炼钢热焖渣循环水系统故障分析与解决

高 鹏

（天津钢铁集团有限公司，天津300301）

0 引言

天钢综合加工厂精选车间是用于转炉和精炼渣的热焖渣处理。该系统原设计热焖渣介质为工业水，采用自清洗管道过滤器和活性炭滤网分别对焖渣水及焖渣回水进行过滤，以保证水泵的正常使用。后因公司浓盐水无法处理排放，焖渣系统改为浓盐水进行热焖渣作业，以达到消耗浓盐水的目的。但在使用一段时间后焖渣水系统频繁出现系统和设备故障，焖渣效率下降，影响了正常生产。

本文介绍了天钢热焖渣水循环系统设施组成，对使用浓盐水作为热焖介质后出现的系统和设备故障原因进行剖析，并就在现有条件下，如何解决这些故障进行深入探讨，同时对热焖渣系统提出了一系结构、设备及操作工艺的改进措施。

1 热焖渣系统故障分析

天钢热焖渣水循环系统是由平流池泵站和提升泵站组成。平流池泵站由3台BWZG80-60 45 kw水泵（排量80 m3/h，扬程60 m）为地下焖渣池供水，根据处理渣量的大小决定是开一备二或开二备一，系统供水主管道管径为DN200 mm，供水支管管径为DN100 mm；提升泵站设有4台BWZG110-25 22 kw水泵（排量110 m3/h，扬程25 m），分别将经地下通廊返回提升泵站1号、2号沉淀池内的焖渣余水排至平流池泵站。

该系统使用浓盐水进行热焖渣作业后，经过一段生产运行，发现自循环供水系统流量在逐渐下降，经常会出现供、回流量不稳的现象，易引起生产和设备事故。

1.1 平流池水位下降过快

平流池泵站供水能力下降，平流池水位下降过快。以2个焖渣池扣盖焖渣、1个焖渣池分层打水为例，需要水流量约为130 m3/h，平流池泵站启2台水泵理论流量为160 m3/h，完全可以满足生产需求，但现场实际生产过程中，平流池泵站启2台水泵的流量只能满足2个池子扣盖焖渣或者1个池子扣盖焖渣、1个池子分层打水作业。

1.2 焖渣池两侧水沟回水不均衡

提升泵站1号、2号沉淀池焖渣返回水量不均衡。1号沉淀池启2台水泵，水仍然抽不及，当焖渣返回水量过大时，会造成1沉淀池溢水，淹没设备；2号水池启1台水泵，极短时间水就抽干，无法正常向平流池供水。因此造成整个提升泵站向平流池供水能力减小。

1.3 水泵电机过热

两个泵站的水泵震动大、电机过热，水泵、电机使用寿命短。

2 故障原因分析及解决方案

通过对上述系统及设备故障现象的分析，发现主要原因是焖渣系统水管路及泵体结垢堵塞、焖渣池两侧排水沟回水不平衡、水泵汽蚀造成的震动过大和设备损坏。

2.1 水管路及泵体堵塞

2.1.1 原因分析

平流池泵站原设计在供水管路中安装自清洗管道过滤器，对焖渣水进行过滤；在平流池中安装活性炭滤网，用于过滤焖渣回水。

自使用浓盐水焖渣作业后，由于浓盐水中含有大量重金属离子及酸、碱根，这些物质与钢渣中的其它杂质（游离氧化钙）会在水中形成一种白色易粘附的物质，导致过滤器与活性炭滤网频繁堵塞。平流池泵站供水流量变小，无法满足系统供水量需求。活性炭滤网堵塞后，焖渣回水从活性炭滤网上方通过，直接进入水泵及供水管道，这种白色物质会附着在管道内壁、水泵叶轮及腔体上，造成管道通径变小，水泵间隙变小。通过对平流池泵站供水管道拆解发现，内壁结垢层厚度达到3～4 cm。根据管道流量公式Q=π×r2×V（Q：管道流量；r：管内半径；V：流速，取2 m/s）计算可得：

正常DN200管道流量为Q=3.14×0.1×0.1×2×3 600=226.08 m3/h；堵塞后DN200管道流量仅为Q=3.14×0.07×0.07×2×3 600=110.78 m3/h，流量明显减小。

2.1 .2解决方案

（1）取消平流池泵站自清洗管道过滤器，增加回水流程，使回水中杂质尽可能多的沉淀。平流池原为两个独立水池一用一备，两水池西侧有可溢流隔墙，东侧互通。针对现有工况，除正常的周期性管道清理外，在满足生产用水需求的前提下，从降低平流池流速、提高沉淀能力入手，对平流池进行改造。将北侧水池活性炭滤网处下盲板堵死，两水池隔墙最西侧开阻尼孔将两水池联通。精选车间焖渣水每小时最大需求量约为160 m3/h，根据管道流量公式Q=π×r2×V（V流速，取1 m/s）计算，阻尼孔直径大于250 mm即可。考虑不惊扰平流池底部沉淀物、池壁结垢情况、两侧水池液位平衡及原有闸阀通径（Ф800 mm）等因素，将阻尼孔尺寸定为400 mm×400 mm方孔，标高-2.3 m；再将补充新浓盐水管道和提升泵站回水管道出水口移至北侧水池活性炭滤网处盲板西侧，使焖渣水从平流池北侧中部向西流动，经阻尼孔再由南侧向东流入平流池泵站，降低平流池流速，提高沉淀能力。改造前平流泵站平面布置如图1所示，改造后平流泵站平面布置如图2所示。

图1

图2

（2）对泵体及管路定期拆解清理更换。每个月利用更换备机时间对水泵进行拆解清理，每三个月对在用管线进行清理局部更换。

（3）对于直埋地下无法定期进行清理的提升泵站水出口管道，采用架空方式重新敷设，以达到定期清理的目的。提升泵站在装水泵型号为BWZG110-25（排量110 m3/h，扬程25 m），水泵安装位置标高为-5.0 m，局部架空管道标高为+5.5 m，落差10.5 m，水泵扬程完全可以满足管道架空要求。

通过以上工作，基本解决了由于水质原因造成水泵、管路堵塞系统流量供给不足的问题。

2.2 焖渣池两侧排水沟回水不平衡

2.2.1 原因分析

焖渣池与提升泵站采用通廊形式连接，1～7号池和8～12号池的回水经通廊内两侧排水沟分别流入提升泵站1、2号水池。由于8～12号池回水在流经通廊东侧排水沟流回提升泵站2号池前要经过两个90°直角弯，此处容易沉积渣粉及杂物，导致东侧排水沟不畅，部分回水溢流至西侧排水沟返回1号水池。因此1、2号水池回水量产生明显差异，造成与1、2号水池在装水泵排量不匹配。提升泵站平面布置如图3所示。

图3

（2）通廊中管沟由于经常有钢渣落入，日积月累在通廊中形成阻埝。

2.2.2 解决方案

对通廊内容易沉积杂物的位置要定期检查、及时清理，保证提升泵站水池回水通畅。同时将两处90°直角弯凿成45°角，以利水流畅通、流量均匀。在考虑不惊扰水池底部沉淀物、池壁结垢情况、参考供水流量等因素，在1、2号沉淀池间隔墙最南侧开300 mm×300 mm方孔（标高与水池回水口一致，-7.00 m）将两水池连通，起到平衡水位的作用。

2.3 水泵空吸

2.3.1 原因分析

（1）水泵吸水管道腐蚀破损（尤其是与平流池液面交接位置），水泵动平衡遭到破坏，震动加大管道法兰螺栓松动，造成管道气密性下降。

（2）水泵启动时注水不到位，泵体及吸水管道中空气没排净。

（3）管道上电动或手动阀门没动作或动作不到位。

2.3.2 解决方案

（1）定期更换水泵吸水口管道，并刷漆防腐，紧固水泵及管道法兰螺栓。

（2）将水泵启动方式由自吸式改为注水式，改善水泵启动效果。

（3）将管道上的电动阀门拆除，改为手动阀门，人为加强职工在启泵前对管道上的阀门进行检查，保证阀门动作正常到位。

2.4 泵体及配套电机损坏

2.4.1 原因分析

（1）由于管道上安装的压力表、液位计及流量计极易被超浓盐水中的杂质堵塞、附着、腐蚀，在实际生产中造成反馈数据误差较大或计量失灵，这也是造成水泵吸空和振动增加的主要原因。水泵吸空、振动大易造成电机过热，工作叶轮及泵壳内壁磨损、泵轴弯曲。

（2）超浓盐水中的杂质附着在一、二级叶轮、副叶轮和泵轴表面，形成硬质壳体并逐渐加厚，造成一、二级叶轮、副叶轮和泵轴与泵壳内壁的间隙逐渐变小，电机负载增大，电流及温度上升；同时电机两端轴承润滑油融化外溢，进而造成电机两端轴承损坏。

（3）泵体内部件需要频繁拆解除垢，半个月～1个月/次。泵轴孔与电机轴头的接触部位不可避免的发生磨损变形，导致泵轴安装精度低，泵体运行震动大，容易造成泵体及电机前后端盖断裂。泵体结构如图4所示。

图4

2.4.2 解决方案

（1）受使用水质及备件成本所限，仪表反馈数据误差较大的情况很难解决。但通过观察水泵拆解清理情况，发现只要清理及时，即使一级叶轮产生一定磨损，水泵运行也会相对稳定，只是压力会有所下降。由于生产对水的压力要求不高，因此对水泵一级叶轮进行改造，将一级叶轮与泵壳缝隙从1～2 mm提至5 mm左右，补偿由于堵塞造成间隙量减少对水泵及电机运行的影响，减少水泵拆解频次。考虑到缝隙加大后，启泵时产生的吸力会有所下降，采用将吸水管道防爆电磁阀拆除，加装不锈钢球阀接泵注水的方式启动水泵，弥补吸力下降的问题。

（2）根据改造后的使用周期，严格执行定期对水泵进行拆解清理，保证泵体内部清洁。加强操作检查，特别是对水泵停机时泵轴的运行状态的检查。

（3）保证泵轴安装精度（新泵同心度≤0.1 mm，旧泵同心度≤0.25 mm），达不到精度要求的部件应及时更换。

（4）在没有解决计量仪表适应水质问题之前，制定出点巡检制度，主要加强对液位、压力、水泵运行状态的检查。

3 结语

通过对焖渣系统平流池泵站及提升泵站的一系列改造及操作人员培训后，天钢热焖渣水循环系统在满足生产的情况下，水泵及电机故障率大幅下降，电机维修量从2018年上半年最高峰3台/周，下降至2020年的1台/月，水泵使用寿命达到2年左右。同时也证明了清水泵只要使用维护得当，也能应用到浓盐水焖渣的水系统中，在保证生产正常的同时为公司减少了设备改造费用。