專家講堂汽化冷卻技術(shù)

1、加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)常見故障及解決措施加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)常見故障及解決措施 長材部李雙來長材部李雙來 二二、加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)工作原理 三、三、汽化冷卻系統(tǒng)事故實例、原因分析 、解決措施及改進(jìn)后運行效果 一、一、汽化冷卻技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 四、四、汽化系統(tǒng)需要關(guān)注的幾個要點 一、一、汽化冷卻技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 加熱爐汽化冷卻技術(shù)是一項成熟技術(shù)， 并被廣泛應(yīng)用到各種類型軋鋼加熱爐和其 他領(lǐng)域，但是由于很多地方企業(yè)沒有熟練 掌握汽化冷卻技術(shù)的專業(yè)技術(shù)人員，無論 從設(shè)計、施工、運行完全聽從于設(shè)計方和 施工方的意見，這樣就往往將設(shè)計及施工 缺陷的隱患帶到了運行階段。 汽化冷卻技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 一般存在缺陷的加熱爐汽化冷

2、卻系統(tǒng)運行1 3個月、20天甚至更短時間，爐內(nèi)汽化冷卻水管 就會出現(xiàn)開裂漏水現(xiàn)象，被迫停爐檢修，這些企 業(yè)并未認(rèn)識到其嚴(yán)重性，更談不上認(rèn)真查找事故 原因，僅僅將開裂水管焊好或更換局部水管又開 爐生產(chǎn)，運行一段時間又出現(xiàn)重復(fù)事故。只要未 排除隱患，此類事故就會不斷循環(huán)發(fā)生，追其根 源就是設(shè)計缺陷、施工過程中留下的質(zhì)量隱患、 運行不合理所致，這些情況的存在會給許多企業(yè) 帶來越來越大的經(jīng)濟損失和頻繁的停產(chǎn)事故。 二二、加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)工作原理 汽化冷卻系統(tǒng)分為自然循環(huán)和強制循 環(huán)兩種形式。由于推鋼式加熱爐水梁回路 較簡單，各路循環(huán)阻力小且差異不大，多 數(shù)采用自然循環(huán)形式，也有少數(shù)采用強制 循環(huán)。而

3、步進(jìn)式加熱爐水梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ，各路循環(huán)阻力大且差異也較大，必須采 用強制循環(huán)泵進(jìn)行強制循環(huán)才能保證水梁 安全冷卻。 加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)工作原理 水 蒸 汽 給 水 上 升 管 下 降 管 始 沸 點 含 汽 段水 段 爐 底 水 管 加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)工作原理 汽化系統(tǒng)分為自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種方式。 由上圖所示，自然循環(huán)方式，一般用于推鋼式加熱爐，爐 內(nèi)水管為被冷卻體，它與下降管、上升管、汽包組成一個 回路。在回路中，爐內(nèi)水管受熱后其內(nèi)部水逐步汽化，在 爐內(nèi)水管和上升管中充滿汽水混合物，在下降管中則是從 汽包中汽水分離后的水。由于水的重度大于汽水混合物的 重度，因此下降管與上升管間就產(chǎn)生了

4、推動力，形成了自 然循環(huán)。參與循環(huán)的水只有少部分變成蒸汽得到利用或放 散，其余的水回到汽包后再次參與循環(huán)。 由于步進(jìn)式加熱爐汽化回路較復(fù)雜，系統(tǒng)阻力大，必須采 用強制循環(huán)方式，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)只是增加了循環(huán)泵做為循環(huán) 動力。 加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)工作原理 汽化冷卻系統(tǒng)安全運行的重要參數(shù)： 1）循環(huán)流速 各個冷卻回路中水流動速度必須保證大于 1.2m/s。這個速度屬于臨界流速，即小于此流速 ，管壁內(nèi)側(cè)上部形成蒸汽層，影響水對管壁上部 的冷卻，嚴(yán)重時產(chǎn)生局部過熱沸騰，使管壁過熱 ，降低其強度甚至造成開裂事故。強制循環(huán)汽化 系統(tǒng)，視不同情況一般選擇經(jīng)濟安全流速 1.61.8m/s。 加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)工作原

5、理 2）循環(huán)倍率 循環(huán)倍率即系統(tǒng)單位時間內(nèi)的水循環(huán)量 與蒸發(fā)量的比值，循環(huán)倍率=水循環(huán)量/蒸發(fā) 量。自然循環(huán)冷卻此值一般選擇1220， 不得小于12，否則就不能保證水梁冷卻效 果，造成事故。強制循環(huán)冷卻此值一般選 擇3840。 三、三、汽化冷卻系統(tǒng)事故實例、原因分析、解 決措施及改進(jìn)后運行效果 實例一 此例為步進(jìn)式加熱爐強制循環(huán)汽化冷卻系統(tǒng) ，開爐后爐溫達(dá)到300左右時，發(fā)現(xiàn)汽化管道 產(chǎn)生強烈的震動，經(jīng)現(xiàn)場診斷，初步確定是部分 回路流量偏低產(chǎn)生脈動導(dǎo)致的結(jié)果。 具體原因分析有以下方面： 1）循環(huán)泵流量小 在正常供水情況下計算管 內(nèi)額定平均流速1.3 m/s，離臨界流速太近，小于 1.61.8

6、m/s安全流速，再加上各路流量分配及檢 測偏差，有些回路實際流速小于1.2 m/s臨界流速 ，屬于設(shè)計上選定安全系數(shù)偏低問題。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 2）下降管開口流通面積小 檢查汽包下降管 開口發(fā)現(xiàn)與圖紙不符，其流通面積小于下降管斷 面積，加大了流通阻力，進(jìn)一步降低了循環(huán)泵正 常工作流量，屬于現(xiàn)場施工存在嚴(yán)重的原則性質(zhì) 量問題，未把握住關(guān)鍵技術(shù)原則。 兩個致命的因素疊加使部分回路內(nèi)實際流速 小于1.2 m/s的臨界流速，此系統(tǒng)帶有重大隱患運 行，因此熱態(tài)時出現(xiàn)強烈的震動也是必然結(jié)果， 在高溫狀態(tài)下短時間內(nèi)爐內(nèi)水梁就可能發(fā)生開裂 、坍塌的嚴(yán)重后果。 汽化事故實例、原因分析

7、、解決措施、改善效果 提出以下解決措施： 1) 更換循環(huán)泵，加大額定流量，由 300m/h變?yōu)?00m/h，計算管內(nèi)額定平均 流速1.7 m/s，處于安全流速范圍。 2) 如下圖所示，重新調(diào)整汽包內(nèi)下降 管進(jìn)水口，加大斷面，使其流通面積大于 下降管流通面積。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 下 降 管 下 水 口 汽 包 下 降 管 下 水 口 汽 包 改 進(jìn) 前 改進(jìn) 后 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 改進(jìn)后運行效果：改進(jìn)后徹底消除了隱 患，開爐生產(chǎn)平穩(wěn)運行，已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)運 行三年多，效果十分理想。 實例二 某車間配有一座推鋼式汽化冷卻加熱爐 ，從建成投產(chǎn)后間隔13

8、個月就連續(xù)發(fā)生 了三次爐內(nèi)縱水管開裂停產(chǎn)事故。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 前兩次查找了原因，但由于隱患部位十分 隱蔽未能找到真正原因，只是懷疑管子材 質(zhì)問題，當(dāng)出現(xiàn)第三次事故后總結(jié)發(fā)現(xiàn)四 個縱水管其中一個始終未發(fā)生過開裂，此 時排除了材質(zhì)問題，又從其他方面查找另 外原因，最終發(fā)現(xiàn)縱水管內(nèi)部兩段間分隔 堵板焊接不嚴(yán)。具體情況如下圖所示： 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 縱 水 管 縫 隙 隔 板 爐頭 進(jìn) 水 出 水出 水 爐 尾 進(jìn)水 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 具體分析如下：由于爐子較長，將縱水 管沿爐子長度方向分為兩段，分別從爐頭 和爐尾進(jìn)水，

9、隔板左側(cè)為爐頭進(jìn)水，右側(cè) 為爐尾進(jìn)水，然后分別從隔板兩側(cè)出水。 由于隔板與縱水管內(nèi)壁焊接不嚴(yán)，存在較 大縫隙，導(dǎo)致兩路水相互形成阻力，產(chǎn)生 了兩路之間無固定規(guī)律性的交替短時間的 相互阻斷現(xiàn)象，被阻斷的回路水流速驟然 降低。由于高溫作用，在局部管段上部產(chǎn) 生氣阻，貼近氣阻部位的上部管壁溫度驟 然升高，管壁冷卻效果降低。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 當(dāng)壓力升高到一定程度時，暫時被阻斷的回 路又將流動較正常的回路阻斷，它又暫時恢復(fù)正 常流動，此時管壁溫度降低，另一回路又基本停 滯，這樣兩路交替變化。實踐表明發(fā)生氣阻的部 位較為固定，因此氣阻部位的管壁就會受到間斷 的交變熱應(yīng)力，在長時

10、間的交變熱應(yīng)力作用下將 管壁由里到外逐漸形成疲勞斷裂，發(fā)生漏水事故 ，此情況屬于隱蔽施工嚴(yán)重質(zhì)量問題。此類情況 施工中要高度關(guān)注，隔板焊接后甲方必須主動驗 收確認(rèn)。 解決措施：將隔板焊接牢固嚴(yán)密。目前已經(jīng) 運行四年多，再無此類事故發(fā)生。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 實例三 某軋鋼廠配有一座推鋼式加熱爐，汽化冷卻 系統(tǒng)為自然循環(huán)冷卻形式，投產(chǎn)后連續(xù)發(fā)生了兩 次縱水管開裂事故，每次運行時間大約一個月。 現(xiàn)場觀察其裂口部位屬于熱應(yīng)力疲勞斷裂，分析 存在以下問題。 1）爐子較長33m,從爐頭高溫端進(jìn)水，從裝鋼低溫 端出水，進(jìn)入上升管，爐內(nèi)受熱面較長，單路循 環(huán)阻力較大，特別是在低溫狀態(tài)

11、循環(huán)不暢、或停 滯。 2）汽包運行壓力0.40.5MPa，運行壓力偏低。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 3）爐尾兩側(cè)縱水管出爐后水平進(jìn)入上升管，中間兩 根縱水管出爐后下扎290mm后進(jìn)入上升管。對于 流程較長的單回路出水點下扎，其阻力就成為影 響循環(huán)不暢的關(guān)鍵因素。 4）縱水管上升管末端未設(shè)置蒸汽引射裝置，點火烘 爐初期或停爐后期低溫階段易產(chǎn)生氣阻形成脈動 運行。 以上四方面因素的綜合影響，導(dǎo)致縱水管上 管壁某些氣阻部位長期受到熱應(yīng)力的作用，產(chǎn)生 疲勞損壞。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 解決措施： 1）采用其他蒸汽源，在四個縱水管上升 管接近汽包部位增設(shè)蒸汽引射裝

12、置，在烘 爐初期或停爐后期低溫階段打開蒸汽引射 管，增加循環(huán)助動力。 2）將爐尾中間兩根縱水管出水點下扎改為 水平，減小循環(huán)阻力。 3）將汽包運行壓力由0.40.5MPa提高到 0.7MPa，改善循環(huán)效果。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 4）調(diào)整烘爐方法，盡可能在爐尾點火烘爐， 使火焰逐步延伸至爐頭端，達(dá)到水循環(huán)與 爐膛溫度順流升溫。 5）將縱水管由通長一根改為兩段，變?yōu)閮蓚€ 回路，由于改動量太大，暫不實施，待以 上四項措施實施后看效果如何再做決定。 實施效果： 實施后，目前已經(jīng)生產(chǎn)運行四年，汽化系統(tǒng) 運行平穩(wěn)，達(dá)到了預(yù)期改進(jìn)效果。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 以

13、上僅僅列舉了三個實例，其實還有很 多企業(yè)也發(fā)生過類似事故，甚至有些企業(yè) 汽化冷卻系統(tǒng)隱患至今尚未得到根治，仍 處于不間斷停產(chǎn)檢修、生產(chǎn)、再停產(chǎn)檢修 的惡性循環(huán)狀態(tài)。這充分說明，無論是設(shè) 計部門、施工單位還是生產(chǎn)企業(yè)，在汽化 設(shè)計、施工階段，設(shè)計把關(guān)和施工把關(guān)方 面均存在一定的致命漏洞，只要這些漏洞 存在，汽化事故就會在不同的地方、不同 的企業(yè)不斷地發(fā)生。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 追其根源就是設(shè)計缺陷，施工過程中留 下的質(zhì)量隱患、運行不合理等諸多因素所 致，這這些因素的存在會給許多企業(yè)帶來 越來越大的經(jīng)濟損失和頻繁停產(chǎn)事故。 因此吸取以上教訓(xùn)，杜絕類似情況發(fā)生 ，對汽化系統(tǒng)安

14、全運行至關(guān)重要。 汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 因此，要排除這些隱患，需要做以下幾方 面工作。 1）設(shè)計部門要提高個別設(shè)計人員的責(zé)任心 ，講究職業(yè)道德，將每個設(shè)計做到完美， 杜絕設(shè)計中發(fā)生原則性、致命性錯誤。 2）提高鋼鐵企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)素質(zhì) 和責(zé)任心，嚴(yán)格把住設(shè)計關(guān)鍵點和施工關(guān) 鍵點的質(zhì)量。 3）施工企業(yè)要嚴(yán)格按圖紙施工，保證施工 質(zhì)量，決不能私自更改設(shè)計，施工后要請 設(shè)計方、使用方聯(lián)合驗收。 四、汽化系統(tǒng)需要關(guān)注的幾個要點 1、汽化系統(tǒng)水質(zhì)要符合下表中的標(biāo)準(zhǔn)要求 中低壓鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GBl5762001） 項 目 給 水 鍋 水 額定蒸汽壓力, MPa 1.0 1.

15、0 1.6 1.0 1.01.6 1.6 2.5 1.62.5 懸浮物，mg/L 55 5 總硬度，mmol/L1) 0.030.030.03 總堿度，mmol/L2) 無過熱器 6-26 6-24 6-16 有過熱器 14 12 pH(25) 77710-1210-1210-12 溶解氧，mg/L3） 0.10.10.05 汽化系統(tǒng)需要關(guān)注的幾個要點 2、軟化水儲水罐儲水量要按不小于6 小正常用水量考慮，防止軟水系統(tǒng)檢修或 停水情況下能夠維持正常冷卻，系統(tǒng)盡可 能不用應(yīng)急水，其對系統(tǒng)帶來的危害太大 ，但不得以時，為保證汽化系統(tǒng)不癱瘓， 還必須開啟應(yīng)急水。 3、無論是在線上水泵還是循環(huán)泵，一 但出現(xiàn)故障，要立即檢修連續(xù)處理好備用 ，不得拖延；防止倒用的泵在短時間內(nèi)再