新型稀油密封干式煤气柜防冻设计在钢铁企业中的应用

郑 晨，王龙锋，高子丰

（中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉 430023）

前言

钢铁企业产生的高炉煤气、焦炉煤气分别是炼铁、焦化的副产品，被广泛用于高炉、轧钢、自备电厂等用户，而煤气柜的作用主要是缓冲全厂煤气的产销波动和稳定全厂的管网压力。新型稀油密封柜由于其自身特点，主要适用于储存高炉煤气或焦炉煤气，其本体钢结构主要由活塞、底板、侧板、柜顶组成。气柜设计过程中，煤气柜最为核心的就是密封装置，该装置的原理主要是采用加力机构的机械密封性及稀油作用下的静液密封性的双重作用，保证对煤气的密封，达到安全运行的目的。新型稀油密封煤气柜的投运对钢铁企业减少煤气放散，降低企业生产成本及节能减排有着重要的意义。

1 煤气柜密封油系统防冻措施设计

由于新型稀油密封煤气柜是薄壁钢结构的大型罐体设备，除制作、安装及调试要求较高外，设计院在设计时还应充分考虑其不同地域下特征、运行条件及所处的环境。因新型稀油密封煤气柜的特殊性，在南北方不同地域及冬季极端温度下，对煤气柜的设计存在较大的差异性。目前，国内煤气柜设计，南方与北方没有具体界定，通常情况下，防冻措施设计以长江南北为界，或者冬季温度＜0 ℃为区分，设计院根据地域特点，在临界条件下则会考虑增设防冻措施设计。

新型稀油密封煤气柜密封油系统工作原理：底部油沟的油通过油泵站进行油水分离，分离后经油泵送至煤气柜高位油箱后溢流至活塞油沟内，活塞油沟内的稀油通过密封装置与侧板的间隙，缓慢下落至底部油沟，从而形成油路循环系统。在北方冬季运行时，由于温度过低，油泵站中油水分离效果不好，油中含有的水分也会因低温而结冰，出现挂蜡等情况，引发安全事故，影响气柜安全运行。

煤气柜密封油的选用其性能指标必须满足不同地域、不同参数煤气柜的密封要求。在技术参数选择上，南方北方也存在较大差异，通常来说密封油的技术指标如表1所示。

表1 煤气柜密封油的技术指标

因气柜密封油粘度随温度升高而降低，南方煤气柜应选择粘度高的密封油，而北方煤气柜设计时，由于夏季冬季温差大，密封油粘度指标则不好选择，北方稀油密封气柜，密封油系统防冻设计就成为设计的重点。

1.1 油泵站采暖及油上升管保温

长江以南地区因不受冬季低温的影响，通常选用户外型油泵站，该类型油泵站为撬装式设备，露天安装在基础上，有效避免了因CO 聚集造成的安全事故。北方则因冬季低温的影响，通常选用户内型油泵站，油泵站与柜内底部油沟直接连通，存在煤气泄漏的可能，因此在考虑为其配套设置油泵站房保温的同时，由于煤气易燃、易爆的特性，需设计CO 探头并要求其与事故轴流风机连锁，站房设计也考虑泄爆面积。北方地区的站房内应设置采暖设施，以确保冬季室内温度＞10 ℃。

大型煤气柜因油泵站至高位油箱的油上升管距离长，也需对该油上升管进行保温处理，该措施可减少油上升管内密封油与室外的热量交换，从而使进入气柜的密封油达到冬季运行时所需相应的性能指标。

1.2 底部油沟加热

因高炉煤气及焦炉煤气中含尘，稀油密封煤气柜的底部油沟设计为油水分界的形式。在防冻措施设计中，底部油沟加热管的设置是最普遍、最经济的方式。

底部油沟加热管通常设计为蛇形管，管内通蒸汽或者热水保证底部油沟内油的温度保持在15 ℃左右。由于蒸汽管道温度，压力受全厂影响大，且很难控制，也容易造成了密封油技术参数的不稳定。因此，在柜区内增设独立换热站，将蒸汽换热成热水加热底部油沟情况居多，该配置能精确控制进水与回水温度，保证密封油的技术参数。

不足之处在于该管道长期泡在底部油沟内，高炉煤气、焦炉煤气冷凝水对其有腐蚀性，会给管道的运行及检修带来困难。

图1 底部油沟加热管示意图

1.3 活塞油沟及高位油箱电加热

新型稀油密封柜活塞行程大，因此冬季在-10 ℃以下的北方区域，仅靠底部油沟加热的方式已无法保证密封油的技术性能指标。设计方案在考虑底部油沟加热的基础上，会增设活塞油沟及高位油箱电加热措施来彻底解决稀油密封柜在北方运行时冬季结冰的问题。

活塞油沟及高位油箱电加热的方式是在活塞油沟及高位油箱内增设加热电阻丝，具有耗电省，转换效率高，不损坏油质，维护简单等优点。

活塞油沟电加热设计选型中也有以下几点需注意：首先应根据规范对电加热设施的防爆分区做要求，活塞上应属于1 区防爆，相应的该电气设备需满足防爆要求。其次，为保证电加热器的使用效果，电加热的功率要有保证。在实际运行过程中，某北方钢厂也存在因电加热器功率不够，导致油加热效果不好，致使气柜冬季运行出现冷凝水结冰的情况。第三，北方某钢厂也曾因加热器的设备老化导致活塞上部出现着火的事故，因此该电加热系统的安全性及可靠性还需得到验证。

图2 活塞油沟内电加热器示意图

2 煤气柜本体防冻措施设计

2.1 柜体保温层

在我国北方地区，为充分保障稀油密封煤气柜冬季稳定运行，气柜除配备密封油系统的防冻措施设计外，柜体外部有做保温层设计的案例。

该设计方案主要是在煤气柜外侧，沿气柜活塞行程范围做保温结构，具体方式主要是在气柜外侧设计角钢作为保温层骨架，同时采用岩棉及镀锌钢板做保温层进行保温。从冬季气柜运行的效果来看，增加保温层确实解决了稀油柜活塞冬季运行不畅的困扰，有效解决了气柜内壁挂蜡等情况的发生。但实际使用过程中，该措施无法保证完全杜绝雨水进入保温层中，一旦雨水渗入，增大了对柜体侧板腐蚀的危险，且柜体外侧用岩棉及镀锌板包裹，也不利于观察侧板腐蚀情况，为今后气柜侧板检修带来了困扰。

2.2 柜体钢材低温性能

除上述根据冬季极限温度及地域应增加配套的防冻措施设计外，在寒冷地区还应考虑钢材本身的低温性能，例如煤气柜钢板许用最低温度通常按：Q235-B 许用最低温度为-10 ℃，Q235-C 许用最低温度为-20 ℃，Q345-C 许用最低温度为-40 ℃。柜体上的型钢，相配套的无缝钢管等均有许用最低温度的要求。特别是我国东北地区及海外俄罗斯等地区需针对冬季极端温度考虑钢材的低温性能。

3 结语与展望

煤气柜作为钢铁企业节能环保必不可少的大型设备，未来运用会越来越广泛。随着《危险化学品重大危险源辨识》的发布，钢铁企业中煤气柜被定义为重大危险源，煤气柜的安全运行成为重中之重，结合HAZOP 分析风险矩阵来看，防冻措施设计增加的配置虽然能降低煤气柜冬季运行的风险，但也增加了单体设备发生风险的概率。因此除了从工艺设计、设备制造与施工监管上消除安全隐患外，企业自行的定期维护和日常检修也是必不可少的。