单段式橡胶膜密封型煤气柜在高炉煤气系统的应用

王世光，张善明，薛建仓，黄东宁，许 朋

（1.宁波钢铁有限公司，浙江宁波 315800；2.中冶华天南京工程有限公司，江苏南京 210000）

前言

目前国内用于储存高炉煤气的干式煤气柜类型有3 种：多边形稀油密封型煤气柜（MAN 型）、圆筒形稀油密封型煤气柜（POC 型）和单段式橡胶膜密封型煤气柜。其中，单段式橡胶膜密封型煤气柜具有升降速度快（可达6 m∕min）、结构简单、投资造价低等优势［1］，因此，近几年来在高炉煤气存储上逐渐具有取代稀油密封式煤气柜的趋势。

某公司一座16.5 万m3的多边形稀油密封型高炉煤气柜漏油严重，即将退出运行。需新建一座气柜维持高炉煤气系统的安全稳定运行，然而受场地条件限制，无法按传统模式建设能满足生产工艺需要的稀油密封式气柜，因此，考虑新建单段式橡胶膜密封型气柜。

1 现状分析

目前国内高炉煤气柜普遍采用20 万m3、30 万m3的圆筒形稀油密封型煤气柜与多边形稀油密封型煤气柜。气柜的大型化意味着气柜直径和高度的增加，安装精度要求也随之提高，但实际安装水平存在差异，因此气柜长期运行后出现不同程度的漏（渗）油现象［2］，存在安全和环保风险。

2014年宝钢股份引进国外技术建成了2座15 万m3单段式橡胶膜柜，自此国内各大冶金设计院开始自主设计单段式橡胶膜柜。

高炉煤气柜的选择应综合考虑柜容（管网正常运行时的波动调节容量［3］、高炉突然休风的安全容量、高炉煤气发生量突然增加的剩余安全容量和煤气柜上、下限安全容量等）、煤气吞吐速度以及总图布置等方面的要求。

1.1 高炉煤气柜所需柜容

高炉煤气柜的总容量为14.95 万m3，应包含煤气系统波动时所需的容量约5.5 万m3，高炉突然休风时的安全容量6 万m3，高炉煤气发生量突然增加的剩余安全容量2.1 万m3和煤气柜上、下限安全容量1.35 万m3。

1.1.1 煤气系统波动时所需的容量

高炉和高炉煤气用户正常生产时，高炉煤气管网的波动主要原因是高炉煤气发生量波动［4］、焦炉加热换向和高炉热风炉换炉引起的。依据该公司每年钢产量为400 万t的规模测算，高炉煤气柜所需的波动调节容量约5.5 万m3。

1.1.2 高炉突然休风的安全容量

当一座2 500 m3高炉休风时，这部分容量由高炉煤气柜供应，约需6 万m3。

1.1.3 突发剩余安全容量

在高炉煤气发生量突然增加时，由于高炉煤气燃烧放散塔切换至放散状态存在一定的滞后时间，因此这部分煤气需要进入高炉煤气柜，约2.1 万m3。

1.1.4 上、下限安全容量

煤气柜上、下限安全容量为1.35 万m3。

1.2 活塞升降速度

该公司现有高炉煤气柜直径为54 m，柜容为16.5 万m3。当一座2 500 m3高炉突然休风时，高炉煤气柜短时需向厂区管网补气约29 万m3∕h，活塞运行速度为2.1 m∕min，现有高炉煤气柜的吞吐流量能力不足。

1.3 总图布置

在新柜型的选择上，由于稀油柜的安装要求较高，且存在着漏油风险，同时单段式橡胶膜柜在国内也有运用，故倾向于选择单段式橡胶膜气柜。

新建的高炉煤气柜场地位置及周边建、构筑物应根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）要求进行控制，新建高炉煤气柜与周边建、构筑物之间的安全间距要求及实际情况见表1。

表1 新建高炉煤气柜与周边建、构筑物之间的安全间距要求及实际情况

综合表1，考虑安全距离，如选择了9 万m3气柜，其工艺参数见表2。

表2 主要工艺参数

1.4 生产运行管控

高炉和高炉煤气用户正常生产时，高炉煤气柜所需的波动调节容量约5.5 万m3。9 万m3单段式橡胶膜密封型煤气柜的柜容为9.5 万m3。考虑到煤气柜活塞运动上、下限二次报警的限制，则气柜活塞正常波动调节容量可达6 万m3，能满足正常生产的需求。

但9 万m3单段式橡胶膜密封型煤气柜无法应对单座高炉休风，由气柜外供约6 万m3高炉煤气的需求；或高炉煤气发生量突然增加时，吸收2.1 万m3高炉煤气煤气的容量。针对以上风险短时间内可以通过制定相应的安全运行措施和管控体系来控制单座高炉煤气柜运行时的风险。

2 单段式橡胶膜安装控制要点

2.1 皮膜吊装

橡胶膜的展开、吊装是橡胶膜式气柜安装的一个关键节点，一旦控制不好会给橡胶膜带来严重伤害。单段柜采用的橡胶膜长度为23.4 m，而两段柜的橡胶膜长度分别为10 m 和6.2 m。橡胶膜重量的增加，会给吊装增加难度。

如采用与两段柜同样的吊装方式，即一个立柱一个吊点，可能会出现在橡胶膜即将全部悬空时，钢丝绳断裂的现象，同时也可能会出现橡胶膜吊耳拉裂的现象。故应考虑在两根立柱中间增加吊点，以减轻钢丝绳的受力和橡胶膜吊耳的拉力。

2.2 活塞漂移和扭转控制

单段式橡胶膜密封型气柜最大的难题是如何解决活塞的漂移和扭转问题。由于该单段式橡胶膜气柜橡胶膜的长度达到了23.4 m，气柜活塞漂移和扭转的概率会增加，因此，抓好橡胶膜安装质量是关键。在橡胶膜安装时要保证橡胶膜安装无明显顺着同一方向的褶皱，即使有褶皱也应是间断出现的“八”字形褶皱。

（1）抓好源头控制，保证皮膜和皮膜固定螺栓孔一一对应。在设计上要求，柜壁上的密封角钢与活塞上的密封槽钢的螺栓孔必须保持一一对应，相对应的螺栓孔必须保持在同一垂直线上，上、下两孔投影水平距离误差范围±2 mm。橡胶膜上、下螺栓孔必须保持一一对应，相对应的螺栓孔必须保持在同一垂直线上，上、下两孔投影水平距离误差范围±2 mm，由于在实践上操作难度非常大，因此，在施工上要求分区布孔，避免累积误差。

（2）重视安装过程管控，柜壁四周密封角钢螺栓孔中心直径比活塞四周密封槽钢螺栓孔中心直径大了约700 mm，橡胶膜的直径介于二者之间。安装时也要进行分区安装，消除累积误差，控制橡胶膜褶皱和褶皱形状，同时在安装时不能为了安装方便而随意扩孔。

2.3 调平导轮

活塞调平配重不仅可以调整活塞平衡，而且还可以防止和控制活塞漂移、扭转。当活塞发生漂移、扭转现象后，钢丝绳会出现变形，导致活塞受到不同程度的切向力和径向力。切向力可能会导致导轮轴承座前后移动；径向力则会导致导轮切斜，甚至使轴承的定位销折断，整个导轮出现偏移。

由于橡胶膜长度的增加，活塞漂移和扭转的概率也增加，为了防止活塞漂移，活塞调平配重块重量由二段式气柜的4 t增加到了6 t。导轮受力增加，致使导轮受到的径向力也明显增加，因此，安装时需严格把控钢丝绳引出孔和两个调平导轮之间三点成一线。运行一段时间后还需根据导轮的偏移情况及时进行调整。

2.4 运行控制

单段式橡胶膜柜的结构和特点决定了中间位置最稳定，柜位越高越容易出现漂移，因此，在正常运行的情况下柜位不要超过柜容的80%。

单段式橡胶膜气柜相较于稀油密封型气柜，受橡胶膜的限制，一般均为矮胖型，同等直径的单段式橡胶膜气柜比稀油密封型气柜的柜容小，目前国内最大的单段柜也只有16.5 万m3。单段式橡胶膜气柜在高炉煤气系统的应用较多，能有效地起到在线平衡煤气，稳定管网压力的作用，但缺乏应对突发事故下的保安功能。

综上所述，单段式橡胶膜气柜一般运行区间在30%～75%较为适宜。

3 结语

目前单段式橡胶膜气柜技术日趋成熟，已有了取代原有稀油密封式气柜的趋势，它解决了稀油密封型气柜漏油带来的安全环保问题，虽然在柜容上较稀油密封型气柜有所减少，但也基本能满足企业正常生产的需求。