河钢唐钢新区项目煤气回收与储存系统设计

2022-08-06张春

科技创新与应用 2022年22期

张春

（唐钢国际工程技术有限公司，河北唐山 063000）

河钢唐钢新区项目煤气回收与储存系统包括1 座30 万m3稀油密封圆形高炉煤气柜、2 座15 万m3橡胶膜密封转炉煤气柜、1 座5 万m3稀油密封圆形焦炉煤气柜、1 座煤气加压站及辅助电气室、1 座煤气混合站、1 座煤气防护站以及区域辅助配套设施（以下简称煤气综合管理站）。根据总体布局及工艺流程，结合场地的具体情况，在满足规划、安全、消防的情况下，区域自西向东、自北向南分别布置煤气防护站、煤气混合站、煤气加压站、1#15 万m3转炉煤气柜、2#15 万m3转炉煤气柜、30 万m3高炉煤气柜、5 万m3焦炉煤气柜。防护站布置在煤气柜区域围墙外。

1 系统设计

1.1 高炉煤气系统

国内运行的高炉煤气柜有两种，一种是稀油密封多边形煤气柜，也叫曼型柜，一种是稀油密封圆形煤气柜。

稀油密封圆形干式高炉煤气柜在保留曼型柜稀油密封型式及密封油循环供油系统的同时，吸收了克隆柜受力更为合理的柜体结构和活塞结构。其结构特点如下：

（1）采用了克隆柜圆筒形结构的柜体，侧板变形远小于正多边形的曼型柜侧板变形；而活塞采用球缺面拱形结构，使活塞倾斜时具有自动复位功能。上述结构特点，使稀油密封圆形柜有利于承受更高的储气压力。

（2）密封机构的主要部件采用含有特殊纤维的耐油橡胶密封带，其密封性能优于曼型柜。

（3）密封机构采用杠杆重锤式压紧式，与曼型柜的弹簧压紧式相比更能保证密封橡胶在较大范围内适应气柜侧板的变形，进一步减少了密封装置的漏油量。

稀油密封圆形柜具有如下优点：

（1）稀油密封圆形柜储气压力较高，最高可达到12.5 kPa。

（2）稀油密封圆形柜易于大型化，目前，建成的新型柜其最大容积已达45 万m3。

（3）密封性能优良，泄漏量小，油泵站的油泵启动次数少。

（4）采用含有特殊纤维的耐油耐磨橡胶，使用寿命长达15 年以上。

（5）新型柜年节约运行操作费约30%。

综上，本工程高炉煤气柜选用稀油密封圆形煤气柜。

建设1 座30 万m3高炉煤气柜，储气压力12 kPa，型式为干式圆筒形稀密封气柜。气柜设进出口管道1根，管道直径DN3200，依次设置DN3200 电动蝶阀（带阀位反馈功能，与柜位联锁）、电动敞开式插板阀后进煤气柜。

当煤气柜的活塞超上限需放散多余煤气时，多余煤气经电动切断蝶阀、电动扇形盲板阀和电动调节蝶阀由DN1200 柜前煤气安全放散管排出。

1.2 转炉煤气系统

干式煤气柜按其结构可分为3 种型式，即橡胶膜密封、干油密封、稀油密封。其中橡胶膜密封型干式煤气柜，由于是橡胶膜密封，橡胶膜能耐高达70℃的高温，气柜升降速度可达5 m/min，比较适用于转炉煤气的回收和储存，而且中国已建成容积2～15 万m3的干式煤气柜上百座，积累了建造和生产运行的经验，所以本工程的煤气柜选用橡胶膜密封干式煤气柜。

干式煤气柜的优点。

（1）吞吐量大：能适应转炉煤气产气波动大的特点。

（2）日常维护及检修工作量少：干式气柜结构简单、附属设备少，几乎无维修工作量，也无需水和蒸汽，柜体约5～7 年刷漆一次。

（3）使用寿命长：干式气柜因为不受水的浸泡，其柜体的使用寿命较长，可达30 年。

（4）密封性能好：干式气柜密封性能好、又无水无油（只有少量的冷凝水），对周围环境没有任何污染，且能适应转炉煤气含尘量大的特点等。

建设2 座15 万m3转炉煤气柜用于回收2×200 t转炉及3×100 t 转炉对应的煤气。一炼钢侧主管用于回收2×200 t 转炉对应的煤气，管径DN4000；二炼钢侧主管用于回收3×100 t 转炉对应的煤气，管径DN3000。转炉煤气柜为干式橡胶帘密封型式。入口管径DN3400，依次设DN3400 的电动金属硬密封蝶阀、电动敞开式插板阀、气动金属硬密封蝶阀（带断气自动保位）。气柜出口管径DN2000，出口依次设置DN2000 电动敞开式插板阀和电动金属硬密封蝶阀（带阀位反馈功能，与柜位联锁）。2 座气柜出口管道接至煤气柜出口总管，出口总管管径DN2400，通往转炉煤气加压站。

加压站内建设转炉煤气离心式加压机（D1100，配置高压防爆电机）5 台（4 用1 备）；用于全部的转炉煤气加压。加压机进口主管管径为DN2400，出口总管管径为DN2400。单台加压机进、出口支管为DN1200，进口支管上设有电动蝶阀、电动敞开式扇形盲板阀、电动调节蝶阀，出口支管上设有电动蝶阀、电动敞开式扇形盲板阀。加压机进出口总管间设有回流管，回流管上设有电动调节阀，管径DN1000。加压站设置的大回流管上并列设两套电动调节阀（1 用1 备）。出口总管设热值检测装置。

1.3 焦炉煤气系统

建设1 座5 万m3焦炉煤气柜，气柜设进出口管道2 根，管道直径DN1600，由柜区外的焦炉煤气管道红线接点处引入，依次设置DN1600 电动蝶阀（带阀位反馈功能，与柜位联锁）、电动敞开式插板阀后进煤气柜。当煤气柜的活塞超上限需放散多余煤气时，多余煤气经电动切断蝶阀、电动扇形盲板阀和电动调节蝶阀由DN500 煤气安全放散管排出。

站内建设焦炉煤气离心式加压机（D700，配置防爆电机）3 台（2 用1 备）。用于除供RH 及切割用户外的其他焦炉煤气加压。焦炉煤气加压机进口主管管径为DN1600，出口总管管径为DN1600。单台加压机进、出口支管为DN1000，进口支管上设有电动蝶阀、电动敞开式扇形盲板阀、电动调节蝶阀，出口支管上设有电动蝶阀、电动敞开式扇形盲板阀。加压机进出口总管间设有回流管，回流管上设有电动调节阀，管径DN800。加压站设置的大回流管上并列设两套电动调节阀（1用1 备）。出口管道设热值检测装置。

站内建设RH 用焦炉煤气罗茨风机2 台，升压0.19 MPa，单台流量35 Nm3/min，两台同时使用，供2×200 RH 使用。在RH 用焦炉煤气压缩机后煤气主管，设置100 m3焦炉煤气储罐1 座。焦炉煤气罗茨风机进气接自加压站焦炉煤气主管，风机出口总管管径为DN300。单台加压机进口支管为DN250，进口支管上设有电动球阀、电动盲板阀。单台加压机出口支管为DN200，出口支管上设有电动球阀、电动盲板阀。进出口总管间设有回流管，回流管上设有电动调节阀。

站内建设切割用焦炉煤气螺杆压缩机2 台，升压0.8 MPa，单台流量35 Nm3/min，2 台同时使用。在切割用焦炉煤气压缩机后煤气主管，设置100 m3焦炉煤气储罐1 座。焦炉煤气压缩机进气接自加压站焦炉煤气主管，压缩机出口总管管径为DN300。单台加压机进口支管为DN250，进口支管上设有电动球阀、电动盲板阀。单台加压机出口支管为DN150，出口支管上设有电动球阀、电动盲板阀。进出口总管间设有回流管，回流管上设有电动调节阀。

1.4 混合煤气系统

本区域设置1 座混合煤气站供炼钢系统用户，混合后热值1 600 kcal/Nm3，混合煤气量30 000 Nm3/h。煤气混合站采用压力控制流量配比调节系统。在混合站出入口均设有电动蝶阀和电动敞开式盲阀作为可靠切断装置。在高、焦煤气管道上分别设置电动调节蝶阀、流量孔板、温度及压力检测仪表等，在混合煤气管道上设置压力检测仪表等。焦炉煤气管道DN500，高炉煤气管道DN900，混合煤气管道DN1000。出口混合煤气总管设热值检测装置，混合煤气的输出压力9～9.5 kPa。

1.5 煤气防护站

本项目建设1 座煤气防护站，站房总长约36 m，宽12 m，为二层布置。一层设空气充填室、氧气充填室、空气呼吸器、火灾控制室、卫生间等，二层为煤气综合管理站总控制室、信息机房、仪表器具室、更衣室、会议室、救护员值班室、站长室等。防护站内设有煤气检测报警仪、空气呼吸器、氧气含量仪及空气呼吸器充填装置等防护设备。对煤气发生、供应和使用过程中的安全实施有效管理，并对煤气中毒、着火及泄漏等事故进行及时的处理和救护。

防护站布置于气柜区域西南侧围墙外，靠近煤气综合站南侧大门，便于维护管理。在防护站西侧设置露天车库1 座，配套配置1 辆气防车、1 辆10 m3吸排车、2 辆长臂工程车（6 m、10 m 各1 辆）。

2 主要设备组成

河钢唐钢新区煤气柜区域，如图1 所示。

图1 河钢唐钢新区煤气柜区域

2.1 30 万m3 高炉煤气柜

高炉煤气柜为乙类可燃气体储罐，煤气柜设进出口管道1 根，管道直径DN3200。外部煤气进入煤气柜时活塞上升，煤气柜向外部输出煤气时活塞下降。

2.2 15 万m3 转炉煤气柜

转炉煤气柜为乙类可燃气体储罐，煤气柜设进、出口管道各1 根，进口管道直径DN3400，出口管道直径DN2000。外部煤气进入煤气柜时活塞上升，煤气柜向外部输出煤气时活塞下降。为保证气柜柜容的最大利用，2座转炉煤气柜采用直列运行方式，2 座煤气柜的压力形成梯级压力2.3-2.6-3.0-3.3 kPa，通过煤气柜进、出口气动蝶阀的关闭来实现2 座气柜的直列运行。同时2 座气柜具备1 座气柜检修时，单座气柜独立运行条件。

2.3 5 万m3 焦炉煤气柜

焦炉煤气柜为甲类可燃气体储罐，煤气柜的密封油站内，电梯机房内为2 区爆炸和火灾危险环境区域，煤气柜设进、出口管道各1 根，管道直径均为DN1600。外部煤气进入煤气柜时活塞上升，煤气柜向外部输出煤气时活塞下降。

3 采用先进的技术

根据本项目整个钢铁生产流程和总图布局的特点以及生产使用状况，并考虑安全和节能降耗的要求进行系统设计，以保障煤气运行的顺畅及提高供应的可靠性。以下对采用的先进技术进行说明。

根据以往设计及用户使用经验，考虑在转炉煤气、焦炉煤气加压设施的大回流管道上并列设置两套电动调节阀以及可靠切断设施1 用1 备，以方便调节阀故障情况下加压回流系统的使用。

本项目西北侧为全厂高炉煤气放散塔所在位置，考虑煤气站的综合管理功能，在本单元电气室内考虑预留高炉煤气放散塔的控制柜、操作站的设置位置和控制系统的接入条件。

根据相关国家规范和《河钢唐钢新区项目工程建设项目燃气设备选型原则和标准》要求，煤气阀组采用“蝶阀+眼镜阀”组合形式（加压机、煤气柜等设备前后有效切断用），蝶阀与眼镜阀之间的管道短节设有煤气放散管和煤气清扫管，蝶阀采用电动三偏心金属硬密封蝶阀。本单元内底部离地面的净空距离大于6 m 的低压煤气（实际工作压力＜50 kPa）采用敞开式盲板阀。管道实际工作压力＜50 kPa，且直径≥1 000 mm 时选用电动敞开式眼镜阀；管道实际工作压力＜50 kPa，且直径＜1 000 mm 时选用电动扇形眼镜阀。

考虑到高炉煤气柜、焦炉煤气柜放散管道电动调节蝶阀检修要求，在电动盲板阀前增设电动切断蝶阀一套以组成有效切断供检修工况使用。

5 万m3焦炉煤气柜的柜前进气量为8.5 万Nm3/h，柜前放散管设计为DN500（按50℃、4 万Nm3/h 放散量）。

为满足下游RH 用户对于焦炉煤气成分品质的要求，优化设备选型，规避螺杆压缩机输出气体杂质含量增加的问题，设置串级压缩罗茨风机2 套，将焦炉煤气加压至0.19 MPa 后，送给炼钢RH 用户使用[1]。

焦炉煤气远端上游侧设置有回收气柜和一次加压风机，而本站的焦炉煤气加压设施位于整个煤气管线的中下游，其功能是中继加压，要求一次加压给本站的供气接点压力稳定在12 kPa 及以上，本工程混合装置的焦炉煤气气源直接与压力相近的高炉煤气进行混合，混合装置的适配性好，混合煤气的压力控制性好，既节能又经济。

考虑到高炉煤气柜、焦炉煤气柜参与煤气系统稳压安全，柜的出入口管道阀门不需经常调节，所以本工程配置的入口蝶阀具有切断和调节阀位功能，入口切断蝶阀带有多点阀位开度指示功能[2]，所以，高炉煤气柜、焦炉煤气柜的入口管线配置电气切断蝶阀（带有多点阀位开度指示功能）+敞开式盲板阀。

在每台加压机进口管道上设流量调节阀是对单机负荷的一种调节手段，视用户耗量的小幅波动可以随动调节[3]。设单机进出口连接的小回流管方便单机调试和开车控制，设站区大回流管道不仅可以调节单一加压机的最小工作流量，防止机组发生喘振，而且可以在进站低压煤气压力波动较大、进气压力较高时稳定出站的煤气总管压力，保证用户使用压力的稳定性[4-5]。当加压机事故停机时可以通过大回流管向机后管道输送管道充压所需的低压煤气量；在用户点火、开炉的开工初期，可直接通过大回流管向用户输送低压煤气。本项目加压系统已经具备了上述所有条件，因此转炉煤气和焦炉煤气加压机电机配置工频电机。

煤气混气站采用各大冶金企业能源系统广泛使用的双阀调节型式，煤气混合以流量比作为主调节手段，热值作为微调手段。即以混合装置的下游压力调整高炉煤气调节阀开度，同时根据高炉煤气、焦炉煤气混合比，相应调节焦炉煤气调节阀的开度，混合煤气热值检测来后反馈修正焦炉煤气混合比例。