大型钢铁企业焦炉煤气柜全离线情况下的煤气平衡实践

吕 军，黄 腾

（武汉钢铁有限公司，湖北武汉 430080）

引言

焦炉煤气是钢铁企业炼焦工序的副产物，荒煤气经过脱氨、脱苯、脱萘、脱焦、脱硫等工序后，成为可供用户使用的焦炉煤气。煤气柜具有回收煤气、稳定管网压力、保障管网安全等功能［1］，武钢现有12 万m3焦炉煤气柜和15 万m3焦炉煤气柜各1 座。由于12 万m3焦炉煤气柜正在进行技术改造，因此15 万m3焦炉煤气柜是唯一1 座正在运行的焦炉煤气柜。由于其密封油指标劣化，黏度降低，活塞油沟与底部油沟杂质较多，造成煤气柜活塞运行卡阻，发出异响，存在安全隐患，需离线大修45天。大修期间整个焦炉煤气系统平衡将发生较大变化，需要采取有力措施来保障整个焦炉煤气系统的平衡。

1 气柜离线对煤气平衡的影响

1.1 焦炉煤气主管压力波动幅度增大

气柜离线后，焦炉煤气系统的压力调整将会从气柜主调、用户辅调的柔性调整切换成用户主调的刚性调整，系统压力将会因用户端用量的频繁增减而频繁波动，也将会因不受控的集中增减而大幅波动，对公司安全生产、经济运行产生较大影响。

离线前后，焦炉煤气主管压力波动见图1，4 月11 日焦炉煤气柜未离线前，焦炉煤气主管压力比较稳定，离线后主管压力波动明显增大。

图1 气柜离线前后焦炉煤气主管压力对比图

1.2 发生端异常时应急处置难度增大

焦炉煤气发生端如出现大幅减量甚至煤气生产突然中断时，系统压力将骤降，如未及时采取平衡措施或相关措施执行不到位，将导致公司生产大面积受影响，造成安全事故。

1.3 气柜离线下煤气平衡经验不足

焦炉煤气柜离线情况下的煤气平衡调度对重组后的武钢来说是第一次，没有现成经验可以遵循，查询相关资料，也仅查询到本钢板材公司2014年有一次高炉煤气柜不参与高炉煤气管网压力调节的案例［2］，但由于其规模较小且为高炉煤气平衡经验，不适用于此次焦炉煤气平衡。

2 煤气平衡设备

2.1 发生端设备

武钢共有7座焦炉，其中6 m焦炉3座，7 m焦炉2座，7.63 m 焦炉2座，焦炉煤气发生总量较稳定，以2023 年3 月数据为例，煤气发生总量在27～31 万m³/h，平均发生量为29 万m3/h。

2.2 调节设备

武钢现有亚临界电站、CCPP 电站、热能电站等煤气余热发电汽轮发电机组7 台（1 台12 MW、2 台50 MW、2 台60 MW、2 台100 MW），2 台90 MW 燃气轮发电机组，焦炉煤气消纳总能力在5～13.6 万m3/h之间波动。

钢电公司焦炉煤气最大消纳量约为3 万m3/h。热轧工序焦炉煤气正常用量为7～10 万m3/h。硅钢工序焦炉煤气用量为5～6 万m3/h。

2.3 放散塔

放散塔是焦炉煤气管网重要稳压调节设备，煤气富余时，可通过放散塔进行放散燃烧处理。目前武钢共有2 座焦炉煤气放散塔。2 座放散塔参数一致，高度均为45 m，最大放散能力为5 万m3/h，放散坨阀承重极限压力为12 kPa，可以满足煤气柜离线状况下的放散需要。

2.4 煤气管道

武钢有DN1800、DN1400、DN1200、DN1000 等各种管径的焦炉煤气管道，皆采用架空安装方式，为煤气平衡提供了通道。同时因煤气管道本身具有一定容积，在一定程度上能降低焦炉煤气管网因压力快升快降而产生的风险。

2.5 监控设备

武钢煤气平衡主要监控设备为2022 年投用的EMS 系统。通过该系统实现了对焦炉煤气系统集中监视、调节、调度和管理功能［3-4］。为便于煤气调度，将焦炉煤气的发生、输送和关键用户用量信息集中绘制成了焦炉煤气主要潮流系统图（见图2），通过该系统图能实时监控焦炉煤气系统信息及设备运行状态，为在线调度管理创造了条件。

图2 武钢焦炉煤气潮流系统图

3 焦炉煤气柜离线应对措施

3.1 气柜离线前

3.1.1 全面评估风险，超前谋划措施

为做好此次焦炉煤气柜离线检修工作，武钢从气柜检修时间、系统压力范围、主要影响因素、缓冲调节手段、保产保供措施等方面提前进行了全面细致的谋划。结合公司生产检修计划、铁钢平衡及气柜状态，明确了气柜检修时间。根据各用户焦炉煤气质量需求和系统管控难度，确定了系统压力管控范围。针对风险大小及后果，明确了主、次要影响因素，结合主要影响用户及缓冲用户特点，制定了针对性的管控调节措施。同时，对相关单位提出了保产保供具体要求，形成了专项保产方案、应急预案及标准化调度流程。

3.1.2 编制煤气静态平衡表

根据4～5月铁钢材产量计划及历史煤气单耗数据，提前编制了焦炉煤气静态平衡表，为离线期间的焦炉煤气平衡提供了参考。

由于急性阑尾炎的突然影响导致医护人员应做好术前患者的心理护理。通过疏导和引导患者,使患者明确急性阑尾炎手术的基本表现,避免手术的影响。在手术前,护理人员需要科学合理的更换病人的病情和手术的恢复,为患者提供增强手术信心的辅助条件。当膜刺激现象时,患者无禁忌表征后,进行术前护理心理辅导和体格检查,尽快完成手术,降低手术风险。术前护理不仅是衡量医护人员素质的指标,而且对患者的情绪调节和术后恢复有一定的影响。对实际护理工作有一定的参考价值。

3.1.3 设置针对性报警

为切实做好15 万m3焦炉煤气柜大修期间煤气平衡工作，专业人员设置了焦炉煤气主管压力、新回收焦炉煤气发生量等多重故障报警，针对性提醒当班调度员及时做出调整。

3.1.4 强化系统风险管控

为防范焦化鼓风机跳机这一重大风险，公司在积极督促焦化公司和能环部做好设备运维和电力保供的同时，开展燃气、热力等关键设备设施工艺纪律检查。通过上述管控措施，大大降低了焦炉煤气系统风险，为系统安全、稳定运行提供了必要保障。

3.2 气柜离线后

3.2.1 积极发挥EMS系统监控作用

利用EMS 系统关键能源数据实时监控及预警提示功能，实时监控焦炉煤气系统各主要发生端及用户端的煤气发生（使用）情况，根据产、供、用需求实时监控调整煤气管网压力，24 h 在线调整系统各用户用量。

3.2.2 充分发挥发电锅炉作用

由于发电锅炉是焦炉煤气消耗大户，也是焦炉煤气主要缓冲用户，本次煤气平衡充分发挥了能环部和钢电公司发电锅炉的煤气缓冲功能。利用锅炉的快速增减量优势，将其等同于小的焦炉煤气气柜进行使用，对焦炉煤气主管网稳定起到决定性作用。能环部热能电站共有2 台锅炉，每台锅炉焦炉煤气最大用量为2 万m3/h，正常调节时将用量控制在中间位约1 万m3/h。当发现焦炉煤气压力出现快速上升或下降趋势时，可在1～3 min 实现单台锅炉增减焦炉煤气用量0～1 万m3/h。钢电公司共有2 台锅炉，每台锅炉焦炉煤气最大用量为1.5 万m3/h，正常调节时将用量控制在中间位约0.8 万m3/h。当发现焦炉煤气压力出现快速上升或下降趋势时，现场可在3～5 min 实现单台锅炉增减焦炉煤气用量0～0.8 万m3/h。

3.2.3 严肃煤气调度纪律

系统调整初期，个别单位由于认识不足，对下发措施执行不力，给系统安全运行带来了一定风险。通过公司约谈和走访，相关单位改变固有习惯操作模式，主动策划，提前预判，对煤气增减用量提前申请并严格控制增减幅度。

3.2.4 系统预调整

调度员加强与设备部门信息沟通，及时掌握第二天检修计划，同时与冶炼台和计划台互通煤气系统状况、轧制计划、高炉休风降压等系统信息。根据相关计划和信息对焦炉煤气系统进行预调整，在最大程度上化解了检修及设备异常带来的冲击。

3.2.5 实时调整放散塔设定压力

调度员在预判压力接近放散边缘时，通知相关用户增大用量，并利用管网的缓冲能力在设计范围内适当抬高放散塔设定压力，避免焦炉煤气放散。但该措施仅能临时使用，如始终设定在一个较高放散压力，将会对炼焦化产工序安全运行造成影响。

3.2.6 加强煤气质量管控

及时跟踪、调节焦炉煤气硫化氢含量，避免后续工序烟气排放超标停机而影响煤气系统平衡。

4 平衡实绩和效果

15 万m3焦 炉煤气柜于4 月11 日8：00 开始大修，5 月20 日正式投运，实际工期为40 天。通过上述应对措施，焦炉煤气柜离线运行期间圆满实现了“三零”目标——安全事故为零、用户生产中断事件为零和煤气放散为零，焦炉煤气主管压力控制满足要求。图3为3月20日至5月20日焦炉煤气主管压力趋势对比图（大修前和大修期间对比）。

图3 3月20日至5月20日焦炉煤气主管压力趋势对比图

5 结语

煤气平衡是一个系统工程，需要运用系统思想去研究和解决问题，从煤气发生端到煤气用户端，找出煤气平衡中的难点、痛点和关键点并加以解决，才能最大限度实现煤气平衡。此次焦炉煤气柜离线运行期间圆满实现了“三零”目标，就是系统运作结果，为公司焦炉煤气平衡积累了宝贵经验，也可为国内其他大型钢铁企业提供借鉴。