单段式橡胶密封膜煤气柜应用及探讨

苏峰

（山钢股份莱芜分公司能源动力厂，山东济南 271104）

引言

当前，国内钢铁企业煤气储存设备中，高炉煤气、焦炉煤气储存一般用稀油密封柜，如多边形稀油密封柜（MAN）、圆形稀油密封柜（POC 柜）；转炉煤气一般采用威金斯型煤气柜，常见的是两段式橡胶密封膜煤气柜。近年来，单段式橡胶密封膜煤气柜在冶金企业中的应用越来越多，逐渐成为转炉煤气储存设备的发展趋势，甚至成为高炉煤气储存设备的新宠。由于单段式橡胶膜密封煤气柜尚处于尝试和不断完善阶段，在实际生产应用过程中难免会出现新的问题。有必要在梳理单段式橡胶膜密封煤气柜特点的基础上，对技术应用要点进行分析，结合实际情况，采取适当的优化措施，确保气柜安全运行。

1 单段式橡胶模密封柜基本特点

单段式橡胶膜密封柜结构示意图如图1 所示，其具体特点如下。

图1 单段式橡胶模密封柜结构示意图[1]

（1）随着当前环保要求越来越高，稀油密封煤气柜（曼型柜）煤气冷凝水排放的环保问题愈加突出。而单段式橡胶膜密封柜依然属于威金斯柜范畴，采用橡胶膜密封柜内煤气，避免了采用油密封带来的环境污染。

（2）内部只有一个活塞挡架，取消了T 挡板架，运行中减少了活塞挡架与T 挡架的碰撞，消除了活塞构件之间干扰，使活塞运行更加平稳，气柜的日常维护和检修工作量减少，节省了维护费用，减少了检修期间煤气的放散损失[2]。

（3）活塞运行速度更快，运行速度可以达到6 m/min（两段式活塞运行速度一般在3.5 m/min 以下），吞吐量大，能较好的起到稳定管网压力、及时回收煤气等作用。

（4）没有压力的突变，可改善转炉引风机和气柜后煤气加压机的工作状况，节省了运行成本，有利于向后续用户提供稳定的煤气供应[3]。

（5）活塞挡板围栏到活塞底部，一般设有斜梯，空间充足，便于携带空气呼吸器等安全工具进行点检、维护，降低了日常点巡检难度，提高了点检效率和安全性。

（6）整体高度相对较高，初投资有所增加。因活塞架占据了上部空间，导致柜体高度较高，以5 万m3的气柜为例，单段式气柜侧板高度比两段式气柜高7 m 以上。对于容量为5 万m3的煤气柜来说，单段式和两段式橡胶密封膜煤气柜总投资费用基本相当；8 万m3单段式比两段式初投资增加约100 万元，而12 万m3将增加200 余万元。容量越大，单段式相对于两段式的初投资增加也就越多[4]。

（7）橡胶膜长度较长。两段式煤气柜橡胶膜由T挡板和活塞两段（部分）橡胶膜组成，如15 万m3的两段式煤气柜橡胶膜总长度才23.5 m，每段长度小于12 m。而单段式煤气柜只有一段橡胶膜，长度至少20 m 以上，故在柜容相同的情况下，单段式煤气柜橡胶膜长度较长。

2 单段式橡胶模密封柜的国内应用实例

中天钢铁将原10 万m3稀油密封煤气柜改为了7 万m3单段式橡胶模密封柜，改造后气柜设计压力2.8 kPa，介于两段式橡胶密封膜煤气柜一段和二段的压力中间值（2.5～3.0 kPa）,便于和原两段式橡胶密封膜煤气柜并柜运行。运行期间，曾发生过在高柜容时，由于布帘较长造成活塞漂移和倾斜加剧的问题，后经对部分结构优化后，消除了漂移和倾斜隐患。

安徽长江钢铁16.5 万m3橡胶膜密封煤气柜，为当今最大柜容的单段式橡胶模密封柜，用于储存高炉煤气，采用国产橡胶膜，运行压力11 kPa。该气柜在投运初期，出现了布帘上端悬挂处漏气问题，后经调整优化后，运行良好。

梅山钢铁13.5 万m3单段式橡胶膜密封煤气柜，设计压力8 kPa，也用于储存高炉煤气。该气柜建成投运后，运行良好。

3 单段式橡胶模密封柜技术问题探讨

笔者曾参与山钢集团新疆公司喀什项目2座单段式橡胶膜密封煤气柜（一座8 万m3高炉柜，一座5 万m3转炉柜）的建设及投运工作，后到部分钢铁企业学习，个人认为以下4个方面需要关注。

（1）活塞重心或调平装置处理

由于单段式煤气柜活塞挡板较高，且活塞拱在最下面，活塞的浮心就很低，重心与浮心的距离很近，有时活塞的质量重心还高于浮心，从而造成煤气柜活塞重心不稳，加之活塞内筒承受的煤气外压力没有利用煤气来平衡，容易造成活塞失稳，当活塞快速运行时，活塞容易倾斜[5]。

因此，在气柜设计时，要重点予以考虑，同时通过增加活塞倾斜实时监测、合理增加调平装置数量、优化调平装置布置方式等手段进行完善，确保活塞运行的稳定性。

（2）橡胶膜强度和质量

在相同柜容前提下，单段式煤气柜由于只有一段橡胶膜，长度明显大于两段式煤气柜。在实际运行中，若活塞平衡问题处理不当，出现运行不稳定、倾斜等问题时，更容易出现橡胶膜打褶损坏等问题。而且由于长度增加，橡胶膜重量也随之增加，对橡胶膜上部吊点和整体质量等都提出了更高的要求。

因此，在选择单段式煤气柜橡胶膜时，应重点考虑橡胶膜的强度和质量，可考虑采用进口材质的橡胶膜来保证质量，也可以通过提高橡胶膜的设计压力等级来实现提高强度的目的。

（3）机械柜位计等附件优化配置

因单段式煤气柜活塞运行速度大于两段式煤气柜，故对气柜机械柜位计、配重钢丝绳及导轮、柜顶放散、柜壁呼吸孔等附件提出了更高要求。气柜附件的设计，应该根据单段式煤气柜吞吐量大、活塞运行速度快的实际情况进行合理优化，以实现安全和长寿命周期运行的需要。

例如，普通机械柜位计的钢丝绳较细，在高速运动中，摩擦力增大，容易发生断裂，断裂的钢丝绳甚至可能对气柜橡胶膜带来损害。因此，单段式橡胶膜密封煤气柜在选用机械柜位计时要考虑安全性，建议不采用普通机械柜位计，但为了避免激光、超声波柜位计不准问题，可在气柜活塞配重块导轨旁边进行柜容标记，根据配重块位置来确定柜容，定期对激光柜位计或者超声波柜位计进行整定、调整。

（4）气柜底板和侧板选材

无论是两段式还是单段式煤气柜，都存在气柜底板和接触煤气的侧板腐蚀问题[6]，也是困扰气柜长周期安全运行的首要问题。鞍钢曾成功将Q345NS 耐酸钢应用于高炉煤气管道上，效果良好；2018 年，马钢也自主研发了耐酸钢用于高炉煤气管道；2015年，唐钢已经将耐酸钢应用到2个8 万m3转炉煤气柜上[7]。因此，建议用耐酸钢来替代普通钢板，制作煤气柜底板和接触煤气的侧板，可以有效解决煤气腐蚀问题。

4 结束语

虽然单段式橡胶膜密封煤气柜在初期投资上不占优势，但由于其活塞运行速度快、压力平稳、结构简单、便于检修检查、有效避免煤气冷凝水排放的环境污染等显而易见的诸多优点，正受到越来越多钢铁企业的青睐，应用案例正不断增加。

从国内应用情况看，活塞平衡问题、附件问题、腐蚀问题等都可以通过优化设计、适应性改造来消除或改善。而橡胶膜质量问题，是导致单段式煤气气柜问题多发、制约单段式煤气柜向大型化发展的首要问题，需要专业技术人员、国内橡胶膜行业关注和解决。也希望国内专业厂家能够通过技术手段提升橡胶膜力学性能和耐温、耐腐蚀能力，以实现单段式橡胶膜密封煤气柜向大型化、多介质储存（如焦炉煤气等）方向发展，满足钢铁企业不断发展要求，降低钢铁企业在煤气储存方面的各类费用和环保风险。