马钢二铁总厂3#高炉热风管道补偿器的问题分析和修复实践

胡 彤,张全一

(马钢股份公司第二炼铁总厂 安徽马鞍山 243000)

2004年马钢3#1000 m3高炉建成投产，采用3座内燃式热风炉，初期风温1150 ℃，后期风温只有1030 ℃，主要原因为：①、格子砖渣化严重，蓄热能力降低；②、燃烧室大墙贯通，拱顶温度上不去；③、燃烧室隔墙坍塌，燃烧器堵塞严重；④、热风出口掉砖，温度高，威胁安全生产等等。2013年，高炉进行了中修，同步实施了热风炉改造的重点项目。本次选用的炉型为卡卢金顶燃式热风炉，这也是卡卢金顶燃式热风炉在马钢的首次应用。主要考虑因素为：①、在现有条件下进行在线改造，选用卡卢金顶燃式热风炉是最为可行的方案；②、卡卢金顶燃式热风炉的工艺已经十分成熟，工业应用效果具有先进性；③、热风炉在较低高度或较小体积的情况下，卡卢金顶燃式热风炉蓄热能力更高，其投资费用也相对快较低。④、内燃式、外燃式热风炉常碰到的大墙砖脱落、拱顶掉砖、燃烧器堵塞等毛病，在卡卢金顶燃式热风炉基本不会出现。⑤、在热风管系设计把热风支管补偿器放置在热风阀外侧(靠近总管测)，可以减少风温波动次数，从而达到延长补偿器寿命的目的。

1 运行中存在的问题

2013年、2014年3#1000 m3高炉在线分次将内燃式热风炉改造成卡卢金顶燃式热风炉并投入使用，实际运行效果符合设定的技术标准，热风风温达到1200 ℃(在不增加热风炉高度的条件下，设计温度为1200 ℃)，运行较为稳定。但随着运行时间的增加以及高炉冶炼强度的提升，于2018年热风管道补偿器出现了开裂问题，在热风管系的11个补偿器中，有5个发生严重变形(见图1)，最严重的一个出现开裂和漏气，开裂处于补偿器波峰处，沿轴向长约100 m(见图2)。

2 补偿器变形损坏的原因分析及修复

随着热风炉换炉送风的交替运行，输送热风的管道存在热胀冷缩的现象，同时由于压力的变化也会出现管路位移的现象。因此，为了消除管道因温差、压力变形所产生的应力影响，根据工况以及设计规范需要，大部分管道都进行了补偿设计，其中，采用波纹补偿器进行管道热补偿的设计比较普遍、经济。但实际应用中也暴露很多问题，因设备使用环境复杂，影响使用寿命的不确定因素很多，波纹补偿器的使用寿命难以预计，在许多热风管系中都存在发红、开裂跑风等制约使用寿命的现象。为了解决已经发生的问题，采取及时有效的处理方案，可以最大限度的降低对生产的影响。

2.1 补偿器变形损坏的原因

①补偿器设计制造原因产生的损坏。补偿器供货商是按照热风炉的设计单位对总管系的补偿方案来进行设计的，补偿器波纹的数量和吸收变形的能力，不同的设计思路设计出来的产品也是不同的，我们认为3#炉补偿器设计的波纹数少了，补偿能力不足，是其中的一个原因。

②3#高炉目前在生产时，热风管道的正常压力在0.33-0.4MPA之间，而卡卢金热风炉的设计单位是按照0.33MPA的参数进行设计的，虽然供货商在制造过程中设置了1.25倍以上安全设计余量，但相对于实际运行指标，设计参数偏低，这就造成了补偿能力不足的问题(见表1)。

表1 原补偿器的设计参数

③热风总管的滑动分为纵向和横向两个方面，纵向安装了滚动支撑，而横向的位移没有考虑，在更换热风阀或支管补偿器时，如果顶开的距离过大，就会对热风总管补偿器造成损害。

④在设计和制作补偿器时，对于承受较高压力的管系，应该选择带有铠装环的补偿器，以增加补偿器防止变形的能力。而3#炉热风总管补偿器没有铠装环也是影响寿命的原因之一。

2.2 通过对损坏原因的综合分析，决定对损坏的补偿器采用抬高的方式进行包覆，同时补偿器包覆完成后,对补偿器进行消除应力的固溶处理。该补偿器采用DN2600自由复式波纹补偿器，增加铠装环，外带六根大拉杆沿圆周方向均布，对轴向和径向产生的热位移进行补偿吸收(见图3)。

图3 补偿器包覆示意图

为了不影响生产，决定分阶段实施临时处理和彻底处理的两个方案。

①第一阶段。在开裂漏气的部位，采取橡皮垫加卡箍的方式进行临时封堵，封堵后用螺栓顶紧。这种临时处理方式的目的是防止裂纹扩大，等待休风时进行焊补处理。

②第二阶段。在高炉休风时，对开裂处进行焊补，焊补完成后，实施包覆作业。包覆的补偿器按照实际位移量1/2进行预拉伸，满足管线的位移量，提高补偿器产品在工作中的使用寿命。

3 结论

通过本次管道补偿器的包覆作业，根治了开裂漏气以及温度高的缺陷。新的补偿器提高了承载参数，增加了铠装环和波数，进一步提高了该处补偿器的可靠性和使用寿命，很好的满足了现场工况和生产运行的需求。