欧冶炉20万m-3煤气柜冬季安全运行技术研究及应用_柴晓慧.pdf
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1、LOW CARBON WORLD 2022/12欧冶炉 20 万 m3煤气柜冬季安全运行技术研究及应用柴晓慧(宝武集团新疆八一钢铁股份有限公司,新疆 乌鲁木齐 830022)【摘要】为解决欧冶炉20万m3煤气柜因冬季环境温度低、煤气含水量大、密封油水乳和煤气中的水分结冰附着在柜壁上,造成活塞密封装置失效,大量煤气泄漏的重大隐患,主要对气柜电加热、热水循环加热、绝热保温和密封油绿色环保再生等进行研究,提高加热能力,减少热损失,并针对节能环保措施提出设计改造和相关策略,旨在确保煤气柜冬季稳定运行及其重大危险源本质化安全,以期为相关人员提供参考。【关键词】煤气柜;冬季;加热技术;安全【中图分类号】T
2、Q547.9【文献标识码】A【文章编号】2095-2066(2022)12-0178-030引言欧冶炉 20 万 m3煤气柜(图 1)主要储存欧冶炉回收的煤气,因气柜出口管道与转炉煤气、高炉煤气管网连接,工况发生变化时间断性吞吐高炉煤气、转炉煤气,对钢铁厂平衡煤气管网压力、系统煤气“削峰填谷”、应急保安作用非常重要。气柜所处位置在风口区域和空旷地带,环境温度偏低。在 2018 年第一个冬季运行时,煤气柜内壁挂冰严重,造成煤气泄漏,2018 年 12 月气柜从系统中紧急退出运行,经技术研究和改造后于 2019 年 9 月投运至今。改造前气柜内壁挂冰情况如图 2 所示。1概述该煤气柜在交工后柜底油
3、沟和活塞油槽都设有加热装置,但加热效果不能在低温环境连续运行,特别是在新疆冬季(新疆-15 以下时,下文冬季主要指这个温度)的大型气柜,由于密封油流道非常长,若无法维持稀油温度就无法解决上述问题,这就需要气柜活塞定期上下运行,甚至在冬季较冷时期关闭进出口停柜,以躲避寒潮,这会大大影响工厂的正常生产,也存在安全隐患。2018 年,为解决冬季运行中 20 万 m3气柜的挂冰重大隐患,对 20 万 m3煤气柜进行防冻保温技术研究和改造,通过煤气柜活塞油槽加热装置扩容、底部油沟加热系统智能调节和扩容、下部油沟外壁增设保温、上油管保温改造和增设智能伴热等技术改造,并实施设备运行维护和改善密封油破乳化度指
4、标等措施1,煤气柜可以在极寒环境温度-25 时(下文极寒指这个温度)安全稳定运行,并已验证4 年,目前运行效果良好。图 3 为改造后气柜内壁运行情况。2原因分析(1)运行工况:煤气柜主要储存的欧冶炉煤气,热值 10 489 kJ/m3,爆炸、中毒危险程度更高。欧冶炉煤气成分如表 1 所示。冬季运行时,从沿线的管道、阀门挂冰结霜情况分析,气柜内煤气含有机械水分较高的不利因素,易在侧壁上结薄冰。通常情况下,气柜密封机构的侧壁有薄冰或薄霜时,会被及时刮掉。但如果冬季活塞移图1欧冶炉20万m3煤气柜图2改造前气柜内壁挂冰情况综合论述178DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.12.
5、009LOW CARBON WORLD 2022/12动位移小、速度慢,且密封油温低至 0 时,气柜密封机构下部的薄冰无法融化,部分被刮入活塞油槽中,导致油槽中积入的碎冰越来越多。同时柜壁上的冰将越结越厚,活塞运行时,就会被厚冰卡住,气柜密封机构也将被破坏。由于密封油中所含一些杂质及水也会在侧壁上形成“挂蜡”,挂蜡达到一定厚度时,会导致密封失效,煤气泄漏。(2)柜底油沟和活塞油槽都设有加热装置,但加热效果不佳。底部油沟冬季运行温度最高 18。油温共 4 个测点,设定油温报警范围在高于 55 或低于 20。活塞油槽冬季运行温度最高 0 或负值,造成加热器连续运行,设有报警和联动(低于 5 启动,
6、高于 10 停止)。(3)阴面的一根上油管冻堵,4#油泵房无法运行。当遇到新疆冬季极寒天气时,虽然上油管外部有保温措施,但因没有热源,时间较长不流动、密封油破乳化度指标不好或泵房内油水分离不完全时,油水混合物在上油管冻融堵管,膨胀后将油管冻裂。3技术改造方案及措施3.1活塞油槽加热装置扩容(1)增加浸入式电加热器对煤气柜顶部活塞油沟进行加热,在柜体活塞油沟圆周方向均分 32 块区域,布置 64 台 2 kW 电加热器(每个区块各两台,一台运行一台备用)。工作温度从 0 加热至 10 (现有能力冬季 0 )。经测量空间尺寸,在每块区域最多可增设 1 台电加热器,共计 32 台。(2)活塞油槽电加
7、热器功率计算如式(1)所示。V=H(r1/2)2-(r2/2)=3.142.2(29.152-28.352)318 m3。(1)式中:V体积,m3;r1油槽外径;r2油槽内径;H介质高度,取 2.2 m。经计算,理论满槽需加热介质总体积为 318 m3,稀油总质量为 250 000 kg。电加热器功率如式(2)所示。P=ECmT/3.6h=1.252.2250 000(10-0)/(3.624)=79.6 kW。(2)式中:P加热功率,W;E安全系数,取 1.25;C介质比热,kJ/(kg );m油槽内介质重量,kg;T温升=终了温度-起始温度,;h加热时间,取 24 h。经计算得出罐体顶部介
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