周良旭，張 航，焦虎生，陳 偉

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司，河北唐山 063000）

1 概述

隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展以及節(jié)能、環(huán)保要求的提高，煤氣柜作為大型存儲裝置，可有效提高煤氣回收利用率、減少環(huán)境污染，具有較高的社會價值和經(jīng)濟(jì)效益，得到廣泛應(yīng)用。30 萬m3POC煤氣柜是一種稀油密封干式煤氣柜，是目前國內(nèi)應(yīng)用容量最大的新型煤氣柜。因其具備密封性能好、儲氣壓力高、吞吐量大、并網(wǎng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［1］，已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣回收存儲的首選。

唐鋼新區(qū)30 萬m3POC 煤氣柜存儲介質(zhì)為高爐煤氣，主要參數(shù)見表1，投運(yùn)3 年一直在線運(yùn)行。2023年2月煤氣柜內(nèi)壁板出現(xiàn)多處明顯凸鼓并伴有內(nèi)壁板焊縫開裂、外壁板立柱漏油以及導(dǎo)輪運(yùn)行異音等問題。當(dāng)煤氣柜活塞運(yùn)行至側(cè)板凸鼓處，活塞油溝泄油量增大，6 個油泵站雙泵全啟勉強(qiáng)滿足補(bǔ)油需求，活塞油溝油位快速下降，存在煤氣擊穿風(fēng)險，嚴(yán)重威脅氣柜運(yùn)行安全。

表1 唐鋼新區(qū)30 萬m3POC煤氣柜主要參數(shù)

2 故障情況及原因分析

POC 干式煤氣柜是由活塞、活塞密封裝置、側(cè)板和底板等部件組成。通過活塞和活塞密封裝置上下移動以適應(yīng)柜內(nèi)煤氣量的變化。外部有多道回廊和鋼梯，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 30萬m3POC煤氣柜示意圖

2.1 氣柜存在的主要故障

2.1.1 氣柜側(cè)板向內(nèi)凸鼓

通過對煤氣柜停柜后檢查發(fā)現(xiàn)，氣柜側(cè)壁存在109處向內(nèi)條狀鼓包，見圖2。

鼓包分別在6#、7#、22#、28#、29#立柱的不同高度上，凸鼓部位，長500～1 700 mm，寬50～80 mm、高出未變形氣柜側(cè)板30～50 mm 不等，總長度約30 m，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。當(dāng)活塞密封裝置的橡膠密封帶運(yùn)行到此處時，因密封膠帶有伸縮性，配重砣利用杠桿原理使其貼緊氣柜內(nèi)壁，可調(diào)節(jié)性較強(qiáng)，可以在凸鼓部位通過，但條狀凸鼓兩側(cè)產(chǎn)生的空隙，使活塞油槽中的密封油大量下泄，同時也會對膠帶產(chǎn)生一定的磨損。當(dāng)泄油量超過油泵全啟狀態(tài)下的補(bǔ)油量時，油位下降，會出現(xiàn)煤氣擊穿事故，造成極為嚴(yán)重的后果。

表2 30 萬m3高爐煤氣柜內(nèi)凸鼓問題的檢查情況

2.1.2 密封帶周長不足

30 萬m3POC 煤氣柜內(nèi)徑為64 600 mm，其周長是202 844 mm。設(shè)計圖中活塞油槽密封裝置的橡膠密封帶周長為202 534 mm，因原設(shè)計問題，比煤氣柜內(nèi)徑周長短了310 mm。POC 煤氣柜密封結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖3 POC煤氣柜密封結(jié)構(gòu)示意圖

另外，煤氣柜已經(jīng)運(yùn)行3年，橡膠密封帶橡膠條已經(jīng)產(chǎn)生一定程度的磨損（測量數(shù)據(jù)見表3），導(dǎo)致膠帶的伸展量無法滿足氣柜內(nèi)壁的密封要求。橡膠帶的磨損使密封帶周長減少約130 mm，疊加設(shè)計減少量，周長最終減少了440 mm。密封帶長度的不足，也一定程度上造成煤氣泄漏。

表3 高爐煤氣柜密封裝置橡膠條現(xiàn)場測量數(shù)據(jù) mm

2.1.3 氣柜側(cè)板向外凸鼓

氣柜活塞油槽中的密封裝置是通過杠桿加重錘對密封橡膠帶使力，使其緊貼側(cè)板，減小密封油通過側(cè)板與密封橡膠帶之間的縫隙往下泄漏量，從而保持活塞油槽的正常工作油位，確保煤氣柜內(nèi)的煤氣不會往活塞上部泄漏［2］。30 萬m3POC 煤氣柜的內(nèi)徑是64 600 mm，用600 mm 的直尺橫向靠在其側(cè)板上進(jìn)行測量，理論拱高應(yīng)是1.4 mm。但現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，立柱兩側(cè)所測得的拱高有多處遠(yuǎn)大于這一數(shù)值，最大之處超過20 mm。當(dāng)密封帶運(yùn)行到這一部位時，受長度和剛性的限制，使橡膠密封帶與側(cè)板之間產(chǎn)生較大月牙型空隙（見圖4），密封油通過此縫隙大量泄漏，導(dǎo)致活塞油槽油位不能保持在安全工作范圍內(nèi)。

圖4 橡膠密封帶與側(cè)板月牙形間隙測量

30 萬m3POC 煤氣柜常用工作區(qū)段的第三、第四、第五層圍廊的上、下側(cè)板分別是第24、25 帶、第32、33 帶和第39、40 帶?；钊芊庀鹉z帶運(yùn)行到此位置時，活塞油槽下泄油量明顯增大，相對應(yīng)的柜容量是13.5 萬m3、18 萬m3、22 萬m3左右。根據(jù)測量統(tǒng)計，第24、25帶立柱兩側(cè)的側(cè)板，測量的拱高大于15 mm的有12處；第32、33帶立柱兩側(cè)的側(cè)板，測量的拱高大于15 mm 的有24 處；第39、40 帶立柱兩側(cè)的側(cè)板，測量的拱高大于15 mm 的有20 處。測量所得的數(shù)據(jù)與活塞到此區(qū)段油槽油量極速下泄現(xiàn)象相吻合。

2.2 原因分析

POC 煤氣柜運(yùn)行時，?400 mm 的活塞導(dǎo)輪的輪面直接壓在立柱H 型鋼內(nèi)側(cè)的2 塊7 mm 厚側(cè)板的對接焊縫上。由于煤氣柜安裝時立柱的垂直度超出設(shè)計允許的范圍，活塞運(yùn)行到立柱向內(nèi)傾斜嚴(yán)重的區(qū)段時，導(dǎo)輪對立柱內(nèi)側(cè)側(cè)板的擠壓力增大。煤氣柜在運(yùn)行中，活塞頻繁上升或下降，活塞上、下導(dǎo)輪對立柱內(nèi)側(cè)側(cè)板反復(fù)擠壓，如同軋輥軋制鋼板，使得該部位側(cè)板板體局部延展，面積增大。而側(cè)板對接焊縫兩側(cè)150 mm處，受到側(cè)板外側(cè)與立柱翼板兩端連接焊縫的限制，側(cè)板增大部分的面積只能向內(nèi)鼓起，逐漸形成條狀凸鼓，這也是造成側(cè)板凸鼓和外部側(cè)板焊縫開裂現(xiàn)象的主要原因。

側(cè)板的凸鼓變形，還會造成側(cè)板中間位置的內(nèi)徑周長有所增加，又會造成密封裝置密封膠帶磨損加劇和局部損壞。由于煤氣柜在運(yùn)行過程中，活塞密封裝置也對側(cè)板反復(fù)刮擦，加上立柱兩側(cè)與側(cè)板連接焊縫的外拉應(yīng)力以及側(cè)板的材質(zhì)（強(qiáng)度）問題等因素也會使側(cè)板往外鼓出。

3 解決措施

3.1 割補(bǔ)修復(fù)法

用氣割工具將立柱內(nèi)側(cè)側(cè)板凸鼓部分縱向割開，根據(jù)凸鼓的程度去除鋼板多余的部分，并清理其中的氧化鐵和雜質(zhì)。用火焰校正和錘擊方法使原先變形的鋼板平整緊貼立柱，用電焊在縫隙中將兩側(cè)鋼板與翼板焊接牢固，凹陷處電焊填平。用磨光機(jī)將不平整處磨平，確保密封橡膠帶不受損傷。通過上述整形、焊接、打磨處理，消除了煤氣柜向內(nèi)鼓包的現(xiàn)象。

3.2 增加密封橡膠帶

在橡膠密封圓周上增加22處密封橡膠帶，總長度為440 mm，每處增加的橡膠帶尺寸數(shù)據(jù)均是根據(jù)現(xiàn)場橡膠帶磨損和側(cè)板變形實際情況確定。增加密封橡膠帶可以有效改善密封效果，使煤氣柜在運(yùn)行時活塞油槽的下泄油量明顯減少。

3.3 外凸鼓處理

由于現(xiàn)場各種條件制約，不能全部處理，僅對一些偏差較大的重點(diǎn)部位進(jìn)行了處理。

3.4 導(dǎo)輪維護(hù)調(diào)整

更換所有64 個導(dǎo)輪的銅質(zhì)軸套，對其中39 只磨損嚴(yán)重的主軸進(jìn)行更換，對所有導(dǎo)輪進(jìn)行檢查，對其中2 只導(dǎo)輪輪面磨損進(jìn)行機(jī)床規(guī)圓，盡可能減小活塞升降過程中導(dǎo)輪對立柱內(nèi)側(cè)板的擠壓力。

氣柜安裝造成的立柱垂直度超出設(shè)計允許范圍的問題已難以修復(fù)處理，但可以通過對導(dǎo)輪及配重調(diào)整，在活塞傾斜度允許的范圍內(nèi)，適當(dāng)增加導(dǎo)輪與立柱間隙，利用彈簧導(dǎo)輪的調(diào)節(jié)作用，減輕立柱對側(cè)板的擠壓。

3.5 傾斜度調(diào)整

根據(jù)活塞各部件的運(yùn)行情況和傾斜數(shù)據(jù)，調(diào)整活塞導(dǎo)輪與煤氣柜立柱與軌板的間隙和垂直度［3］，配合調(diào)整配重塊8 860 塊，使活塞在升降過程中運(yùn)行平穩(wěn)，消除受力不均產(chǎn)生的異響，使傾斜度符合設(shè)計要求。

4 實施效果

通過故障處理，油泵的啟動次數(shù)大幅度降低，油泵的運(yùn)行時間減少，有效避免了煤氣擊穿泄漏的風(fēng)險，油泵運(yùn)行情況對比數(shù)據(jù)見表4。煤氣柜容量13.5 萬m3、18 萬m3、22 萬m3時，活塞油溝油位快速下降的問題得到了解決，減少了密封油的循環(huán)量及密封油飛濺損失。

表4 油泵運(yùn)行情況對比

5 結(jié)束語

煤氣柜是鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟(jì)、安全生產(chǎn)中的重要設(shè)備，也是企業(yè)重大危險源之一。在使用過程中出現(xiàn)的各種故障，需要通過認(rèn)真分析現(xiàn)象、結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)和點(diǎn)檢情況，及時予以處理，才能最大限度地實現(xiàn)安全運(yùn)行，確保企業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定。