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卻系統(tǒng)運行13個月、2

2、0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)并未認識到其嚴重性，更談不上認真查找事故原因，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)。而步進式加熱爐水梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，各路循環(huán)阻力大且差

3、異也較大，必須采用強制循環(huán)泵進行強制循環(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

4、環(huán)。 由于步進式加熱爐汽化回路較復雜，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1

5、220，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、解決措施及改進后運行效果 實例一 此例為步進式加熱爐強制循環(huán)汽化冷卻系統(tǒng)，開爐后爐溫達到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 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、

6、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、坍塌的嚴重后果。汽化事故實例、原因分析、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

7、下圖所示，重新調(diào)整汽包內(nèi)下降管進水口，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 前改進 后汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 改進后運行效果：改進后徹底消除了隱患，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，當出現(xiàn)第三次事故后總結(jié)發(fā)現(xiàn)四個縱水

8、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。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 水出 水出 水爐 尾進水汽化事故實例、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水，隔板左側(cè)為爐頭進水，右側(cè)為爐尾進水，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，存在較大縫隙，導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

9、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。 解決措施：將隔板焊接牢固嚴密。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

10、 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?，F(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,從爐頭高溫端進水，從裝鋼低溫端出水，進入上升管，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)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入上升管，中間兩根縱水管出爐后下扎290mm后進入上升管。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

11、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，達到水循環(huán)與爐膛

12、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)，達到了預期改進效果。汽化事故實例、原因分析、解決措施、改善效果 以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

13、、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，杜絕類似情況發(fā)生，對汽化系統(tǒng)安全運行至關(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)和責任心，嚴格把住設(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

14、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)要符合下表中的標準要求中低壓鍋爐給水水質(zhì)標準（GBl5762001） 項 目 給 水 鍋 水 額定蒸汽壓力, MPa 1.01.0 1.6 1.01.01.61.6 2.5 1.62.5懸浮物，mg/L55 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1412pH(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