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高炉煤气放散阀煤气泄漏原因分析及处理

2023-03-24 来源:小奈知识网
高炉煤气放散阀煤气泄漏原因分析及处

摘要:高炉煤气放散是高炉炼铁生产中的一道重要工序,每次开停炉、检修状态、事故休风状态、布料均压时都应执行此工序。放散工序通过放散阀完成,但煤气中往往含有直径较大的颗粒和相对坚硬的颗粒物,因此放散阀常损坏。基于此,本文重点论述了高炉煤气放散阀煤气泄漏原因及处理对策。

关键词:高炉煤气;放散阀;煤气泄漏;原因;处理对策

为确保高炉煤气放散阀安全、稳定、环保运行,对该阀的使用进行深入分析,找出煤气泄漏的原因,并提出切实可行的处理对策,避免煤气泄漏,消除潜在设备隐患,提高企业经济效益,对同类企业具有一定参考价值。

一、高炉煤气放散阀结构及工作原理

由于外开式垂直放散阀门结构设计合理,可避免煤气流的冲刷,并能达到延长其使用寿命的目的,因此在国内大型高炉中得到广泛应用。这种结构的高炉煤气放散阀由阀盖、阀体、摆动桶、连杆等机构组成,结构简单,操作方便灵活。阀盖、阀体、摆动桶为铸钢件,连杆由优质低碳钢制成。摆动桶内叠加安装若干片蝶簧,通过调节顶部螺母来控制弹簧压缩量,从而控制阀门压力。阀盖及阀体的密封面堆焊合金材料和硬质合金层,有利于耐高温和耐磨性。阀门密封面采用锥形球面线接触形式,以此提高密封性能和使用寿命。

阀门的正常打开和关闭由液压油缸实现,油缸工作时,带动曲柄转动,弹簧仓转动,带动连杆与转臂转动,从而打开阀门。由于采用了铰链式五连杆机构,确保了阀门的运动轨迹。当阀门安全放散时,油缸不动作,但当炉内压力上升到超过阀门密封比压时,阀板带动转臂压缩弹簧仓的弹簧,使阀盖微量开启,从而达到放散减压目的。

二、煤气放散阀密封形式

常见的煤气放散阀有垂直开启式、外开式、内开式等多种,其中,垂直开启式炉顶煤气放散阀是最常见形式。开启时,其阀盖不易受煤气流的冲刷,目前采用的煤气放散阀大多由阀盖、阀座、阀体、杠杆等组成。放散煤气时,通过卷扬(或液压)装置驱动杠杆,将阀盖打开。由于阀盖的对中会受到高温辐射影响,密封处易受煤气灰冲刷,造成磨损和破坏,因此在设计中尤其要重视密封的方式,保证良好的密封性能。

常见煤气放散阀密封形式包括:①刚性金属密封。即在阀盖与阀体接触面上堆焊硬质合金层。虽然堆焊硬质合金硬度高,耐磨性好,但堆焊在高温下进行加工困难,且当阀盖与阀体间出现缝隙,带有压力含尘煤气由缝隙高速通过,致使缝隙越来越大,密封口损坏时,修补困难。②软硬两道密封。即在阀盖与阀体接触面上,堆焊硬质合金层的同时,还在水平结合面上安设石棉填料层或硅橡胶圈的平面密封。此种密封较单纯硬密封效果好些,但结构较复杂,加工相对困难。③软密封。

三、煤气放散阀主要危险有害因素

1、中毒。a.操作放散阀、更换、检修时,由于误操作可能引起煤气泄漏,如防护措施不到位,可能发生中毒事故。b.放散阀由于老化、腐蚀等原因,可能发生泄漏,一旦人员靠近该区域,可能发生中毒事故。

2、火灾、爆炸。在以上各种煤气泄漏情况下,如煤气浓度达到爆炸极限范围,并遇到火星、火源,可能发生煤气爆炸,并引起火灾。

3、高空坠落。煤气放散阀更换时,涉及高空作业,可能发生高空坠落事故。 四、高炉煤气放散阀煤气泄漏原因

1、阀盖与阀座圆周方向接触不同步。当高炉每次启停炉、检修状态、事故休风状态、正态布料均压状态下开启煤气放散阀时,由于煤气垂直向上放散,一些灰尘颗粒不可避免地落在水平布置的阀座上,导致阀座表面积灰。当放散阀关闭时,阀盖边缘连杆中心半径距离不同,导致阀盖和阀座圆周方向不能同时接触,

与连杆中心距离较小的点接触较早,致使阀盖在关闭时不同步,导致阀盖和阀座不紧密配合。较早接触的部位阀盖和阀座之间易夹住灰尘颗粒,受灰尘颗粒的支撑,导致配合不严,半径距离较小的一侧较早吹损,导致高炉煤放散阀煤气泄漏。同时,接触较迟一面的放散面积减小,夹带灰尘颗粒的煤气流速加快,冲击力增加,过度冲击而吹损,导致高炉煤气放散阀泄漏。

2、高炉工艺不合理。高炉炉顶煤气放散阀用于高炉的开停炉、检修状态、事故休风状态和正态布料均压,将炉中的压力泄压,为确保高炉放散状态的安全性,每次放散时都会向高炉内注入大量蒸汽,用大量蒸汽将炉内煤气通过煤气放散阀放散。此时,由于高炉炉顶煤气放散阀温度较高,当含有大量蒸汽和灰尘的煤气通过放散阀时,煤气中的灰尘会积聚在放散阀阀座位置,灰尘会在高温下硬化,越积越多越大,会导致阀座密封面凸凹不平,致使放散阀关闭过程中阀盖与阀座配合面出现问题。由于存在硬质致使放散,密封面无法有效密封,致使密封不严,导致高炉煤气放散阀泄漏。

3、阀盖密封结构不合理。阀盖设计为双重密封,即阀盖和阀座之间的接触面具有软、硬密封,虽然设计理念较理想,但并不适合现场的实际工作环境。放散阀的软密封安装在阀座外部,为硅橡胶密封圈,易于更换。然而,硬密封是在阀盖和阀座之间接触面上堆焊硬质合金,密封面为球形和锥面接触,由于阀门关闭时的对中性差,使阀盖和阀座内圈之间的硬密封一侧过早接触,另一侧无法有效接触,此时阀盖处于“张嘴”状态,使阀盖和阀座无法有效密封,导致泄漏。

五、高炉煤气放散阀煤气泄漏处理对策

1、合理准确地调整阀盖位置。从阀盖结构来看,只要合理准确地调整阀盖位置,确保阀盖在关闭时不会偏心,使阀盖和阀座密封良好,这种泄漏就可解决。①由于放散阀门密封方式对阀盖的对中性要求较高,若出现变形,阀盖无法具有良好的对中性,导致放散阀泄漏,因此增加三只型号为M20×60的调节螺栓,将螺栓强度提高一个等级。②制作并安装三个挡块,三个挡块的安装焊接位置与调节螺栓位置基本一致,挡块侧面与阀盖凸台之间的距离适当,现场距离调整为5mm,以避免阀盖关闭时阀盖出现偏心现象。

2、合理调整高炉生产工艺。在高炉每次开停炉、检修状态、事故休风状态、正常布料均压时,需开启放散阀之前,高炉炉内和炉顶需通蒸汽,大量蒸汽用于排放炉内煤气,造成煤气泄漏。为解决工艺不合理问题,改变置换气体介质,经安全性、经济性、稳定性综合分析,选择氮气作为置换蒸汽的气体介质。使用氮气放散炉内煤气的效果相当明显,不仅使放散阀等管道清洁干净,还解决了高炉炉顶煤气放散阀积灰泄漏问题。

3、改进放散阀密封结构。高炉正常生产时,炉内正常压力约为0.24MPa,外圈硅橡胶软密封足以满足现场生产需要,所以将内圈堆焊硬质合金在车床车20mm,车床车削方向为阀盖密封轴向,转动内圈后,将内圈堆焊硬质合金密封车削后如图1所示。改造后,当阀盖关闭时,阀盖的受力部位发生了改变,阀盖的受力部位从原来的两部分(即硬、软密封)变为软密封部位的单一受力。一方面,硬密封部位朝阀盖轴向车削了20mm,这样硬质合金密封不会接触阀座,避免阀盖关闭时出现偏心不对中现象。另一方面,在改变阀盖的施力部位后,由于阀盖上的所有压力都施压在硅橡胶密封件上,硅橡胶密封的压缩量变得更大。为避免硅橡胶密封过度变形导致阀盖的不对中,在硅橡胶密封底部安装10mm厚纸板。当阀盖施力时,10mm纸板的作用能解决上述问题,也使放散阀密封良好。经上述改造后,阀盖的密封性能大幅提高,避免了放散阀的泄漏。

图1 改造后阀盖示意图

1-阀盖装配;2-橡胶密封;3-阀座装配

综上所述,由于高炉每次开炉、停炉、检修及事故状态休风前,均需减压操作,对含尘煤气进行放散。煤气放散需通过煤气放散阀来完成,为了安全,煤气

放散阀设置在煤气上升管顶端、除尘器上圆锥体处及遮断阀圆筒的顶端等处。煤气放散阀是高炉休风作业的必备设备,是炉顶关键设备之一,其性能好坏直接影响高炉的生产。

参考文献:

[1]冯池.高炉新型煤气放散阀结构设计及受力分析[J].钢铁技术,2016(04). [2]刘永刚.高炉煤气放散阀煤气泄漏问题探讨[J].冶金设备,2016(08).

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