高爐半凈煤氣調(diào)壓閥組

                            上海申弘閥門有限公司

摘要：主要針對煉鐵高爐半凈煤氣調(diào)壓閥組易受介質(zhì)沖刷損壞的問題進(jìn)行研究，摒棄傳統(tǒng)思路，從氣流入手，通過改變氣體流態(tài)，減弱氣流對閥門的沖刷，從而達(dá)到提高此類閥門使用壽命的目的。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。

　　【關(guān)鍵詞】半凈煤氣  導(dǎo)流柱  改變流態(tài)

　　一、前言

　　在鋼鐵冶煉的過程中，煉鐵高爐內(nèi)會產(chǎn)生大量的高爐煤氣，這些高爐煤氣一部分經(jīng)過多重凈化后成為凈煤氣又重新輸送到高爐系統(tǒng)中再次利用或儲存起來，也有一部分未經(jīng)過*凈化的半凈煤氣直接通入到放散塔中燃燒釋放。為保證高爐正常生產(chǎn)，煉鐵高爐內(nèi)的壓力要保持穩(wěn)定，一般在0.25MPa左右，但在煤氣輸送的尾端，壓力僅為0.02MPa左右，因此在煤氣輸送的過程中，不管是凈煤氣還是半凈煤氣，都需要進(jìn)行減壓處理。調(diào)壓閥組就是設(shè)置在煤氣管道上的調(diào)節(jié)煤氣壓力的閥門，煤氣經(jīng)過調(diào)壓閥組之后，高壓的煤氣變?yōu)榈蛪旱拿簹饨?jīng)煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)被輸送到各處。調(diào)壓閥組作為調(diào)節(jié)煤氣壓力的設(shè)備，既保證了高爐內(nèi)壓力的穩(wěn)定，又為高爐煤氣的輸送提供了基礎(chǔ)。因此，調(diào)壓閥組也是控制高爐爐內(nèi)壓力、保證高爐運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備。

　　由于半凈煤氣中含有大量灰塵，氣流在經(jīng)過半凈煤氣調(diào)壓閥組減壓時，混有灰塵的高速氣流會對半凈煤氣調(diào)壓閥組造成強(qiáng)烈的沖刷。由于這種強(qiáng)烈的沖刷，導(dǎo)致半凈煤氣調(diào)壓閥組的使用壽命都比較短，國內(nèi)產(chǎn)品一般只有三個月左右，國外產(chǎn)品一般在十二個月左右。半凈煤氣調(diào)壓閥組的頻繁損壞嚴(yán)重制約了煉鐵高爐的生產(chǎn)效率，各閥門制造廠商也都在努力提高半凈煤氣調(diào)壓閥組的使用壽命，但效果都不明顯。秦冶重工有限公司在吸收借鑒國內(nèi)外相關(guān)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對實際工況中半凈煤氣調(diào)壓閥組的損壞情況，改變傳統(tǒng)思想，從氣流入手，通過在調(diào)節(jié)蝶閥前面設(shè)置導(dǎo)流柱，改變氣流流態(tài)，實現(xiàn)分級減壓，緩解氣流對調(diào)壓閥組的沖刷與磨損，從而提高半凈煤氣調(diào)壓閥組的使用壽命。

　　二、半凈煤氣調(diào)壓閥組介紹

　　半凈煤氣調(diào)壓閥組主要由調(diào)節(jié)蝶閥、前后封頭、接管、波紋補(bǔ)償器和驅(qū)動裝置等部件組成，如圖1所示。每臺調(diào)壓閥組一般根據(jù)介質(zhì)流量大小配置四個不同口徑的調(diào)節(jié)蝶閥，每個調(diào)節(jié)蝶閥均配套獨(dú)立的驅(qū)動裝置。因此可以單獨(dú)調(diào)節(jié)通過每個調(diào)節(jié)蝶閥的流量，從而實現(xiàn)對整個管路上煤氣流量的粗調(diào)和精調(diào)。經(jīng)過調(diào)壓閥組調(diào)壓后，煤氣的壓力由0.25MPa左右減小到0.02MPa左右，低速氣流變?yōu)楦咚贇饬?，同時消耗掉大部分能量。

　　圖1 調(diào)壓閥組結(jié)構(gòu)

　　1.前封頭 2.接管 3.驅(qū)動裝置 4.后封頭 5.調(diào)節(jié)蝶閥 6.波紋補(bǔ)償器

　　對于半凈煤氣調(diào)壓閥組，其煤氣含塵量一般在10-20g/Nm3，高速的含塵煤氣會對閥門造成強(qiáng)烈的沖刷而導(dǎo)致閥門損壞，如圖2、圖3所示。為避免含塵煤氣對閥門的沖刷損壞，目前，各閥門制造廠家的做法就是在閥門內(nèi)筒壁噴涂耐磨材料來提高閥門的抗沖刷能力。由于噴涂材料和噴涂工藝的限制，通過這種做法來延長閥門使用壽命的效果并不明顯，閥門的使用壽命沒有得到大幅度提高。

　　圖2 現(xiàn)場閥門及管道損壞圖

      圖3 閥門內(nèi)部損壞圖

　　三、新型半凈煤氣調(diào)壓閥組的研制

　　通過分析可以看出，半凈煤氣調(diào)壓閥組的損壞主要是閥門在小角度開啟調(diào)節(jié)煤氣壓力時造成的，高壓的氣流在經(jīng)過閥門時，介質(zhì)的流速增加，含有灰塵的氣流對閥門造成強(qiáng)烈的沖刷導(dǎo)致閥門損壞。目前通用的噴涂做法只適用于含塵量較低的凈煤氣調(diào)壓閥組，半凈煤氣調(diào)壓閥組的損壞主要是由于介質(zhì)內(nèi)含有較多灰塵造成的。因此，要想較好的延長閥門的使用壽命，必須改變傳統(tǒng)的思維方式。我公司對半凈煤氣調(diào)壓閥組的改進(jìn)主要從改變氣體流態(tài)和引入耐磨襯套兩個方面入手。

　　在改變氣體流態(tài)方面，秦冶重工有限公司主要是通過在閥門前面的接管內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流柱。氣流在經(jīng)過導(dǎo)流柱后，流態(tài)發(fā)生改變，消耗了部分能量，流速降低，使其對閥門的沖刷能力減弱，如圖4所示。為保證導(dǎo)流柱不影響閥門的介質(zhì)過流量，導(dǎo)流柱占用的體積要不大于調(diào)節(jié)閥門閥板所占用的體積。為了有效改變介質(zhì)氣流的流態(tài)，導(dǎo)流柱的形狀要根據(jù)接管的大小和流體的壓力、流速等設(shè)計有效的導(dǎo)流柱形狀。當(dāng)氣流進(jìn)入調(diào)壓閥組后，首先要經(jīng)過導(dǎo)流柱，導(dǎo)流柱能有效地降低氣流流速并改變氣流的流態(tài)，很好的避免了氣流對閥門的直接沖刷，且實現(xiàn)了對介質(zhì)的分級減壓，有利于延長閥門的使用壽命。

　　圖4 閥門導(dǎo)流柱示意圖

　　導(dǎo)流柱的截面形狀和安裝位置是導(dǎo)流柱設(shè)計的主要參數(shù)，不同形狀的導(dǎo)流柱對氣流流態(tài)的影響不同，不同的位置決定氣流經(jīng)過導(dǎo)流柱后是否能夠很好的抵消。我公司主要通過三維軟件模擬分析的方法確定導(dǎo)流柱的形狀及安裝位置，通過對閥門施加等同于工況條件的氣流，綜合分析氣流對管壁和閥門的沖刷力后確定導(dǎo)流柱參數(shù)，如圖5所示。

　　圖5 導(dǎo)流柱對氣流影響模擬圖

　　除了安裝導(dǎo)流柱來減弱含塵介質(zhì)對閥門的沖刷外，對于半凈煤氣調(diào)壓閥組，我公司還在調(diào)壓閥組的接管及調(diào)節(jié)蝶閥內(nèi)壁鑲嵌耐磨襯套。耐磨襯套是將耐磨合金分層堆焊在3-5mm厚的鋼板上，形成耐磨板，然后再根據(jù)需要卷制成不同的襯套鑲嵌在接管及調(diào)節(jié)蝶閥內(nèi)，從而提高半凈煤氣調(diào)壓閥組抗沖刷的能力。

　　通過三維模擬及用戶現(xiàn)場使用，增加導(dǎo)流柱和耐磨襯套的半凈煤氣調(diào)壓閥組使用壽命較改進(jìn)前的結(jié)構(gòu)得到了很大的提高，均可以達(dá)到一年半以上，較國外的同類產(chǎn)品性能也有了很大的提高。

　　四、結(jié)語

　　導(dǎo)流柱的引入打破了傳統(tǒng)的思維方式，變適應(yīng)氣流為改變氣流，所起到的效果也非常明顯，很好的解決了冶金行業(yè)存在的半凈煤氣調(diào)壓閥組使用壽命短的瓶頸問題。新型半凈煤氣調(diào)壓閥組的研制，可有效降低煉鐵高爐的休風(fēng)率，提高了高爐的生產(chǎn)效率。新技術(shù)的應(yīng)用使此類閥門的品質(zhì)有了很大的提高，打破了此類閥門主要依靠進(jìn)口的壁壘，為國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)的技術(shù)發(fā)展提供了借鑒，本文相關(guān)的論文有：中國閥門產(chǎn)值遞增