高炉煤气放散阀煤气泄漏原因分析及处理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)宝钢股份上海梅山钢铁公司 作者:李华

  为了确保高炉煤气放散阀安全、稳定、环保运行,对其使用状况进行深入分析,找出煤气泄漏的原因,并且提出切实可行的处理对策,避免泄漏现象的发生,消除潜在设备隐患,同时提高企业经济效益,具有同类企业参考的价值。

1、前言

  根据炼铁生产工艺及安全的需要,高炉每次开停炉、检修状态、事故休风状态及正常布料均压时,都需要对含尘煤气进行放散,煤气放散需要通过煤气放散阀来完成。由于煤气尚未经过除尘处理,其灰尘粒径较大而且坚硬,致使放散阀经常被吹损。在对国内多座高炉煤气放散阀跟踪统计,高炉的煤气放散阀平均使用寿命不超过6个月,寿命最短的甚至只有几天时间。因此,寻找各项有效方法分析煤气泄漏的原因,及进行有效地处理,成为高炉设备维护人员的紧迫任务。

2、高炉煤气放散阀结构及工作原理

  由于外开式垂直放散阀门结构设计合理,避免了煤气流的冲刷,可以达到延长其使用寿命的目的,因此在国内大型高炉中使用比较广泛。此种结构的高炉煤气放散阀阀门由阀盖,阀体,摆动桶和连杆等机构组成(见图1),结构比较简单,操作方便灵活。阀盖、阀体和摆动桶为铸钢件,连杆则由优质低碳钢制成。摆动桶内叠加安装若干片蝶簧,通过调节顶端螺母来控制弹簧压缩量,从而达到控制阀门压力的目的。阀盖和阀体的密封面堆焊合金材料及硬质合金层,有利于耐高温及耐磨。阀门密封面采用锥形球面线接触形式,以提高其密封性能及使用寿命。

高炉煤气放散阀

图1 高炉煤气放散阀

1-液压油缸;2-油缸座;3-摆臂装配;4-碟簧;5-摆动筒装配;6-阀盖调整螺母;7-碟簧;8-轴承;9-调节螺栓;10-O形密封圈;11-阀盖装配;12-橡胶密封圈;13-阀座装配;14-阀体

  阀门的正常开启与关闭是靠液压油缸实现的,油缸工作时带动曲柄转动,弹簧仓转动又带动连杆和转臂转动,使阀门开启。由于采用了铰链五连杆机构,从而保证了阀门的运动轨迹。阀门安全放散时油缸并不动作而是由炉内压力升高到大于阀门密封比压时,阀板带动转臂压缩弹簧仓的弹簧,使阀盖微量开启,从而达到放散减压的目的。

3、高炉煤气放散阀煤气泄漏原因分析

  3.1、阀盖和阀座圆周方向接触不同步

  高炉每次开停炉、检修状态、事故休风状态及正常布料均压要开启煤气放散阀时,由于煤气垂直向上放散,一些灰尘颗粒不可避免地落在水平布置的阀座上,致使阀座表面积灰。在关闭放散阀时,阀盖边缘距连杆(图1)中心的半径距离不同,导致的阀盖、阀座圆周方向不能同时接触,距连杆中心距离小的点较早接触,使得阀盖在关闭的过程中存在的不同步,造成阀盖与阀座配合不紧密。较早接触的部位阀盖与阀座之间容易夹住灰尘颗粒,受灰尘颗粒的支撑,造成配合不严,半径距离较小的一面较早吹损,导致高炉煤气放散阀煤气泄漏。同时,接触较迟的一面放散面积减小,夹带灰尘颗粒的煤气流速加快,冲击力变大,过多地受到冲击而吹损,导致高炉煤气放散阀泄漏。

  3.2、高炉工艺部分不合理

  高炉炉顶煤气放散阀的作用是在高炉开停炉、检修状态、事故休风状态及正常布料均压时使用,将炉内压力泄压,为保证高炉放散状态的安全性,每次放散时要将大量的蒸汽充入到高炉中,用大量的蒸汽将炉内的煤气通过煤气放散阀进行放散。此时,由于高炉炉顶煤气放散阀温度较高,在带有大量蒸汽并带有灰尘的煤气通过放散阀时,煤气中的灰尘就会积聚在放散阀阀座的位置,并在较高的温度下灰尘硬化,越积越多越大,造成阀座密封面凸凹不平,致使放散阀关闭过程中,阀盖与阀座之间的配合面出现问题,由于坚硬灰尘的存在,使得密封面不能有效的密封,造成密封不严,造成高炉煤气放散阀泄漏。

  3.3、阀盖密封结构不合理

阀盖正常工作时位置示意图

图2 阀盖正常工作时位置示意图

1-轴承;2-碟簧;3-阀盖调节螺母;4-阀盖装配;5-O型密封圈;6-硬密封;7-橡胶密封;8-阀座

  阀盖设计时采用双重密封,即阀盖与阀座接触面有软密封和硬密封,虽然设计理念比较理想,但是不适合现场实际工作环境。正常密封见图2所示。放散阀的软密封安装在阀座外侧,为硅橡胶密封圈,更换方便,然而,硬密封是在阀盖与阀座接触面上堆焊硬质合金,密封面为球面与锥面接触,阀门关闭时由于对中性差,使得阀盖与阀座内圈的硬密封一边过早的接触,另一边不能有效的接触,这时阀盖处于“张嘴”状态,使得阀盖与阀座不能有效密封,造成泄漏,见图3。

阀盖非正常工作时位置示意图

图3 阀盖非正常工作时位置示意图

1-轴承;2-碟簧;3-阀盖调节螺母;4-阀盖装配;5-O形密封圈;6-硬密封;7-橡胶密封;8-阀座

4、高炉煤气放散阀煤气泄漏处理对策

  4.1、合理准确调整阀盖位置

  从阀盖结构上分析,只要合理准确调整阀盖的位置,保证阀盖在关闭的过程中不发生偏心现象,使得阀盖与阀座能够良好的密封,就能解决此类泄漏。首先,由于放散阀门密封方式对阀盖的对中性要求较高,若出现变形现象则阀盖不能有良好的对中性,造成放散阀泄漏,因此增加三只型号为M20×60的调节螺栓,将螺栓强度增加一个等级。其次,制作安装三个挡块,三个挡块的安装焊接位置基本上和调节螺栓位置一致分布,挡块的侧面与阀盖凸台的距离选择合适,现场距离调整为5mm,避免在阀盖关闭过程中出现阀盖偏心现象发生。

  4.2、合理调整高炉生产工艺

  在高炉每次开停炉、检修状态、事故休风状态及正常布料均压时,需开启放散阀之前,高炉炉内及炉顶需要通蒸汽,用大量的蒸汽将炉内的煤气排放,致使煤气泄漏。为了解决工艺不合理问题,改变置换气体的介质,从安全性、经济性、稳定性方面综合分析,选用氮气为置换蒸汽的气体介质。用氮气将炉内煤气放散,效果相当明显,既使得放散阀等各管道清洁干净,且能解决高炉炉顶煤气放散阀积灰泄漏问题。

  4.3、放散阀密封结构改进

  高炉正常生产时炉内正常压力在0.24MPa左右,外圈的硅橡胶软密封已足以满足现场生产需要,因此,将内圈堆焊硬质合金在车床车20mm,车床车削方向为阀盖密封轴向,将内圈堆焊硬质合金密封车削后如图4所示。改造完成后,阀盖关闭时阀盖的受力部位发生了改变,阀盖的受力部位由原来的两部分即硬密封和软密封,变为现在的软密封部位单一受力。一方面由于硬密封部位往阀盖轴向方向车削了20mm,使得硬质合金密封与阀座没有接触,避免了阀盖在关闭时出现偏心不对中现象的发生。另一方面,阀盖施力部位发生改变后,由于阀盖上所有的压力均施压在硅橡胶密封上,使得硅橡胶密封的压缩量变大,为避免硅橡胶密封的过度变形造成的阀盖的不对中现象发生,在安装硅橡胶密封的底部位置安装10mm纸板,在阀盖施力时,10mm纸板的作用即可将上述问题解决,又使得放散阀密封良好。经过上述的改造,大大提高了阀盖的密封性能,避免了放散阀泄漏。

改造后阀盖示意图

图4 改造后阀盖示意图

1-阀盖装配;2-橡胶密封;3-阀座装配

5、结束语

  高炉煤气放散阀是高炉生产时的关键设备,放散煤气泄漏会给高炉生产造成影响,笔者分析出泄漏的几大原因,并且提出了切实可行的解决方案,确保了高炉煤气放散阀运行安全、环保,增加了经济效益,具有一定的前瞻性,具有在同类企业推广的价值。

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