安钢3#高炉调压阀组管系受力平衡优化改造

常艳军

摘  要：调压阀组因管系因受力平衡等问题，多次发生管道开裂等情况;依据现场实际从增加拉杆、调整设置固定、滑动支座及其管道焊接方式等一系列优化改造，来减少管道受力和振动，杜绝事故发生，确保安全生产。

关键词：高炉;调压阀组;管系;受力平衡

中图分类号：TF321         文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）24-0124-02

Abstract： Due to the force balance of the pipe system， the pipe cracking occurred many times in the pressure regulating valve group. According to the actual situation， a series of optimization and transformation， such as adding pull rod， adjusting and setting to be fixed， sliding bearing and pipe welding mode， etc.， can reduce the force and vibration of pipeline， prevent accidents and ensure safety in production.

Keywords： blast furnace; pressure regulating valve group; pipe system; force balance

引言

安阳钢铁股份有限公司炼铁厂3#高炉自投产以来，负责炉顶压力调节的重要设备系统调压阀组出现过补偿器拉裂，调节管道与调节阀法兰拉开的设备事故，造成高炉被迫休风，严重影响高炉安全稳定生产，同时每次休风也会造成一定经济损失。通过各专业小组成员分析论证，认为造成管道开裂的主要原因是受力平衡和管道振动，而振动大多是因为调节流量时气流高速通过阀门引起的，阀门在不同开度，通过不同流量煤气会形成不同的振动频率。 本文探讨了调压阀组管系受力平衡以及减小振动的操作维护措施等优化实施方案。

1 高炉调压阀组工作原理及操作设置

安钢3#高炉设计容积4747m3，设计年产生铁382万吨，炉顶压力0.25MPa，属于高压操作型高炉，用压力调节阀组即调压阀组来调节高炉顶压。大型高炉生产过程中产生的高炉煤气，通过炉顶上升管、重力除尘器、干式布袋除尘器或文氏管湿法除尘，进入调压阀组与TRT，经过调压阀组与TRT的并联流量调节，汇入净煤气环网，并实现炉顶压力的有效调节。高炉生产要求顶压稳定，顶压波动会对料流速度，气流分布、炉况顺行有较大影响;炉顶压力的过大波动还会导致崩料、滑料等炉况发生，影响高炉正常生产，所以顶压的稳定、精确控制极为重要;高炉顶压调节范围宽、要求精度高，波动也大。安钢3#高炉负责控制炉顶压力的装备有2条途径（详见图1）：（1）TRT：从干法除尘过来的高压煤气直接推动TRT发电机运转，将煤气压力能转换为电能，同时减压至低压进入煤气管网;（2）调压阀组：当高炉炉顶压力波动较大或TRT故障时，干法除尘过来的高压煤气进入调压阀组节流减压为低压后进入煤气管网。

高炉调压阀组由并联联接的4套调节阀、膨胀节和联接管道（包括直管和扩张管）组成。其中1#、2#、3#阀组设计通径为DN900调节阀和配套膨胀节，4#阀组为DN600调节阀和配套膨胀节。4套调节阀功能分别为自动调节、量程、自动调节、快开。详见图2。

2 高炉调压阀组运行状况及故障分析

安钢3#高炉调压阀组由于建设场地狭小，为节省场地空间，设计干法除尘出口管道与调压阀组（包含4套煤气调节阀及配套波纹补偿器和管道）联接为垂直方向联接，并在调压阀组煤气入口管道安装波纹补偿器一套。该高炉投产以来，先后2次出现在TRT向调压阀组切换过程中4套小波纹补偿器拉裂和3#调节管道与调节阀法兰拉开的情况，均造成高炉16小时的故障休风事故，带来严重经济损失。

調压阀组管道、法兰出现拉裂的现象基本都跟振动有关，而振动大多是因为调节流量时气流高速通过阀门引起的。阀门在不同开度，通过不同流量煤气会形成不同的振动频率。从调压阀组工作原理看，振动在所难免，常用减小振动的措施有如下几点：（1）调压阀组与消音器间设固定点，调压阀组内设支架，调压阀组前设支架等措施，可提高系统的固有频率。（2）调压阀组采用整体结构型式，为减少气流冲击采取双封头稳流，四支管均布的刚性连接结构和阀后设渐扩管的措施。（3）各支路阀门采用刚性连接，为拆卸预留的波纹管用拉杆螺母锁紧可提高系统的固有频率。（4）调压阀组本体需采用Q345B材料制造，其抗拉抗剪强度约是普通碳钢Q235B的1.3倍以上。对于壁厚10mm的DN600、DN900管道，可承压1.0MPa （300℃）。保证在设计工况下，系统强度应符合要求。

综上分析检查，安钢3#高炉调压阀组系统存在周边固定点未固定，低频振动时，管道设备的振动位移是肉眼不易辨识的。固定点未固定，系统的固有频率低，造成局部振动加强。未固定点主要有减压阀组前的MG1固定支架，减压阀组和消音器间的MG2固定支架，TRT入口支管MG6支架等部位;管系的焊接质量也存在一些问题，不完全符合国家规范要求。按JB/T 74-1994《管路法兰技术条件》焊接要求（见图3），平焊法兰应同时焊接管道两侧，同时保证焊高和管道插入深度。该处维修因时间限制，快速修复时没有焊接法兰内侧或未完全满焊，造成管道齐根断开的情况。

3 高炉调压阀组优化措施及改造方案

3.1 调压阀组运行前的检查

调压阀组运行前，除保证阀门的正常开闭和程序无误外，还应检查管系的固定质量和焊接质量。

3.2 调压阀组的控制优化

调压阀组设有4个液动阀门，分别是1个DN600主调阀、1个DN900量程阀和2个DN900快开阀，可独立TRT长期运行。顶压由调压阀组控制时，2个快开阀关闭，靠调节阀和量程阀自动调节。顶压由TRT控制时，调压阀组起辅助调节作用。当TRT快切到调压阀组时，首先打开2个快开阀，再打开调节阀和量程阀，缓慢关闭快开阀。调压阀组阀门有3个值可以初步设定，分别是快开阀初始开度、主调阀开度上限和下限。压力调节是通过阀门开度实现，该开度需要根据煤气工况和阀门设备性能现场调试，尽可能保证开度调节时避开失效控制区和振动过大区域。调节主调阀开度上下限（常规下限在20-30%，上限在50-65%），找到一个振动较小的区域。

3.3 调压阀组的运行检查

除设备的正常维护外，调压阀组各支管检修用补偿器拉杆外螺母应锁紧。为了防止锁紧螺母松动，可考虑采用自锁螺母并点焊的方式保证其锁紧效果。

3.4 调压阀组管系改造方案

相同设计，不同设备的构造和气流大小都造成系统固有频率不同。前述设计上已采用多种措施提高了系统的固有频率，但在生产中仍然可能存在振动的可能。简单经济的改变方式就是增加刚性支撑连接。并且除阀门本体的损坏外，调压阀组应采用合规的焊接方式，阀门采用对焊法兰。快速修补时，选用同材质母材和合规的焊条，对损坏处焊接采用全焊透的对接焊缝。

具体改造方案如下：（1）更换3#DN900阀门进出口端直管、扩张管及法兰，管道与法兰焊接方式内、外圈焊接，管道与法兰焊缝。（2）检查管系及消音器固定支座MG1/MG2/MG6等3个固定点;完善调压阀组入口滑动支座M1。（3）调整3#调节阀安装角度方向，为调压阀组封头安装拉杆做准备。（4）安装4套煤气管道全程拉杆，见图4。

4 结束语

通过采取以上措施，吸收、固定高炉调压阀组运行产生的盲板力，进一步提高了系统的固有频率，减少了生产中可能存在振动，杜绝了因管道拉裂造成恶性长时间故障休风事故的发生。

参考文献：

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[2]严允进.炼铁机械（第2版）[M].冶金工业出版社，1990.

[3]韩国明.焊接工艺理论与技术（第2版）[M].机械工业出版社，2007.