某轧钢区域蒸汽泄漏事故分析及改进措施

张仕通,邓万里

某轧钢区域蒸汽泄漏事故分析及改进措施

张仕通1,邓万里2

(宝钢集团湛江钢铁能源环保部,广东湛江524000;2宝山钢铁股份有限公司能源环保部,上海201999)

通过论证分析，指出某轧钢车间蒸汽站一次总阀的法兰垫片老化泄露和冷凝水的冲击，是蒸汽泄露事故的主要原因。通过优化蒸汽管网疏水能力、调整蒸汽站减温减压线运行方式等改进措施，确保了该区域蒸汽系统安全运行。

蒸汽泄露；冷凝水；蒸汽站

1 某轧钢车间区域蒸汽系统简介

某轧钢车间蒸汽站处于全厂低压蒸汽管网末端（见图1），该站设有6套减温减压线，将来自全厂低压蒸汽干管的蒸汽(一次蒸汽：1.1～1.4 MPa/190～210℃)减温减压后(二次蒸汽：0.6 MPa/180℃)供该区域使用。该单位及轧三车间蒸汽用量约30～45 t/h，加上邻近的轧一车间(蒸汽用量30 t/h左右)，使得经一路以东、纬一路以南成为全厂除化工外最大的蒸汽使用区域。

图1 某轧钢车间及附近区域蒸汽管线示意图

2 事故经过和处理过程

2011年某月8日20:00左右，该厂能介车间集控站接煤气站汇报：煤气站附近蒸汽管道出现明显的冲击声音。操作人员观察到蒸汽站监控画面显示蒸汽压力迅速下降，即赴蒸汽站，发现蒸汽站入口蒸汽总阀处蒸汽大量泄漏，1#减温减压线入口过滤器蒸汽明显泄漏。20:20左右，集控站又陆续接到现场报告：液氮站、C502机组、Q112机组蒸汽管道泄漏。20:37，能介车间将异常情况向能中动调报告。

注：故障发生前，1#及2#减温减压线为运行状态。

故障后发现6处泄漏点，一次蒸汽管线2处：蒸汽站入口总阀前垫片、1#减温减压线入口过滤器法兰垫片损坏；二次蒸汽管线4处：液氮站入口阀法兰垫片、C502机组工艺段两个盲法兰垫片、Q112机组蒸汽总管流量计法兰垫片损坏。

某月8日22:50，该厂及五冷轧相关机组停止使用蒸汽；在对管线泄压，处理了所有蒸汽泄漏点；某月9日3:15，开始组织恢复工作，并于6:20该厂全线正常供汽。另据统计，因相关机组停汽，该厂损失产量480 t，五冷轧损失产量825 t。

3 事故原因分析

在与相关部门多次现场考察和讨论的基础上，能环部技术人员对事故主要原因分析如下。

3.1 相邻用户正常

能环部调查了与该区域相邻的轧一车间/轧三车间区域和轧二车间区域的情况：故障发生前，两个区域入口蒸汽压力、温度等参数和蒸汽负荷在正常范围内波动（见图2）。蒸汽主管网对该区域的供汽正常。

图2 轧二车间某月8日晚蒸汽曲线图

3.2 沿途疏水器正常

能环部检查了供该区域蒸汽主管线的疏水器，该单位检查了一次蒸汽和二次蒸汽管线的疏水器，均未发现疏水不畅的情况。可以排除在蒸汽正常流动的情况下，管道内积水而引发水击的可能。

3.3 阀门法兰垫片可能老化

该单位蒸汽站已投运4年，可能存在阀门法兰垫片老化现象，在蒸汽压力的作用下，法兰垫片易发生破裂。经追溯蒸汽站的压力曲线，可以判断在19: 55，入口总阀的法兰开始泄漏(见图3)。

图3 该厂蒸汽站一次蒸汽流量、压力和温度曲线图

3.4 蒸汽站减温减压线的动作

蒸汽站的运行记录表明：入口总阀泄漏后，控制系统检测到减温减压线出口的二次蒸汽压力低，增加了1#和2#减温减压线蒸汽阀的开度，并在19:58自动投运了4#减温减压线。入口总阀的泄漏使得流向蒸汽站的一次蒸汽流量不断增加，而4#减温减压线开启后，一次蒸汽流量随即激增(见图3)。

3.5 蒸汽冷凝水的冲击

饱和蒸汽温度压力对照如表1。当蒸汽温度高于工况点对应的饱和温度时，就处于过热状态。

表1 饱和蒸汽温度压力对照表

全厂低压蒸汽管网结构和典型的温度压力分布情况如图4所示。该区域远离汽源，蒸汽在输送过程中因管网阻损和温降等原因，温度、压力、过热度会偏低，易产生较多冷凝水(尤其是冬季)。一次蒸汽流量的激增，可能使得冷凝水的产生量超出疏水器的排水能力；大量蒸汽携带沿途不断积累的冷凝水涌向蒸汽站和二次蒸汽管线，进一步冲击损坏法兰垫圈等薄弱部位。恢复供汽后，多处管道滑动托座仍未恢复至正常位置，其中最靠近蒸汽房的一次蒸汽管道门型补偿器托座最大塑性变形量达150 mm，表明管网曾受到较大冲击。

4 改进措施

在蒸汽输配和管网设施正常运行中发生此类区域性管路故障较为罕见，蒸汽系统故障深度影响主生产线，这在宝钢未曾发生过，值得深思经过深入讨论，能环部和该单位落实了以下改进措施。

4.1 优化该区域蒸汽管网疏水能力

结合能环部和BSEE的意见，该单位在后续工程蒸汽管道移位项目实施中，完成以下改进措施：

①针对区域蒸汽管网系统阀门与管道以法兰形式连接，其垫片易受冲击损坏的问题，将该单位区域一、二次蒸汽总阀由法兰式改为焊接式，以提高抗波动和冲击能力。

②对近蒸汽站的一、二次蒸汽总管各增设了一个门型补偿器，提高管系的热胀冷缩补偿能力。

③对近蒸汽站的一、二次蒸汽总管各增设了一个疏水器，并将移位管段疏水器与主管连接由原先的“直插主管”形式(图5(a))改为“集水槽”形式(图5 (b))。改造后，“集水槽”下部的空间可防止管道杂质和水垢进入疏水阀，并可以高效捕获蒸汽冷凝水。

经能环部、该单位、BSEE现场查看，认为改造后的疏水非常顺畅，可以有效减少进入蒸汽站的冷凝水。

图4 全厂低压蒸汽管网结构和典型的温度压力分布情况

图5 疏水器的形式

4.2 调整蒸汽站减温减压线的运行方式

目前备用减温减压线自动投入的策略是：二次蒸汽总管压力低于0.57 MPa持续10秒后，自动投入已处于备用状态的减温减压装置。不论减温减压装置是否处于运行状态，压力调节PID模块均按照当前实际压力与设定压力的差异进行PID调节输出。

在某月8日的事故状况下，备用蒸汽减温减压线的投运按照正常状况下的控制策略，会导致开启速度过快。因此建议：减温减压装置处于备用时，其调节阀控制输出值保持0；转入运行时，调节阀控制输出值应先达到某一设定值，作一定延时后再完全参与二次蒸汽压力调节。但蒸汽站目前不具备软件修改和调试的条件。

目前采取了折中的办法：原先开2套运行线可以满足需求，现在则多开1套，从2运2备改为3运1备，这样可以分散运行线的负荷，减少备用线投运次数和投运时的负荷，并有助于备用线的平稳投运。

4.3 邻近汽源的改造

目前轧二车间加热炉烟气余热回收项目在方案编制中，BSEE将考虑从整体上提高轧二车间的供汽温度；轧二车间1号加热炉大修和节能改造项目已启动（计划2012年4季度结束），能环部已要求该项目按过热蒸汽设计。

邻近汽源的改造是改善该区域用汽的最有效办法。

4.4 改变低压蒸汽汽源参数的可行性

根据低压蒸汽管网和流向(见图4)，该区域的蒸汽主要来自轧二车间、炼钢、低压锅炉、电厂。对上述汽源提高温度或降低压力，理论上都可以提高供汽的过热度。能环部召集相关汽源单位和用户以及BSEE进行了讨论，认为改变汽源参数的方案基本不可行，主要技术分析如下：

①低压蒸汽管网设计参数为1.6 MPa、260℃，如提高蒸汽温度，将超设计安全范围，存在一定风险；还需要对管网重新校核计算，工作量庞大；即使计算能通过，但运行的管道上进行焊缝探伤和水压试验是不可能的。

②低压锅炉的过热器换热面积不可改变，提高过热温度将减少低压锅炉的产汽量，进而降低其承担系统变动负荷的调节能力。

③炼钢蓄热器蒸汽出口温度不可调节，且供汽方式是间歇性的，无助于提高管网过热度。

④提高汽源温度会对邻近用户产生影响，如三期化产毗邻电厂，在现行温度下运作良好（化工将管网蒸汽减温减压至饱和蒸汽使用），提高电厂供汽温度将影响化工。

⑤轧二车间加热炉汽化冷却系统外供的是饱和蒸汽，并在该区域全部消化（产汽量占该区域用汽量的70%左右）。即使能提高上述汽源温度，对改善该区域蒸汽温度的作用也不大。

5 结束语

稳定、安全地供应和使用蒸汽，对该区域、冷轧的生产顺行具有重要意义。能环部将推进轧二车间加热炉烟气余热回收项目，配合该单位跟踪某轧钢车间区域的用汽情况，特别是某轧钢车间后续工程项目投运后以及今年冬季情况，为用户持续提供供能保障和技术支持。

Analysis of a Steam Leakage Accident in a Steel Rolling Plant and Im provement m easures

Zhang Shitong1,Deng Wanli2
(1.Zhangjiang Steel Energy and Environment Protection Dept.of BaoSteel Group,Zhanjiang,Guangdong 524000; 2.Energy and Environment Protection Dept.of BaoSteel Co.,Ltd.,Shanghai 201999,China)

Through argumentation and analysis it was pointed out that aging of flange gasket and impact of condensed water in the primary master valve of the steam station at a steel rolling plant had been the main cause of the steam leakage accident.Improvement measures such as optimizing the water drainage capacity of the steam pipe network and adjusting the operation mode of the temperature and pressure reduction line of the steam station were taken,which has ensured the safe operation of the steam system in the area.

steam leakage;condensed water;steam station

TK28

B

1006-6764（2015）09-0040-04

2015-04-27

张仕通（1987-），男，学士学位，助理工程师，现从事冶金能源动力方面技术工作。