补水稳压装置在高炉本体闭路水系统的实践应用

张建国

（河钢集团唐钢公司，河北唐山 063000）

前言

高炉冷却壁、炉底、风口大套、中套系统冷却水采用软水闭路循环水系统，该冷却系统经使用后水质未受污染，仅水温升高，经冷却器降温后，用水泵加压送往用户循环使用［1］。该闭路系统保有水量少，排污量较少，对流量、压力等运行参数要求较高，不能频繁出现较大波动，因此当给系统补水时，不能有较大的流量、压力波动。

某钢厂3 000 m3高炉本体闭路水系统采用了补水稳压装置，该装置自动运行，根据系统设置自动进行补水。自2020 年投入使用后，设备运行稳定，补水压力均衡，自动化程度高，保障了高炉本体循环水系统的安全运行。

1 高炉本体闭路循环水系统

该系统由2 套主要系统和1 套辅助系统组成。主要系统为主循环水系统和补水稳压系统，辅助系统为空冷器喷淋系统。主循环水系统负责给高炉供应循环水，补水稳压系统负责给主循环水系统补水，辅助系统负责给主循环水系统降温。

1.1 主循环水系统

主要由3 台供水泵、1 台事故柴油机供水泵、2 台管道过滤器、13 台空冷器以及阀门、管道等组成。正常供水状态下，双路循环供水，回水管联通阀和供水管联通阀全开，供水泵开二备一，两段供电分段运行，每路的供水压力0.9～1.0 MPa，回水压力0.4～0.6 MPa，供水温度50～55 ℃，供水总流量5 000～6 000 m³/h。当供水压力低于0.85 MPa，备用泵自动启动，当供水压力低于0.8 MPa，事故柴油机泵自动启动。供水泵出水通过“U”型管路形成双路循环，进入高炉冷却壁、炉底、风口大套、中套等进行冷却，回水仍然是双路回水进入管道过滤器，回水过滤后经双路上空冷器进行降温，降温后仍然经双路回到进水主管道，再通过供水泵组加压实现循环供水。

高炉系统对连续供水的要求非常严格，循环水流量、压力的波动，可能会使连续生产作业失调，而且还会使某些受冷却水保护的设备被烧坏，严重时还会造成重大事故。因此除必须做好连续供水外，还要确保供水的稳定性、均衡性，供水参数不能有大的波动［2］。

1.2 补水稳压系统

主要由高炉膨胀罐、补水软水箱、补水气动阀、补水稳压罐、炉本体稳压补水泵、紧急补水泵以及阀门、管道等组成。当高炉本体循环水出现水损失，膨胀罐液位就会下降，至低液位信号时补水气动阀打开，由稳压罐进行补水，高炉膨胀罐补至高液位时气动阀关闭，停止补水。如果补水时稳压罐水位低于1.5 m，稳压泵自动启动（开一备一）同时给膨胀罐和稳压罐补水，高炉膨胀罐补至高液位时气动阀关闭，稳压罐液位升至3 m 时，稳压泵自动停。如果高炉本体循环水损失较大，补水过程中膨胀罐液位仍在下降，到达超低液位时，则紧急补水泵自动启动（开一备一），膨胀罐补至低液位时紧急补水泵自动停泵［3］。补水稳压系统流程如图1所示。

图1 补水稳压系统流程图

1.3 空冷器喷淋系统

主要由空冷器喷淋供水泵、空冷器、喷淋上塔泵、冷却塔以及阀门、管道等组成。喷淋供水泵为空冷器提供冷媒水，通过热交换为闭路循环水降温。喷淋泵组经喷淋冷水池吸水，对空冷器集管进行喷淋后落入下方集水盘，流回喷淋热水池，喷淋热水池经喷淋上塔泵提升至冷却塔降温，回到冷水池，以此往复循环。处理流程如图2所示。

图2 空冷器喷淋系统流程图

2 补水稳压系统工艺控制过程

高炉本体闭路系统正常运行时供水泵开二备一，供水流量5 600 m3/h，供水压力0.93 MPa，回水压力0.46 MPa。根据水质情况，定期进行排污，系统内水量缺失，高炉本体膨胀罐液位降低。

高炉本体补水稳压系统由1个稳压罐、2台稳压泵（单台泵流量42 m3/h，扬程101 m）及配套气动阀、氮气减压阀和稳压阀等组成。

当高炉本体膨胀罐到达低液位时，泵站稳压系统补水气动阀打开，稳压罐向系统补水，稳压罐液位下降，高炉本体膨胀罐液位上升。高炉本体稳压系统补水气动阀与高炉膨胀罐液位联锁，高炉本体稳压系统稳压罐液位与稳压泵联锁。

（1）当高炉本体膨胀罐液位到达高液位（3.6 m）时，补水气动阀关闭。

（2）当泵站稳压罐液位到达低液位（1.5 m）时，稳压泵启动，向稳压罐补水，到达高液位（3.0 m）时，稳压泵停止。

（3）当高炉本体膨胀罐到达低低液位（3.0 m）时，紧急供水泵启动向系统补水；当高炉本体膨胀罐到达低液位（3.2 m）时，紧急供水泵停止。

泵站稳压罐的工作原理为：利用水的压缩性极小、气体的压缩性较大的性质，起到一个蓄能器的作用。外网氮气作为稳压罐的气源，正常情况下，外网氮气压力在0.8 MPa，需根据回水压力调节减压阀，调节后的氮气压力略高于回水压力约0.05 MPa，保障氮气对回水压力的一个储能作用，当外部氮气压力波动时，减压阀根据设定压力自动调节。当外网氮气压力持续升高，造成回水压力持续升高，这时需开稳压阀进行调节，压力下降时，关稳压阀。

补水稳压装置全自动运行，经过对系统1 年多的运行数据进行分析，摸索出减压阀和稳压阀的设定参数值。具体设定参数见表1。

表1 氮气系统减压阀和稳压阀设定

3 补水过程参数及曲线

在高炉近3 年的实践运行生产中，通过摸索炉本体循环水系统的运行参数、补水周期、补水时长等条件，对补水稳压装置参数进行不断调整优化，通过调整稳压罐的高、低液位联锁启停参数，调节稳压泵出口阀门开度，调整氮气系统减压阀、稳压阀的开关压力参数，进行数据对比分析，结合高炉本体循环水系统运行状况，找出安全、经济、高效的补水参数。尤其是对补水气动阀的气动装置进行了改造，电磁阀前增加调速模块，实现了缓闭功能，不仅解决了关阀过程中产生的巨大水锤作用，还确保了补水时压力的稳定［4］。具体补水过程数据见表2。

表2 补水过程数据

系统在7：00 时未补水，在14：00 时进行补水，具体参数曲线见图3。

图3 系统未补水和补水时的参数曲线

对比系统未补水时和补水时的主管道参数，流量变化范围小于0.36%，压力几乎没有变化，补水时基本对正常运行时的参数无影响，完全满足高炉生产工艺要求。

4 结束语

补水稳压装置在高炉本体闭路水系统中的成功应用，不仅实现了整个系统的高效运行，保证了高炉循环水流量、压力的稳定性，根据液位变化及时对系统进行补水，还解决了补水时产生的水锤问题，提高了运行安全性。该装置自动化程度高，日常运行不需要人工干预，完全按照设定的程序、参数进行自动补水，提高了生产效率。