張建國

（河鋼集團唐鋼公司，河北唐山 063000）

前言

高爐冷卻壁、爐底、風(fēng)口大套、中套系統(tǒng)冷卻水采用軟水閉路循環(huán)水系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)經(jīng)使用后水質(zhì)未受污染，僅水溫升高，經(jīng)冷卻器降溫后，用水泵加壓送往用戶循環(huán)使用［1］。該閉路系統(tǒng)保有水量少，排污量較少，對流量、壓力等運行參數(shù)要求較高，不能頻繁出現(xiàn)較大波動，因此當(dāng)給系統(tǒng)補水時，不能有較大的流量、壓力波動。

某鋼廠3 000 m3高爐本體閉路水系統(tǒng)采用了補水穩(wěn)壓裝置，該裝置自動運行，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置自動進行補水。自2020 年投入使用后，設(shè)備運行穩(wěn)定，補水壓力均衡，自動化程度高，保障了高爐本體循環(huán)水系統(tǒng)的安全運行。

1 高爐本體閉路循環(huán)水系統(tǒng)

該系統(tǒng)由2 套主要系統(tǒng)和1 套輔助系統(tǒng)組成。主要系統(tǒng)為主循環(huán)水系統(tǒng)和補水穩(wěn)壓系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)為空冷器噴淋系統(tǒng)。主循環(huán)水系統(tǒng)負(fù)責(zé)給高爐供應(yīng)循環(huán)水，補水穩(wěn)壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)給主循環(huán)水系統(tǒng)補水，輔助系統(tǒng)負(fù)責(zé)給主循環(huán)水系統(tǒng)降溫。

1.1 主循環(huán)水系統(tǒng)

主要由3 臺供水泵、1 臺事故柴油機供水泵、2 臺管道過濾器、13 臺空冷器以及閥門、管道等組成。正常供水狀態(tài)下，雙路循環(huán)供水，回水管聯(lián)通閥和供水管聯(lián)通閥全開，供水泵開二備一，兩段供電分段運行，每路的供水壓力0.9～1.0 MPa，回水壓力0.4～0.6 MPa，供水溫度50～55 ℃，供水總流量5 000～6 000 m3/h。當(dāng)供水壓力低于0.85 MPa，備用泵自動啟動，當(dāng)供水壓力低于0.8 MPa，事故柴油機泵自動啟動。供水泵出水通過“U”型管路形成雙路循環(huán)，進入高爐冷卻壁、爐底、風(fēng)口大套、中套等進行冷卻，回水仍然是雙路回水進入管道過濾器，回水過濾后經(jīng)雙路上空冷器進行降溫，降溫后仍然經(jīng)雙路回到進水主管道，再通過供水泵組加壓實現(xiàn)循環(huán)供水。

高爐系統(tǒng)對連續(xù)供水的要求非常嚴(yán)格，循環(huán)水流量、壓力的波動，可能會使連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)失調(diào)，而且還會使某些受冷卻水保護的設(shè)備被燒壞，嚴(yán)重時還會造成重大事故。因此除必須做好連續(xù)供水外，還要確保供水的穩(wěn)定性、均衡性，供水參數(shù)不能有大的波動［2］。

1.2 補水穩(wěn)壓系統(tǒng)

主要由高爐膨脹罐、補水軟水箱、補水氣動閥、補水穩(wěn)壓罐、爐本體穩(wěn)壓補水泵、緊急補水泵以及閥門、管道等組成。當(dāng)高爐本體循環(huán)水出現(xiàn)水損失，膨脹罐液位就會下降，至低液位信號時補水氣動閥打開，由穩(wěn)壓罐進行補水，高爐膨脹罐補至高液位時氣動閥關(guān)閉，停止補水。如果補水時穩(wěn)壓罐水位低于1.5 m，穩(wěn)壓泵自動啟動（開一備一）同時給膨脹罐和穩(wěn)壓罐補水，高爐膨脹罐補至高液位時氣動閥關(guān)閉，穩(wěn)壓罐液位升至3 m 時，穩(wěn)壓泵自動停。如果高爐本體循環(huán)水損失較大，補水過程中膨脹罐液位仍在下降，到達超低液位時，則緊急補水泵自動啟動（開一備一），膨脹罐補至低液位時緊急補水泵自動停泵［3］。補水穩(wěn)壓系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 補水穩(wěn)壓系統(tǒng)流程圖

1.3 空冷器噴淋系統(tǒng)

主要由空冷器噴淋供水泵、空冷器、噴淋上塔泵、冷卻塔以及閥門、管道等組成。噴淋供水泵為空冷器提供冷媒水，通過熱交換為閉路循環(huán)水降溫。噴淋泵組經(jīng)噴淋冷水池吸水，對空冷器集管進行噴淋后落入下方集水盤，流回噴淋熱水池，噴淋熱水池經(jīng)噴淋上塔泵提升至冷卻塔降溫，回到冷水池，以此往復(fù)循環(huán)。處理流程如圖2所示。

圖2 空冷器噴淋系統(tǒng)流程圖

2 補水穩(wěn)壓系統(tǒng)工藝控制過程

高爐本體閉路系統(tǒng)正常運行時供水泵開二備一，供水流量5 600 m3/h，供水壓力0.93 MPa，回水壓力0.46 MPa。根據(jù)水質(zhì)情況，定期進行排污，系統(tǒng)內(nèi)水量缺失，高爐本體膨脹罐液位降低。

高爐本體補水穩(wěn)壓系統(tǒng)由1個穩(wěn)壓罐、2臺穩(wěn)壓泵（單臺泵流量42 m3/h，揚程101 m）及配套氣動閥、氮氣減壓閥和穩(wěn)壓閥等組成。

當(dāng)高爐本體膨脹罐到達低液位時，泵站穩(wěn)壓系統(tǒng)補水氣動閥打開，穩(wěn)壓罐向系統(tǒng)補水，穩(wěn)壓罐液位下降，高爐本體膨脹罐液位上升。高爐本體穩(wěn)壓系統(tǒng)補水氣動閥與高爐膨脹罐液位聯(lián)鎖，高爐本體穩(wěn)壓系統(tǒng)穩(wěn)壓罐液位與穩(wěn)壓泵聯(lián)鎖。

（1）當(dāng)高爐本體膨脹罐液位到達高液位（3.6 m）時，補水氣動閥關(guān)閉。

（2）當(dāng)泵站穩(wěn)壓罐液位到達低液位（1.5 m）時，穩(wěn)壓泵啟動，向穩(wěn)壓罐補水，到達高液位（3.0 m）時，穩(wěn)壓泵停止。

（3）當(dāng)高爐本體膨脹罐到達低低液位（3.0 m）時，緊急供水泵啟動向系統(tǒng)補水；當(dāng)高爐本體膨脹罐到達低液位（3.2 m）時，緊急供水泵停止。

泵站穩(wěn)壓罐的工作原理為：利用水的壓縮性極小、氣體的壓縮性較大的性質(zhì)，起到一個蓄能器的作用。外網(wǎng)氮氣作為穩(wěn)壓罐的氣源，正常情況下，外網(wǎng)氮氣壓力在0.8 MPa，需根據(jù)回水壓力調(diào)節(jié)減壓閥，調(diào)節(jié)后的氮氣壓力略高于回水壓力約0.05 MPa，保障氮氣對回水壓力的一個儲能作用，當(dāng)外部氮氣壓力波動時，減壓閥根據(jù)設(shè)定壓力自動調(diào)節(jié)。當(dāng)外網(wǎng)氮氣壓力持續(xù)升高，造成回水壓力持續(xù)升高，這時需開穩(wěn)壓閥進行調(diào)節(jié)，壓力下降時，關(guān)穩(wěn)壓閥。

補水穩(wěn)壓裝置全自動運行，經(jīng)過對系統(tǒng)1 年多的運行數(shù)據(jù)進行分析，摸索出減壓閥和穩(wěn)壓閥的設(shè)定參數(shù)值。具體設(shè)定參數(shù)見表1。

表1 氮氣系統(tǒng)減壓閥和穩(wěn)壓閥設(shè)定

3 補水過程參數(shù)及曲線

在高爐近3 年的實踐運行生產(chǎn)中，通過摸索爐本體循環(huán)水系統(tǒng)的運行參數(shù)、補水周期、補水時長等條件，對補水穩(wěn)壓裝置參數(shù)進行不斷調(diào)整優(yōu)化，通過調(diào)整穩(wěn)壓罐的高、低液位聯(lián)鎖啟停參數(shù)，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓泵出口閥門開度，調(diào)整氮氣系統(tǒng)減壓閥、穩(wěn)壓閥的開關(guān)壓力參數(shù)，進行數(shù)據(jù)對比分析，結(jié)合高爐本體循環(huán)水系統(tǒng)運行狀況，找出安全、經(jīng)濟、高效的補水參數(shù)。尤其是對補水氣動閥的氣動裝置進行了改造，電磁閥前增加調(diào)速模塊，實現(xiàn)了緩閉功能，不僅解決了關(guān)閥過程中產(chǎn)生的巨大水錘作用，還確保了補水時壓力的穩(wěn)定［4］。具體補水過程數(shù)據(jù)見表2。

表2 補水過程數(shù)據(jù)

系統(tǒng)在7：00 時未補水，在14：00 時進行補水，具體參數(shù)曲線見圖3。

圖3 系統(tǒng)未補水和補水時的參數(shù)曲線

對比系統(tǒng)未補水時和補水時的主管道參數(shù)，流量變化范圍小于0.36%，壓力幾乎沒有變化，補水時基本對正常運行時的參數(shù)無影響，完全滿足高爐生產(chǎn)工藝要求。

4 結(jié)束語

補水穩(wěn)壓裝置在高爐本體閉路水系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，不僅實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的高效運行，保證了高爐循環(huán)水流量、壓力的穩(wěn)定性，根據(jù)液位變化及時對系統(tǒng)進行補水，還解決了補水時產(chǎn)生的水錘問題，提高了運行安全性。該裝置自動化程度高，日常運行不需要人工干預(yù)，完全按照設(shè)定的程序、參數(shù)進行自動補水，提高了生產(chǎn)效率。