韶钢8号高炉密闭循环冷却水系统维护实践

2021-11-02陈彦铭潘伟恩

中国金属通报 2021年10期

陈彦铭，潘伟恩，杨君

（广东韶钢炼铁厂，广东韶关 512123）

韶钢8号高炉（3200m3）于2009年10月18日点火开炉，本体冷却壁、炉底水冷管和热风阀配备了一套软水密闭循环冷却水系统。2019年9月开始，8号高炉炉腹和炉腰相邻两段开始出现冷却壁烧坏现象，并沿着烧坏水道向着两边扩散。该套冷却系统生产10年，未出现冷却壁烧坏等问题，在3200m3大高炉生产上发挥了积极的引领作用。

1 软水密闭循环冷却

软化水具有水质好、不结垢、无污染、热交换率高等特点，软化水密闭循环系统具有水温、水压稳定等优点，使用该系统可延长高炉的使用寿命，使一代炉龄>15年[1]。8号高炉本体冷却壁设计了软水密闭循环冷却水系统，水质管控要求如下表1所示。

表1 净环水关键指标控制标准

1.1 配备情况

8号高炉软水密闭循环冷却水系统设置了两系，即软水Ⅰ系统和软水Ⅱ系统。软水Ⅰ系统设循环泵2台，1用1备，冷却范围包括炉底水冷管、热风阀，冷却水量为680m3/h。冷却水经炉底水冷管后，供给热风阀冷却，然后由热风炉区域的脱气罐脱气后直接返回水泵房，经过蒸发式空冷器冷却降温，再经循环水泵加压后循环使用，形成闭式循环。由于冷却用户比较稳定，所以软水Ⅰ系冷却水温基本维持在35℃。软水密闭循环冷却水如下图1所示。

图1 软水密闭循环系统流程图

软水Ⅱ系设循环泵5台，采用3用2备，冷却范围为炉体冷却壁，冷却水量为6300m3/h，水压为0.75MPa，分为两路：第一路（水量为2800m3/h）冷却炉缸冷却壁和炉身铸铁冷却壁，从炉喉水冷壁排出；第二路（水量为3500m3/h）冷却炉腹、炉腰的铜冷却壁。两路软水的排水均回到脱气罐，然后通过同一管道返回水泵房，经过蒸发式空冷器冷却降温，再经循环水泵加压后循环使用，形成闭式循环。软水Ⅰ系统和软水Ⅱ系统各设了1套柴油机泵，用于停电时应急供水。

1.2 蒸发式空冷器

8号炉设置12组蒸发式空冷器，单台冷却水量约550m3/h。软水I系1组，设计冷却能力为5℃；软水II系11组，设计冷却能力为7℃。空冷器为管式结构，材质为304不锈钢。每组空冷器设置独立循环冷却水接水槽，喷淋泵从接水槽吸水，送到管式换热器上方的喷淋洒水装置，然后将水喷洒到管束表面，带走管体内部软水传导到管体表面的热量；每台空冷器设置风机，加速空气流动，强化传热效果。设置1台上塔泵，从净环水池吸水，补充空冷器喷淋水蒸发水分。

由于喷淋水是每组空冷器内部循环使用，当空冷器冷却能力小于软水从炉体带出来的热量时，接水槽的循环冷却水水温就会升高，不断接近内部软水的温度，冷却效果下降。2019年增加了喷淋水池的补充水量，同时每个池子增加了一组溢流管，加快了喷淋水池冷却水的置换速度，喷淋水温由43℃降低到40℃，提高了冷却效果。当喷淋水池水温长时间>43℃，采取外排部分冷却水，更换使用高炉净环水的措施降低冷却水温。

纵横多层的管道设计使得中间部位的冷却管表面清洗难度非常大，304不锈钢管表面结垢导致传热效率下降，冷却效果差。至2018年，单台空冷器的进出水温差只有3℃～4℃，高炉供水温度长期>43℃。2019年采取逐台退出，整体更换冷却管道的方式检修，冷却能力提高到5℃～6℃左右。

空冷器水槽贮水池小、蒸发量大、浓缩倍数高是结垢的根本原因[2]。每年定期清理空冷器水槽的淤泥；根据水槽水质的变化情况，更换、补充新水，浓缩倍数宜控制在<6倍，浊度<10 NTU，提高冷却效果，减少空冷器冷却管的结垢风险。及时更换破损的喷淋头，保证喷淋水均匀，避免成股喷出，保证喷淋效果。日常班组检查注意空冷器百叶窗是否存在破损，脱落和结灰等情况，并及时维护，确保足够的冷却风量和均匀进风，并根据百叶窗的使用寿命，做定期更换计划。

1.3 水质管理

软水密闭循环系统在注水和补充水过程中会带入少量溶解氧、细菌和微量垢质，长期运行会有大量细菌繁殖，腐蚀管壁，影响换热。8号炉循环水管线采用钝化预膜处理，同时设置两套加药装置，定期向系统中加入缓蚀剂、防腐剂等药品。8号炉水质运行整体比较稳定，为延长高炉冷却壁寿命创造了良好的作业环境，主要指标控制如下图2所示。

图2 2020年8号炉软水电导率、浊度趋势

随着炉役的延长和冶炼强度的增加，本体冷却水水温差在逐步增加，维持在8℃以上。为了增加冷却强度，2018年3月份开始，软水Ⅱ系采用4用1备的运行模式，总水量增加到6800m3/h，在一定程度上缓解水温差长期偏高的问题。在暑季或炉墙渣皮稳定性差的阶段，供水供水温度长期保持在43℃～45℃左右，排水温度>50℃。水泵房通常采取大量置换软水的方法降低软水Ⅱ系的水温<42℃。

软水在与冷却壁进行热交换的过程中会产生一定量的气泡。8高炉在炉顶平台设置了2个脱气罐，及时把产生的气泡排出，避免水冷管产生汽阻现象，相当于增加冷却水量，提高冷却强度，同时也可减少水中溶解气对水管的腐蚀，延长冷却壁的寿命。

1.4 冷却管控

高炉足够的冷却强度是保证高炉安全运行的基本条件，尤其是在炉身下部、炉腰、炉腹和炉缸等位置，随着炉役延长，冷却强度需求也会提高。8号炉本体软水密闭循环冷却系统供水设两路，更有利于炉役后期冷却水量的控制。2019年增开一台软水泵提高冷却水量，通过冷却水阀门开度调整，维持炉缸及炉身上部区域冷却水量不变的情况下，增加炉腹、炉腰区域铜冷却壁薄弱环节的冷却水量，供水量由原来3500m3/h增加到4000m3/h，调节更加灵活的，精准。

冷却壁的检漏十分重要。如能及时地查出漏水冷却壁，就能把漏水事故消灭在萌芽中，同时有利于高炉长寿[3]。软水密闭循环冷却系统查漏难度比较大。在少量漏水阶段，需要杜绝软水系统跑冒滴漏现象，通过长期观察脱气罐液位的趋势来判断是否存在漏水。在冷却壁破坏严重，补水次数会明显增加，补水量也大幅提高。这个阶段可以根据风口状态及水迹、氢气含量和铁口炉温变化等判断漏水冷却壁所在区域，然后用排气孔点火法确认漏水点所在串号。2019年开始8号高炉烧坏38根水道，通过系统性监控，及时发现和准确处置，避免因冷却壁漏水引发炉况异常。

预防措施：

8号高炉冷却壁给排水水管采用的是法兰连接，在处理漏水冷却壁过程中，拆分管头花费的时间占75%。2020年开始，炉腹至炉身下部3层冷却壁的法兰硬连接管全部改成快速接头，用不锈钢金属软管连接，大大提高了管头漏水和冷却壁漏水处理的速度，同时也避免了因炉壳上涨造成的管头拉裂、漏水。