热轧CSP生产线一次除鳞系统高压减震设备改进的探索

胡 钢,裴令明,王 程,雷 杰

(马钢股份公司一钢轧总厂 安徽马鞍山 243002)

在当今热轧带钢生产中，高压水除鳞是提高产品表面质量的关键措施之一[1]。是利用通过高压喷嘴的高压水射流对钢坯表面进行极速冷却、打击去除其上下表面的一次氧化铁皮[2]，然后送入精轧机进行轧制，如果系统功能不能正常投用会导致带钢表面出现一次压氧，严重影响带钢的表面质量。马钢股份一钢轧CSP热轧薄板生产线从2003年就已经使用高压水除鳞系统，使用十多年后，该套系统暴露出了一些问题，比如高压蓄能器及其组件易损，引起系统振动和不稳定的问题，并且大大增加了维护成本等。在不影响高压水除鳞效果，降低系统振动和稳定系统压力的前提下,现阐述对设备进行改造的实践过程。

1 除鳞系统介绍

1.1 系统简介

一钢轧热轧CSP生产线一次除鳞系统，引进德国WEPUKO公司的DP212三柱塞高压水泵，最高工作压力为36MPa，流量为750 L/min，除鳞机分别设置了入口和出口区域，入口区域有3台泵投用，出口区域有4台泵投用。由于高压水泵只有三个柱塞缸，柱塞缸数量较少导致高压水流具有水压波动和脉动的情况，会影响除鳞水压的稳定，造成高压钢管剧烈抖动和高压水泵振动变大。因此在每台高压柱塞泵的高压出口设计安装一只12L的囊式高压蓄能器[3]如图2所示，来稳定每台高压水泵出口的水压波动、将水压波动限制在一个较小的范围里，降低整个高压水管道和高压柱塞水泵的振动，延长设备的使用寿命。高压蓄能器由壳体、皮囊、充气阀、油阀、阀块组成。高压柱塞水泵排出的高压水流进入高压囊式蓄能器壳体内，预填充高纯氮气的皮囊受到周期性的挤压和膨胀，使高压水流的波动和脉动减小。

1.2 存在问题

当钢坯离开除鳞机时，高压柱塞泵的压力调节阀打开，高压水流由回水管道泄压，高压管道内的高压水流的压力瞬间变为3bar左右(低压填充水的压力)，由于皮囊预填充了至少150bar的氮气，瞬间膨胀向油阀撞击，导致皮囊容易损坏，油阀受到皮囊的撞击，油阀的阀芯同样也容易损坏。另外，高压水流以每秒15次的高频冲击高压蓄能器，高压蓄能器壳体也因裂纹损坏，平均每年要更换油阀30只，皮囊30只，壳体20只，阀块组件2件。这样就造成巨大的维修费用，每年约142万元左右。

2 关键设备探索及改进

2.1 高压球形减震器的选型和原理

为解决高压蓄能器频繁损坏以及带来的较大备件费用的问题，经调研，可以引进一种球形高压减震器，来替代原有的高压蓄能器，在保证原高压蓄能器功能的基础上，简化了高压蓄能器的内部结构。高压球形减震器内部是空的，没有油阀，皮囊，阀块、充气阀等零部件，公称压力44MPa，容积82 l，壁厚46 mm，材质为15MnMoVN。

图1 高压蓄能器的实物安装图

高压球形减震器的减震原理：三柱塞高压水泵排水的频率约为15 (次/秒)。由于流体本身具有粘性的特性[4]，如图2所示，当第一个柱塞缸输出的高压水流(1)进入高压减震器碰到球形内壁减弱一小部分冲击后反弹回来(2)，与第二个柱塞缸输出的高压水流(3)相遇，又相互吸收一小部分冲击，经过相互吸收冲击的高压水流从出口侧由高压软管进入高压系统管网，如此循环；使处理后的高压水流形成紊流状态，通过高压系统管道，进入除鳞机除鳞。

2.2 高压球形减震器附件的设计、安装方式

如图3所示，2根 DN40PN42MPa的高压胶管(6)一端连接高压球形减震器(1)的上部的入口侧，另一端与设计的DN50-38高压接头体(5)DN50高压法兰接头(4)采用“C”型法兰连接。∅88.9x20-90°-10高压冲压弯头(3)分别与DN50高压法兰接头(4)和DN65-50高压法兰接头(2)采用氩弧焊焊接。

高压柱塞水泵卸荷管线的水锤现象

在高压减震器投入试运行过程中，当高压柱塞水泵卸荷时，卸荷管道发生较大的噪音和振动，即水锤现象。如不尽快解决，会对卸荷管道及附件造成破坏。

水锤产生的原因分析

改造后，高压球形减震器的容积为82 l，是高压囊式蓄能器容积的近7倍。当高压柱塞泵卸荷时，柱塞水泵的排水流量没有改变，但是高压减震器内82 l高压水流的势能较改造前12 l的高压水流要大几倍，这增加的势能必定会对卸荷管道造成冲击，使管道产生共振，形成水锤[5]。

图2 球形减震器减震原理示意图

图 3 高压球形减震器安装示意图

解决水锤问题

适当增大卸荷管线的通径，可以避免增加的卸荷势能对管道的冲击，就能消除水锤的发生[6]。将原来高压柱塞水泵的DN100回水管线更改成DN125,更改后，通流面积较更改前平均增加了1.05倍。

3 效果检查和对比

目前，高压球形减震器在一次除鳞泵站2#3#4#5#高压柱塞水泵应用有3个月，水泵运行平稳，卸荷管道无水锤现象。设备诊断公司工程师到现场，对4#泵的高压水泵出口侧，高压止回阀侧分别做了水压波形的检测。对高压柱塞水泵和减速机关键部位做了速度&加速度的振动及检测。

3.1 水压波形的检测结果

改造后，高压止回阀侧水压波动的幅值比改造前的要小一些，说明高压球形减震器对稳定高压水流的压力波动的效果，比囊式高压蓄能器的要好一些。改造后泵侧的水压脉动情况要比改造前要好一些。

3.2 设备震动检测

2#3#4#5#泵，在高压蓄能器改造前后，分别对电机、减速机、泵体进行线速度及频谱检测， 其中，4#泵改造前后频谱如图4图5所示。

图4 4#泵改造前8H16k速度波形

图5 4#泵改造后8H1600线速度频谱

4 结束语

将囊式高压蓄能减震器改造成高压球形减震器后，经振动速度和振动加速度检测，改造后比改造前各测点的值在水平、垂直、轴向三个方向上的的值有所降低，降幅在2%左右。在改造前后的振动频谱图中，改造后比改造前振幅值也有所减小。改造后，高压球形减震器对稳定高压水流压力波动的效果，比原囊式高压蓄能器的要好一些，泵侧的水压脉动情况也比改造前好一些。所以，高压球形减震器完全可以替代原高压蓄能器。

将高压球形减震器应用于一次除鳞系统，由于高压球形减震器结构简单，没有皮囊、油阀和充气阀，减少了发生故障的环节，所以在后续的应用中，偶尔更换高压软管，该减震器基本上不需要投入维护成本，预计可以使用15年左右。因此，每年可以节约备件费用142万元左右。