统功能。

通过检测得知埋地煤气管道的土壤电阻率在11 Ω·m ～30 Ω·m 之间，可见土壤电阻率整体变化不大，由“土壤电阻率与腐蚀性的关系”进行比对可知，该地段的土壤腐蚀性属于中性偏强。土壤电阻率与腐蚀性的关系参照表1。

表1 土壤电阻率与腐蚀性的关系

根据测试结果可知土壤电阻率较低其腐蚀性较强，所以对埋地管道设置阴极防护非常必要。总所周知，牺牲阳极法阴极防护是用比被保护管道电位更负的金属或合金与被保护的金属相连接，牺牲阳极因为比较活泼而优先溶解，释放出的电流供被保护管道阴极极化，从而实现保护功能。由于埋地煤气管道为钢质管道电位比镁合金要高，且测得的土壤电阻率范围适合选用镁合金做为阳极材料，故选其为阳极。根据规范要求镁合金牺牲阳极选取参照表2。

表2 镁合金牺牲阳极选取数据

通过计算增加两组镁合金阳极和一组双锌电池，完善了埋地煤气管道的防护措施，在其保护寿命周期内，解决了电化学腐蚀管道的问题，从而延长了管道使用寿命，减少了煤气泄漏几率，增加了管道的安全系数。

3．3．2 改进电绝缘装置。

原设计电绝缘装置为绝缘法兰。绝缘法兰和绝缘接头均可用于埋地钢质管道的电化学防腐蚀工程中，它们都具有密封性能和绝缘性能，但绝缘接头自身克服了绝缘法兰刚度小、易泄漏、装配复杂、寿命短、绝缘效果不佳、需明装等缺点。绝缘接头现场安装方便，其埋地安装方式预防雷击性能优于绝缘法兰，使用寿命与配套的煤气管道等同，故选用绝缘接头代替绝缘法兰。

4 优化效果

通过对煤气系统的全面优化完善，取得了以下几点明显效果:

1)压力调节系统优化后，解决了红线两侧管网压力不匹配问题，保证煤气压力维持在正常波动范围内，确保冷轧各煤气设施运行在安全限值下，满足了生产需求。煤气系统安全性能得到提高，事故风险频率值降低。

2)远程监控系统功能增强后，解决了供、用煤气双方信息沟通的障碍及操作延迟的问题，在后期的生产调试及运行过程中，取得了良好的效果，为冷轧的生产提供了稳定的能源保障，确保冷轧生产安全稳定运行。同时工人操作方便、反应及时，且安全无误，准确可靠。

3)煤气管道防腐蚀能力完善后，降低了土壤对煤气管道的腐蚀能力，解决了电化学腐蚀管道的问题，减少煤气泄漏几率，增加管道的安全系数，延长管道使用寿命，使管道的使用寿命由20 ～30年提高至40 ～60年。

5 结语

安钢1550 mm 冷轧煤气输送系统的完善与优化，解决了煤气管网系统的缺陷和煤气输送的不可控性，使得系统运行性能安全、稳定、可靠，过程操作简单方便，突发状态下能够迅速反应并及时解决，为冷轧工程前期的能源供应提供了保重，对与类似系统的建设提供了技术支持。

［1］顾顺符，潘秉勤．管道安装工程手册．北京:中国建筑工业出版社，1996:336 －338．

［2］胡士信．阴极保护工程手册．北京:化学工业出版社，1999:598－599．