張 春

（唐鋼國際工程技術(shù)有限公司，河北 唐山 063000）

河鋼唐鋼新區(qū)項(xiàng)目煤氣回收與儲(chǔ)存系統(tǒng)包括1 座30 萬m3稀油密封圓形高爐煤氣柜、2 座15 萬m3橡膠膜密封轉(zhuǎn)爐煤氣柜、1 座5 萬m3稀油密封圓形焦?fàn)t煤氣柜、1 座煤氣加壓站及輔助電氣室、1 座煤氣混合站、1 座煤氣防護(hù)站以及區(qū)域輔助配套設(shè)施（以下簡(jiǎn)稱煤氣綜合管理站）。根據(jù)總體布局及工藝流程，結(jié)合場(chǎng)地的具體情況，在滿足規(guī)劃、安全、消防的情況下，區(qū)域自西向東、自北向南分別布置煤氣防護(hù)站、煤氣混合站、煤氣加壓站、1#15 萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜、2#15 萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜、30 萬m3高爐煤氣柜、5 萬m3焦?fàn)t煤氣柜。防護(hù)站布置在煤氣柜區(qū)域圍墻外。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 高爐煤氣系統(tǒng)

國內(nèi)運(yùn)行的高爐煤氣柜有兩種，一種是稀油密封多邊形煤氣柜，也叫曼型柜，一種是稀油密封圓形煤氣柜。

稀油密封圓形干式高爐煤氣柜在保留曼型柜稀油密封型式及密封油循環(huán)供油系統(tǒng)的同時(shí)，吸收了克隆柜受力更為合理的柜體結(jié)構(gòu)和活塞結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

（1）采用了克隆柜圓筒形結(jié)構(gòu)的柜體，側(cè)板變形遠(yuǎn)小于正多邊形的曼型柜側(cè)板變形；而活塞采用球缺面拱形結(jié)構(gòu)，使活塞傾斜時(shí)具有自動(dòng)復(fù)位功能。上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使稀油密封圓形柜有利于承受更高的儲(chǔ)氣壓力。

（2）密封機(jī)構(gòu)的主要部件采用含有特殊纖維的耐油橡膠密封帶，其密封性能優(yōu)于曼型柜。

（3）密封機(jī)構(gòu)采用杠桿重錘式壓緊式，與曼型柜的彈簧壓緊式相比更能保證密封橡膠在較大范圍內(nèi)適應(yīng)氣柜側(cè)板的變形，進(jìn)一步減少了密封裝置的漏油量。

稀油密封圓形柜具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）稀油密封圓形柜儲(chǔ)氣壓力較高，最高可達(dá)到12.5 kPa。

（2）稀油密封圓形柜易于大型化，目前，建成的新型柜其最大容積已達(dá)45 萬m3。

（3）密封性能優(yōu)良，泄漏量小，油泵站的油泵啟動(dòng)次數(shù)少。

（4）采用含有特殊纖維的耐油耐磨橡膠，使用壽命長達(dá)15 年以上。

（5）新型柜年節(jié)約運(yùn)行操作費(fèi)約30%。

綜上，本工程高爐煤氣柜選用稀油密封圓形煤氣柜。

建設(shè)1 座30 萬m3高爐煤氣柜，儲(chǔ)氣壓力12 kPa，型式為干式圓筒形稀密封氣柜。氣柜設(shè)進(jìn)出口管道1根，管道直徑DN3200，依次設(shè)置DN3200 電動(dòng)蝶閥（帶閥位反饋功能，與柜位聯(lián)鎖）、電動(dòng)敞開式插板閥后進(jìn)煤氣柜。

當(dāng)煤氣柜的活塞超上限需放散多余煤氣時(shí)，多余煤氣經(jīng)電動(dòng)切斷蝶閥、電動(dòng)扇形盲板閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥由DN1200 柜前煤氣安全放散管排出。

1.2 轉(zhuǎn)爐煤氣系統(tǒng)

干式煤氣柜按其結(jié)構(gòu)可分為3 種型式，即橡膠膜密封、干油密封、稀油密封。其中橡膠膜密封型干式煤氣柜，由于是橡膠膜密封，橡膠膜能耐高達(dá)70℃的高溫，氣柜升降速度可達(dá)5 m/min，比較適用于轉(zhuǎn)爐煤氣的回收和儲(chǔ)存，而且中國已建成容積2～15 萬m3的干式煤氣柜上百座，積累了建造和生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，所以本工程的煤氣柜選用橡膠膜密封干式煤氣柜。

干式煤氣柜的優(yōu)點(diǎn)。

（1）吞吐量大：能適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)氣波動(dòng)大的特點(diǎn)。

（2）日常維護(hù)及檢修工作量少：干式氣柜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、附屬設(shè)備少，幾乎無維修工作量，也無需水和蒸汽，柜體約5～7 年刷漆一次。

（3）使用壽命長：干式氣柜因?yàn)椴皇芩慕?，其柜體的使用壽命較長，可達(dá)30 年。

（4）密封性能好：干式氣柜密封性能好、又無水無油（只有少量的冷凝水），對(duì)周圍環(huán)境沒有任何污染，且能適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煤氣含塵量大的特點(diǎn)等。

建設(shè)2 座15 萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜用于回收2×200 t轉(zhuǎn)爐及3×100 t 轉(zhuǎn)爐對(duì)應(yīng)的煤氣。一煉鋼側(cè)主管用于回收2×200 t 轉(zhuǎn)爐對(duì)應(yīng)的煤氣，管徑DN4000；二煉鋼側(cè)主管用于回收3×100 t 轉(zhuǎn)爐對(duì)應(yīng)的煤氣，管徑DN3000。轉(zhuǎn)爐煤氣柜為干式橡膠簾密封型式。入口管徑DN3400，依次設(shè)DN3400 的電動(dòng)金屬硬密封蝶閥、電動(dòng)敞開式插板閥、氣動(dòng)金屬硬密封蝶閥（帶斷氣自動(dòng)保位）。氣柜出口管徑DN2000，出口依次設(shè)置DN2000 電動(dòng)敞開式插板閥和電動(dòng)金屬硬密封蝶閥（帶閥位反饋功能，與柜位聯(lián)鎖）。2 座氣柜出口管道接至煤氣柜出口總管，出口總管管徑DN2400，通往轉(zhuǎn)爐煤氣加壓站。

加壓站內(nèi)建設(shè)轉(zhuǎn)爐煤氣離心式加壓機(jī)（D1100，配置高壓防爆電機(jī)）5 臺(tái)（4 用1 備）；用于全部的轉(zhuǎn)爐煤氣加壓。加壓機(jī)進(jìn)口主管管徑為DN2400，出口總管管徑為DN2400。單臺(tái)加壓機(jī)進(jìn)、出口支管為DN1200，進(jìn)口支管上設(shè)有電動(dòng)蝶閥、電動(dòng)敞開式扇形盲板閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥，出口支管上設(shè)有電動(dòng)蝶閥、電動(dòng)敞開式扇形盲板閥。加壓機(jī)進(jìn)出口總管間設(shè)有回流管，回流管上設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，管徑DN1000。加壓站設(shè)置的大回流管上并列設(shè)兩套電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（1 用1 備）。出口總管設(shè)熱值檢測(cè)裝置。

1.3 焦?fàn)t煤氣系統(tǒng)

建設(shè)1 座5 萬m3焦?fàn)t煤氣柜，氣柜設(shè)進(jìn)出口管道2 根，管道直徑DN1600，由柜區(qū)外的焦?fàn)t煤氣管道紅線接點(diǎn)處引入，依次設(shè)置DN1600 電動(dòng)蝶閥（帶閥位反饋功能，與柜位聯(lián)鎖）、電動(dòng)敞開式插板閥后進(jìn)煤氣柜。當(dāng)煤氣柜的活塞超上限需放散多余煤氣時(shí)，多余煤氣經(jīng)電動(dòng)切斷蝶閥、電動(dòng)扇形盲板閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥由DN500 煤氣安全放散管排出。

站內(nèi)建設(shè)焦?fàn)t煤氣離心式加壓機(jī)（D700，配置防爆電機(jī)）3 臺(tái)（2 用1 備）。用于除供RH 及切割用戶外的其他焦?fàn)t煤氣加壓。焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)進(jìn)口主管管徑為DN1600，出口總管管徑為DN1600。單臺(tái)加壓機(jī)進(jìn)、出口支管為DN1000，進(jìn)口支管上設(shè)有電動(dòng)蝶閥、電動(dòng)敞開式扇形盲板閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥，出口支管上設(shè)有電動(dòng)蝶閥、電動(dòng)敞開式扇形盲板閥。加壓機(jī)進(jìn)出口總管間設(shè)有回流管，回流管上設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，管徑DN800。加壓站設(shè)置的大回流管上并列設(shè)兩套電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（1用1 備）。出口管道設(shè)熱值檢測(cè)裝置。

站內(nèi)建設(shè)RH 用焦?fàn)t煤氣羅茨風(fēng)機(jī)2 臺(tái)，升壓0.19 MPa，單臺(tái)流量35 Nm3/min，兩臺(tái)同時(shí)使用，供2×200 RH 使用。在RH 用焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)后煤氣主管，設(shè)置100 m3焦?fàn)t煤氣儲(chǔ)罐1 座。焦?fàn)t煤氣羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)氣接自加壓站焦?fàn)t煤氣主管，風(fēng)機(jī)出口總管管徑為DN300。單臺(tái)加壓機(jī)進(jìn)口支管為DN250，進(jìn)口支管上設(shè)有電動(dòng)球閥、電動(dòng)盲板閥。單臺(tái)加壓機(jī)出口支管為DN200，出口支管上設(shè)有電動(dòng)球閥、電動(dòng)盲板閥。進(jìn)出口總管間設(shè)有回流管，回流管上設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

站內(nèi)建設(shè)切割用焦?fàn)t煤氣螺桿壓縮機(jī)2 臺(tái)，升壓0.8 MPa，單臺(tái)流量35 Nm3/min，2 臺(tái)同時(shí)使用。在切割用焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)后煤氣主管，設(shè)置100 m3焦?fàn)t煤氣儲(chǔ)罐1 座。焦?fàn)t煤氣壓縮機(jī)進(jìn)氣接自加壓站焦?fàn)t煤氣主管，壓縮機(jī)出口總管管徑為DN300。單臺(tái)加壓機(jī)進(jìn)口支管為DN250，進(jìn)口支管上設(shè)有電動(dòng)球閥、電動(dòng)盲板閥。單臺(tái)加壓機(jī)出口支管為DN150，出口支管上設(shè)有電動(dòng)球閥、電動(dòng)盲板閥。進(jìn)出口總管間設(shè)有回流管，回流管上設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。

1.4 混合煤氣系統(tǒng)

本區(qū)域設(shè)置1 座混合煤氣站供煉鋼系統(tǒng)用戶，混合后熱值1 600 kcal/Nm3，混合煤氣量30 000 Nm3/h。煤氣混合站采用壓力控制流量配比調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在混合站出入口均設(shè)有電動(dòng)蝶閥和電動(dòng)敞開式盲閥作為可靠切斷裝置。在高、焦煤氣管道上分別設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥、流量孔板、溫度及壓力檢測(cè)儀表等，在混合煤氣管道上設(shè)置壓力檢測(cè)儀表等。焦?fàn)t煤氣管道DN500，高爐煤氣管道DN900，混合煤氣管道DN1000。出口混合煤氣總管設(shè)熱值檢測(cè)裝置，混合煤氣的輸出壓力9～9.5 kPa。

1.5 煤氣防護(hù)站

本項(xiàng)目建設(shè)1 座煤氣防護(hù)站，站房總長約36 m，寬12 m，為二層布置。一層設(shè)空氣充填室、氧氣充填室、空氣呼吸器、火災(zāi)控制室、衛(wèi)生間等，二層為煤氣綜合管理站總控制室、信息機(jī)房、儀表器具室、更衣室、會(huì)議室、救護(hù)員值班室、站長室等。防護(hù)站內(nèi)設(shè)有煤氣檢測(cè)報(bào)警儀、空氣呼吸器、氧氣含量?jī)x及空氣呼吸器充填裝置等防護(hù)設(shè)備。對(duì)煤氣發(fā)生、供應(yīng)和使用過程中的安全實(shí)施有效管理，并對(duì)煤氣中毒、著火及泄漏等事故進(jìn)行及時(shí)的處理和救護(hù)。

防護(hù)站布置于氣柜區(qū)域西南側(cè)圍墻外，靠近煤氣綜合站南側(cè)大門，便于維護(hù)管理。在防護(hù)站西側(cè)設(shè)置露天車庫1 座，配套配置1 輛氣防車、1 輛10 m3吸排車、2 輛長臂工程車（6 m、10 m 各1 輛）。

2 主要設(shè)備組成

河鋼唐鋼新區(qū)煤氣柜區(qū)域，如圖1 所示。

圖1 河鋼唐鋼新區(qū)煤氣柜區(qū)域

2.1 30 萬m3 高爐煤氣柜

高爐煤氣柜為乙類可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐，煤氣柜設(shè)進(jìn)出口管道1 根，管道直徑DN3200。外部煤氣進(jìn)入煤氣柜時(shí)活塞上升，煤氣柜向外部輸出煤氣時(shí)活塞下降。

2.2 15 萬m3 轉(zhuǎn)爐煤氣柜

轉(zhuǎn)爐煤氣柜為乙類可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐，煤氣柜設(shè)進(jìn)、出口管道各1 根，進(jìn)口管道直徑DN3400，出口管道直徑DN2000。外部煤氣進(jìn)入煤氣柜時(shí)活塞上升，煤氣柜向外部輸出煤氣時(shí)活塞下降。為保證氣柜柜容的最大利用，2座轉(zhuǎn)爐煤氣柜采用直列運(yùn)行方式，2 座煤氣柜的壓力形成梯級(jí)壓力2.3-2.6-3.0-3.3 kPa，通過煤氣柜進(jìn)、出口氣動(dòng)蝶閥的關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)2 座氣柜的直列運(yùn)行。同時(shí)2 座氣柜具備1 座氣柜檢修時(shí)，單座氣柜獨(dú)立運(yùn)行條件。

2.3 5 萬m3 焦?fàn)t煤氣柜

焦?fàn)t煤氣柜為甲類可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐，煤氣柜的密封油站內(nèi)，電梯機(jī)房?jī)?nèi)為2 區(qū)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境區(qū)域，煤氣柜設(shè)進(jìn)、出口管道各1 根，管道直徑均為DN1600。外部煤氣進(jìn)入煤氣柜時(shí)活塞上升，煤氣柜向外部輸出煤氣時(shí)活塞下降。

3 采用先進(jìn)的技術(shù)

根據(jù)本項(xiàng)目整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程和總圖布局的特點(diǎn)以及生產(chǎn)使用狀況，并考慮安全和節(jié)能降耗的要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以保障煤氣運(yùn)行的順暢及提高供應(yīng)的可靠性。以下對(duì)采用的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行說明。

根據(jù)以往設(shè)計(jì)及用戶使用經(jīng)驗(yàn)，考慮在轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣加壓設(shè)施的大回流管道上并列設(shè)置兩套電動(dòng)調(diào)節(jié)閥以及可靠切斷設(shè)施1 用1 備，以方便調(diào)節(jié)閥故障情況下加壓回流系統(tǒng)的使用。

本項(xiàng)目西北側(cè)為全廠高爐煤氣放散塔所在位置，考慮煤氣站的綜合管理功能，在本單元電氣室內(nèi)考慮預(yù)留高爐煤氣放散塔的控制柜、操作站的設(shè)置位置和控制系統(tǒng)的接入條件。

根據(jù)相關(guān)國家規(guī)范和《河鋼唐鋼新區(qū)項(xiàng)目工程建設(shè)項(xiàng)目燃?xì)庠O(shè)備選型原則和標(biāo)準(zhǔn)》要求，煤氣閥組采用“蝶閥+眼鏡閥”組合形式（加壓機(jī)、煤氣柜等設(shè)備前后有效切斷用），蝶閥與眼鏡閥之間的管道短節(jié)設(shè)有煤氣放散管和煤氣清掃管，蝶閥采用電動(dòng)三偏心金屬硬密封蝶閥。本單元內(nèi)底部離地面的凈空距離大于6 m 的低壓煤氣（實(shí)際工作壓力＜50 kPa）采用敞開式盲板閥。管道實(shí)際工作壓力＜50 kPa，且直徑≥1 000 mm 時(shí)選用電動(dòng)敞開式眼鏡閥；管道實(shí)際工作壓力＜50 kPa，且直徑＜1 000 mm 時(shí)選用電動(dòng)扇形眼鏡閥。

考慮到高爐煤氣柜、焦?fàn)t煤氣柜放散管道電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥檢修要求，在電動(dòng)盲板閥前增設(shè)電動(dòng)切斷蝶閥一套以組成有效切斷供檢修工況使用。

5 萬m3焦?fàn)t煤氣柜的柜前進(jìn)氣量為8.5 萬Nm3/h，柜前放散管設(shè)計(jì)為DN500（按50℃、4 萬Nm3/h 放散量）。

為滿足下游RH 用戶對(duì)于焦?fàn)t煤氣成分品質(zhì)的要求，優(yōu)化設(shè)備選型，規(guī)避螺桿壓縮機(jī)輸出氣體雜質(zhì)含量增加的問題，設(shè)置串級(jí)壓縮羅茨風(fēng)機(jī)2 套，將焦?fàn)t煤氣加壓至0.19 MPa 后，送給煉鋼RH 用戶使用[1]。

焦?fàn)t煤氣遠(yuǎn)端上游側(cè)設(shè)置有回收氣柜和一次加壓風(fēng)機(jī)，而本站的焦?fàn)t煤氣加壓設(shè)施位于整個(gè)煤氣管線的中下游，其功能是中繼加壓，要求一次加壓給本站的供氣接點(diǎn)壓力穩(wěn)定在12 kPa 及以上，本工程混合裝置的焦?fàn)t煤氣氣源直接與壓力相近的高爐煤氣進(jìn)行混合，混合裝置的適配性好，混合煤氣的壓力控制性好，既節(jié)能又經(jīng)濟(jì)。

考慮到高爐煤氣柜、焦?fàn)t煤氣柜參與煤氣系統(tǒng)穩(wěn)壓安全，柜的出入口管道閥門不需經(jīng)常調(diào)節(jié)，所以本工程配置的入口蝶閥具有切斷和調(diào)節(jié)閥位功能，入口切斷蝶閥帶有多點(diǎn)閥位開度指示功能[2]，所以，高爐煤氣柜、焦?fàn)t煤氣柜的入口管線配置電氣切斷蝶閥（帶有多點(diǎn)閥位開度指示功能）+敞開式盲板閥。

在每臺(tái)加壓機(jī)進(jìn)口管道上設(shè)流量調(diào)節(jié)閥是對(duì)單機(jī)負(fù)荷的一種調(diào)節(jié)手段，視用戶耗量的小幅波動(dòng)可以隨動(dòng)調(diào)節(jié)[3]。設(shè)單機(jī)進(jìn)出口連接的小回流管方便單機(jī)調(diào)試和開車控制，設(shè)站區(qū)大回流管道不僅可以調(diào)節(jié)單一加壓機(jī)的最小工作流量，防止機(jī)組發(fā)生喘振，而且可以在進(jìn)站低壓煤氣壓力波動(dòng)較大、進(jìn)氣壓力較高時(shí)穩(wěn)定出站的煤氣總管壓力，保證用戶使用壓力的穩(wěn)定性[4-5]。當(dāng)加壓機(jī)事故停機(jī)時(shí)可以通過大回流管向機(jī)后管道輸送管道充壓所需的低壓煤氣量；在用戶點(diǎn)火、開爐的開工初期，可直接通過大回流管向用戶輸送低壓煤氣。本項(xiàng)目加壓系統(tǒng)已經(jīng)具備了上述所有條件，因此轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣加壓機(jī)電機(jī)配置工頻電機(jī)。

煤氣混氣站采用各大冶金企業(yè)能源系統(tǒng)廣泛使用的雙閥調(diào)節(jié)型式，煤氣混合以流量比作為主調(diào)節(jié)手段，熱值作為微調(diào)手段。即以混合裝置的下游壓力調(diào)整高爐煤氣調(diào)節(jié)閥開度，同時(shí)根據(jù)高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣混合比，相應(yīng)調(diào)節(jié)焦?fàn)t煤氣調(diào)節(jié)閥的開度，混合煤氣熱值檢測(cè)來后反饋修正焦?fàn)t煤氣混合比例。

4 結(jié)束語

煤氣綜合管理站作為全廠煤氣儲(chǔ)存加壓混合的中心單元，是合理利用鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)煤氣資源的重要中間環(huán)節(jié)，是煤氣從生產(chǎn)到使用的重要過渡。煤氣回收與儲(chǔ)存系統(tǒng)投產(chǎn)后運(yùn)行良好，實(shí)現(xiàn)了緩和企業(yè)煤氣供需矛盾，穩(wěn)定管網(wǎng)壓力，安全供應(yīng)煤氣，煤氣零放散等設(shè)計(jì)目標(biāo)。