宽厚板厂MULPIC水处理系统优化改造

王新东

（山东钢铁集团有限公司 济南分公司，山东 济南 250101）

0 引言

山钢股份济南分公司宽厚板厂4300生产线轧后控冷设备是由西门子奥钢联（SVAI）设计供货，使用以来在高附加值钢板的开发生产中发挥着重要的作用，但由国内设计的水处理系统自投用以来逐渐暴露出不适应生产工艺需求等问题，成为制约MULPIC（多功能间隙式冷却系统）生产的瓶颈。其主要表现在两方面：一是吸水井使用容积较小，只能达到设计容积的23%，在超快冷却过程中，经常发生供水泵严重气蚀供不出水，超快冷却因流量压力低，钢板水冷异常；二是调节池提升泵选型不合理，不能适应不同生产节奏的需求，无法实现系统水量的平衡，且经常损坏。为全面提高MULPIC供水保障能力，发挥超快冷装备的优势和能力，促进高附加值产品的研发和生产，深入分析和查找问题根源，坚持投资最小、效果最大的优化改造原则，对超快冷却水系统的供水泵站和调节池提升泵站实施技术攻关和改造，探索和优化水系统动态平衡控制，建立工艺需水、供水和回水的动态平衡［1］。

1 MULPIC水处理系统

MULPIC冷却区域总长度为27m，有A、B、C、D四个冷却区，其中A区同时可为DQ淬火区。超快冷却系统工作状态有非水冷模式、ACC模式、DQ模式及游荡模式。正常冷却状态时水平均流量为7 750m3/h，强水冷峰值能达到13 500m3/h。MULPIC水处理系统主要给MULPIC提供水源并回收、净化钢板冷却用水。MULPIC冷却区域来水都汇集到提升泵站的调节池内，通过沉积，除去大杂质颗粒，调节池的提升泵将经过沉淀的水抽出，经过旋流分离器送往过滤间过滤后再通往冷却水塔冷却，最后汇集到供水泵站冷水池。冷水池内的水一部分经过高位水箱供水泵供到高位水箱，再经高位水箱下过滤器的过滤，直接送往MULPIC使用。在强水冷模式下，一部分水通过DQ供水泵直接给MULPIC的A区供水。MULPIC水处理系统流程如图1所示。

MULPIC水处理系统水量平衡的关键是：①保障高位水箱水位，同时保证高位水箱的供水能力；②冷水池水位必须保证在一定高度，满足DQ模式下大量用水；③调节池提升泵必须能够满足随时将水送到冷水池，同时还需要承担一定的储水能力以调节系统的水量平衡。

图1 MULPIC水处理系统流程图

2 MULPIC水处理系统存在的问题及原因分析

2.1 提升泵电机损坏原因分析

提升泵站调节池设计面积为17×15＝255m2，水池深度10.5m，设计容积为1 530m3，水位变化为3.0 m～5.7m（水池底部为0m），机动容积为688m3。调节池提升泵站安装4台长轴立式泵，流量为3 471m3/h，扬程H＝42m，配套电机630kW/10kV。

提升泵启停由水位控制，水位上升至3.7m，启动第一台泵；上升至4.5m启动第2台泵；上升至5m启动剩余水泵，5.7m水位联锁保护冷却过程结束，MULPIC冷却区域不准热态钢板进入。

生产过程中，非水冷模式、ACC、DQ及游荡模式回水量差别很大，具有极强的不确定性、间段性以及瞬时大流量等特性。调节池面积小，流量变化反馈成水位变化非常迅速，往往在极短的时间水位就涨到启泵液位，水位上涨过快使得一台泵控制不住水位，往往联锁启动3台泵才能平衡水位，若系统水量不平衡，吸水井水位下降，供水泵极易发生进气故障。当提升泵提升能力提示后，由于超快冷却回水的间段性，常常使得流量大减，调节池降低到停泵液位提升泵停止，所以提升泵为满足生产必须频繁启停。

因调节池提升泵配置为10kV、630kW高压电机，工作机制为S1制，要求“冷态允许启动2次，热态只准启动1次”，换算成时间就是必须确保间隔2h才能再次启动。而实际生产节奏非常快，现场对轧后快冷提升泵组启停频次进行了统计，结论为：生产水冷钢板时，平均间隔6min、工作10min～15min；不生产水冷钢板时，平均间隔20min、工作5min。即使4台电机倒换使用，也不能满足电机的使用要求。提升泵电机频繁启动，真空断路器动作频繁，出现提升泵电机多次内部鼠笼和线圈聚热锡焊点融化烧损，真空断路器冲击附点损坏等现象。

2.2 冷水池供水泵二次启动进气原因分析

冷水池设计面积为60.5×5.4＝326.7m2，水池深6.1m，设计容积为1 992m3，设计水位变化为1.8 m～6.0m，机动容积为1 372m3。泵站布置4台给高位水箱供水的离心泵，流量为2 563m3/h，3工1备；4台DQ离心泵，流量为2 340m3/h，3工1备；3台侧喷离心泵，流量为570m3/h，2工1备。由于受配套的离心泵气蚀余量限制，实际吸水井可用液位为4.7m～6.0m，有效容积为425m3，只有整个水池容积的23%。当超快冷却用水量很大时，一般启动3台供水泵、3台DQ泵以及2台侧喷泵，理论流量可达15 849 m3/h。按系统平均用水量129m3/min计算，若此时提升泵还未达到启泵液位，只需4min，吸水池液位便降至4.7m以下；按系统最大用水量225m3/min计算，若此时提升泵还未达到启泵液位，只需2.3min，吸水池液位便降至4.7m以下。吸水井液位瞬间下降，供水泵组、反喷泵组泵体气蚀供水能力下降，超快冷却水量不足，系统快停。

3 MULPIC水处理系统的改造

调节池配置的提升泵流量偏大，对MULPIC非水冷、ACC、DQ及游荡模式4种工作状态的适应性差。冷水池有效容积小，不适应冷却用水要求是MULPIC系统水量不平衡的关键。为满足水系统平衡，我们进行了如下改造。

3.1 提升泵改造

为节约资金，提升泵站由原先的4套流量为3 471m3/h、配套电机为630kW/10kV的长轴立式泵改造为保留2套流量为3 471m3/h、配套电机为630kW/10kV的长轴立式泵，拆除2套并新增加3套流量为1 200m3/h、配套电机为200kW/1 480r/min/380V的透平同步排吸泵。根据生产工艺，5台泵配合使用实现不停泵要求。不同生产情况下，提升泵启动液位设置见表1，停泵液位根据系统水量平衡情况设置。表1中，流量＜4 600m3为小流量，否则为大流量。1＃，2＃提升泵定期互换；3＃，4＃，5＃提升泵定期互换；当水位超过5.7m时，MULPIC本体设备联锁停机，1＃，2＃至少保证一台处于自动运行状态，高水位时起安全保护作用。

表1 提升泵自动运行启泵液位设置

3.2 冷水池供水泵组增设透平机

针对冷水池有效容积小，供水泵工作过程中容易出现进气不做功的问题，分析可降低供水泵基础，但涉及大量土建施工，工程量大、工期长，最终考虑给供水泵增加透平装置来解决供水泵进气不做功问题。透平机工作原理示意图如图2所示。透平机通过软管与水泵最高点连接，当水泵进气后，空气汇集到水泵最高段，通过与透平机相连接的软管进入透平机内部。透平机音叉检测到空气存在时发出信号，透平机工作将空气排走（抽真空状态），直至水充满水泵并进入透平机，这样就解决了供水泵进气不做功问题，也解决了冷水池水位起伏影响供水泵工作的问题。

图2 透平机工作原理示意图

4 结论

对MULPIC水系统进行了优化改造，保留了2台高压提升泵，节省了成本，同时创新性地引进同步排吸透平新技术，优化施工方案和流程，建立了水量工艺需求、供水和回水三者之间的动态平衡系统。

［1］王有铭，韦光.宽厚板的控制冷却［J］.宝钢技术，1999（6）：18-21.

［2］孙本荣，李曼云.钢材的控制轧制和控制冷却技术手册［M］.北京：冶金工业出版社，1992.

［3］王占学.控制轧制与控制冷却［M］.北京：冶金工业出版社，1988.