1880 m3高炉冲渣循环水系统改造

张志强

（莱钢集团设备检修中心，山东莱芜 271104）

0 前言

2×1880 m3高炉渣处理采用图拉法工艺，该工艺具有以下特点：占地面积小；遇铁不爆炸，可处理含铁40%以上的熔渣；节水、节电；工艺流程短，易于布置；成品渣含水量低、质量好等。工艺流程：高炉液态渣经渣沟流落到快速旋转的粒化轮，被粒化轮叶片击碎，并沿切线方向抛射出去，同时，受到从粒化轮上、下喷头喷出的高压水流冷却和水淬作用而形成水渣，再经脱水器滤水后流到渣皮带，通过皮带外运火车车皮。

循环水系统是整个工艺中的关键环节，从脱水器中被滤出的水，携带≤2 mm的小颗粒的粒化渣，进入沉淀水池，经重力沉淀后，由气力提升机将粒化渣外排渣场，沉淀池中的水通过渣浆泵再用于冷却粒化轮、壳体、水淬熔渣等，并冲洗内、外筛网以保持脱水器的过滤性能。

1 设备现状

循环水系统动力源由冲渣泵房提供，每座高炉泵房各有3套供水泵组，水泵均采用博山渣浆泵，泵组出水口控制阀门结构形式均由水力控制阀和手动浆液阀组成（图1）。水力控制阀主要用来防止管道内的水倒流，以免水泵倒转，造成系统压力卸压或产生“水锤”，此特点优于普通止回阀。手动浆液阀用来切断管道出口，当水泵出现故障时，便于水泵检修。在日常生产过程中，循环水系统所存在的各种缺陷逐渐暴露出来，集中于冲渣泵房内，主要存在4个问题。

（1）水力控制阀关不严，引起渣浆泵倒转。

（2）水力控制阀关不严，造成供水管道系统卸压，为了不影响供水压力，需多台水泵同时工作，严重浪费资源。

（3）循环水与熔渣热交换后，水温迅速升高至80～97℃，导致水力控制阀密封老化快，缩短了使用寿命。

（4）手动浆液阀开关不灵活、关闭不严密，造成泄水现象。

图1 供水泵组

2 原因分析

循环水系统水力控制阀是故障的关键点，控制开合主要依靠阀门进出口水压来自行控制，没有外部驱动装置，为此分析水力控制阀的工作原理。水泵启动后，下控制腔由进口端补水至下控制腔，推动阀芯向上运动，上控制腔的水通过针阀排出至出口，由于针阀NV1的节流作用，阀门缓慢开启。水泵正常运转后，阀门继续打开直到全开，水泵停止后阀板在感应弹簧及水流作用下迅速关闭至90%，出口端高压水通过针阀NV2进入上控制腔，下控制腔的水通过BV流入进口端，最终在上控制腔压力的作用下完全关闭，其中上、下控制腔是靠膜片隔开的（图2）。而进入阀体上、下控制腔的通径是直径为Φ8的控制管路，含渣量高的渣水极易将控制管堵塞，一方面导致控制腔不通而形不成开启或关闭压力，另一方面在阀座上形成厚厚的积渣，造成阀板与阀座配合不严。

水力控制阀关闭不严，渣浆泵倒转，渣浆泵轴头密封由于反复正反转，造成密封处轴径磨损严重，而轴承箱、泵体、壳体却完好无损，由此可见水力控制阀对介质清洁度要求较高，不适于该循环水系统使用环境，为此有必要进行改造。手动浆液阀虽然结构简单，但是结构刚性差，密封面易损坏，使用寿命短，开关不灵活，不能快速切断水流。

图2 水力控制阀工作原理

3 改造方案

根据水力控制阀主要作用，选择相同使用性能阀门替代，并对阀门结构形式、使用寿命、性价比全面分析，可以采用电动闸阀或电动偏心半球球阀进行替代。

3.1 阀门重新选型

3.1.1 Z941H-10C电动闸阀

用电动闸阀代替水力控制阀。将1#冲渣泵房水力控制阀更换为Z941H-10 DN400型电动闸阀；将2#冲渣泵房水力控制阀更换为Z941H-10 DN500型电动闸阀。由于所使用的介质水中带渣严重，常因阀座底部积渣而造成闸板关不严，对此要求生产厂家对闸阀做相应的改进。具体改进操作时，可将阀门底部开一个通孔后再加上一个小的阀门，主要作用是通过开启闸阀底部阀门将积渣及时排出，从而保证闸板能够关闭到位（图3）。

图3 闸板阀改造示意

3.2 电动偏心半球球阀PBQ940H-10C

3.2.1 电动偏心半球球阀门改造（图4）

用电动偏心半球球阀代替水力控制阀。同样考虑到使用介质水中带渣严重，会在阀体下部积渣而造成球体无法转动关不严，要求现场安装时要改变一下角度，同时要求生产厂家把电机、手轮的安装位置进行重新设计和安装；并在阀门底部留出一个通孔，再加上一个小的阀门，目的是通过开启球阀底部阀门将积渣及时排出，从而保证阀门球体能够关闭到位。

图4 电动偏心半球球阀改造示意

3.2.2 安装方法

正常安装位置（球体转轴垂直安装）适用于清水介质，根据现场介质的需要，安装时应沿轴线旋转90°，使其球体转轴呈水平状态，阀球体运行轨线是由上到下，这样阀门在开启状态时，球体旋到上部，冲渣水可畅通无阻的通过；阀门在关闭时，球体自上而下旋转。

3.3 2种阀门优化选择

电动闸阀主要零件材料，阀体、阀盖为WCB；闸板、阀座WCB1Cr18Ni9；不锈钢阀杆；阀杆螺母黄铜；油浸石棉盘根或柔性石墨填料；石棉橡胶板垫片。电动偏心半球球阀主要零件材料，WCB的阀体、阀盖；上下阀杆2Cr13；1Cr18Ni9Ti的球体；合金钢的阀座密封圈；柔性石墨填料；垫片是柔性石墨复合垫。2种阀门尺寸参数见表1。由各表可看出，①电动闸阀重量大，所需安装空间大，管路的承载力能力不足，须制作管托；②电动闸阀电动偏心半球球阀体积小、重量轻，结构形式更为合理。最终选用电动偏心半球球阀。

表1 尺寸参数

4 方案实施

以2#炉冲渣泵房3#泵组为例，将现场水力控制阀由目前的位置拆除，在原位置加等通径，长度1100-540=570 mm的管道，再将DN500的电动偏心半球球阀安装到相应位置。阀门接电及信号的设定由电气、自动化部负责（图5）。1#冲渣泵改造方法同2#，新加管路长度以现场测量为准。

5 改造效果及经济效益

5.1 改造效果

2#冲渣泵房 3#泵 自2016年1月定修改造以来，运行效果非常理想，阀门开关灵活，密封性能可靠，完全消除了泵倒转问题，满足了生产的需要，相对应泵及阀门的使用寿命有了很大的提高。

图5 2#冲渣泵房3#泵组改造示意

5.2 经济效益

5.2.1 节省备件的费用计算

（1）渣浆泵。改造前每台渣浆泵泵轴使用寿命约6个月，改造后，使用寿命提高到18个月，2座冲渣泵房每年可节省泵轴8根。每台泵轴总成价值3.5万元，每年可节省费用28万元。

（2）浆液阀。改造前浆液阀每台使用寿命3个月，改造后，阀始终处于常开状态，开关频率极低，使用寿命提高到24个月，2座冲渣泵房每年可节省浆液阀21个。每台浆液阀价值0.68万元，每年可节省费用14.28万元。

（3）水力控制阀。改造前水力控制阀每台使用寿命3个月，改造后，偏心半球阀阀使用寿命12个月，每台水力控制阀价值2.3万元，每台偏心半球阀价值3.8万元，每年可节省费用26.4万元。

5.2.2 节省用电费用

改造前，需2台甚至是3台泵同时工作才能满足生产需要，改造后，只需1台泵就能达到用水要求，每座冲渣泵阀组每天工作18 h以上，电机功率355 kW，电费按0.55元/kW·h，则每年可节省用电费用256.56万元。

5.2.3 节省清理火渣费用

改造前，2015年每座泵房处理故障平均需放火渣72炉次，改造后，泵房处理故障无需再放火渣，清1炉火渣费用2000元，则每年可节省渣场清理费用28.8万元。各项费用合计每年创经济效益354.04万元。