高爐半凈煤氣調壓閥組

                            上海申弘閥門有限公司

摘要：主要針對煉鐵高爐半凈煤氣調壓閥組易受介質沖刷損壞的問題進行研究，摒棄傳統思路，從氣流入手，通過改變氣體流態(tài)，減弱氣流對閥門的沖刷，從而達到提高此類閥門使用壽命的目的。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。

　　【關鍵詞】半凈煤氣  導流柱  改變流態(tài)

　　一、前言

　　在鋼鐵冶煉的過程中，煉鐵高爐內會產生大量的高爐煤氣，這些高爐煤氣一部分經過多重凈化后成為凈煤氣又重新輸送到高爐系統中再次利用或儲存起來，也有一部分未經過*凈化的半凈煤氣直接通入到放散塔中燃燒釋放。為保證高爐正常生產，煉鐵高爐內的壓力要保持穩(wěn)定，一般在0.25MPa左右，但在煤氣輸送的尾端，壓力僅為0.02MPa左右，因此在煤氣輸送的過程中，不管是凈煤氣還是半凈煤氣，都需要進行減壓處理。調壓閥組就是設置在煤氣管道上的調節(jié)煤氣壓力的閥門，煤氣經過調壓閥組之后，高壓的煤氣變?yōu)榈蛪旱拿簹饨浢簹夤芫W系統被輸送到各處。調壓閥組作為調節(jié)煤氣壓力的設備，既保證了高爐內壓力的穩(wěn)定，又為高爐煤氣的輸送提供了基礎。因此，調壓閥組也是控制高爐爐內壓力、保證高爐運行穩(wěn)定的關鍵設備。

　　由于半凈煤氣中含有大量灰塵，氣流在經過半凈煤氣調壓閥組減壓時，混有灰塵的高速氣流會對半凈煤氣調壓閥組造成強烈的沖刷。由于這種強烈的沖刷，導致半凈煤氣調壓閥組的使用壽命都比較短，國內產品一般只有三個月左右，國外產品一般在十二個月左右。半凈煤氣調壓閥組的頻繁損壞嚴重制約了煉鐵高爐的生產效率，各閥門制造廠商也都在努力提高半凈煤氣調壓閥組的使用壽命，但效果都不明顯。秦冶重工有限公司在吸收借鑒國內外相關經驗的基礎上，針對實際工況中半凈煤氣調壓閥組的損壞情況，改變傳統思想，從氣流入手，通過在調節(jié)蝶閥前面設置導流柱，改變氣流流態(tài)，實現分級減壓，緩解氣流對調壓閥組的沖刷與磨損，從而提高半凈煤氣調壓閥組的使用壽命。

　　二、半凈煤氣調壓閥組介紹

　　半凈煤氣調壓閥組主要由調節(jié)蝶閥、前后封頭、接管、波紋補償器和驅動裝置等部件組成，如圖1所示。每臺調壓閥組一般根據介質流量大小配置四個不同口徑的調節(jié)蝶閥，每個調節(jié)蝶閥均配套獨立的驅動裝置。因此可以單獨調節(jié)通過每個調節(jié)蝶閥的流量，從而實現對整個管路上煤氣流量的粗調和精調。經過調壓閥組調壓后，煤氣的壓力由0.25MPa左右減小到0.02MPa左右，低速氣流變?yōu)楦咚贇饬?，同時消耗掉大部分能量。

　　圖1 調壓閥組結構

　　1.前封頭 2.接管 3.驅動裝置 4.后封頭 5.調節(jié)蝶閥 6.波紋補償器

　　對于半凈煤氣調壓閥組，其煤氣含塵量一般在10-20g/Nm3，高速的含塵煤氣會對閥門造成強烈的沖刷而導致閥門損壞，如圖2、圖3所示。為避免含塵煤氣對閥門的沖刷損壞，目前，各閥門制造廠家的做法就是在閥門內筒壁噴涂耐磨材料來提高閥門的抗沖刷能力。由于噴涂材料和噴涂工藝的限制，通過這種做法來延長閥門使用壽命的效果并不明顯，閥門的使用壽命沒有得到大幅度提高。

　　圖2 現場閥門及管道損壞圖

      圖3 閥門內部損壞圖

　　三、新型半凈煤氣調壓閥組的研制

　　通過分析可以看出，半凈煤氣調壓閥組的損壞主要是閥門在小角度開啟調節(jié)煤氣壓力時造成的，高壓的氣流在經過閥門時，介質的流速增加，含有灰塵的氣流對閥門造成強烈的沖刷導致閥門損壞。目前通用的噴涂做法只適用于含塵量較低的凈煤氣調壓閥組，半凈煤氣調壓閥組的損壞主要是由于介質內含有較多灰塵造成的。因此，要想較好的延長閥門的使用壽命，必須改變傳統的思維方式。我公司對半凈煤氣調壓閥組的改進主要從改變氣體流態(tài)和引入耐磨襯套兩個方面入手。

　　在改變氣體流態(tài)方面，秦冶重工有限公司主要是通過在閥門前面的接管內設置導流柱。氣流在經過導流柱后，流態(tài)發(fā)生改變，消耗了部分能量，流速降低，使其對閥門的沖刷能力減弱，如圖4所示。為保證導流柱不影響閥門的介質過流量，導流柱占用的體積要不大于調節(jié)閥門閥板所占用的體積。為了有效改變介質氣流的流態(tài)，導流柱的形狀要根據接管的大小和流體的壓力、流速等設計有效的導流柱形狀。當氣流進入調壓閥組后，首先要經過導流柱，導流柱能有效地降低氣流流速并改變氣流的流態(tài)，很好的避免了氣流對閥門的直接沖刷，且實現了對介質的分級減壓，有利于延長閥門的使用壽命。

　　圖4 閥門導流柱示意圖

　　導流柱的截面形狀和安裝位置是導流柱設計的主要參數，不同形狀的導流柱對氣流流態(tài)的影響不同，不同的位置決定氣流經過導流柱后是否能夠很好的抵消。我公司主要通過三維軟件模擬分析的方法確定導流柱的形狀及安裝位置，通過對閥門施加等同于工況條件的氣流，綜合分析氣流對管壁和閥門的沖刷力后確定導流柱參數，如圖5所示。

　　圖5 導流柱對氣流影響模擬圖

　　除了安裝導流柱來減弱含塵介質對閥門的沖刷外，對于半凈煤氣調壓閥組，我公司還在調壓閥組的接管及調節(jié)蝶閥內壁鑲嵌耐磨襯套。耐磨襯套是將耐磨合金分層堆焊在3-5mm厚的鋼板上，形成耐磨板，然后再根據需要卷制成不同的襯套鑲嵌在接管及調節(jié)蝶閥內，從而提高半凈煤氣調壓閥組抗沖刷的能力。

　　通過三維模擬及用戶現場使用，增加導流柱和耐磨襯套的半凈煤氣調壓閥組使用壽命較改進前的結構得到了很大的提高，均可以達到一年半以上，較國外的同類產品性能也有了很大的提高。

　　四、結語

　　導流柱的引入打破了傳統的思維方式，變適應氣流為改變氣流，所起到的效果也非常明顯，很好的解決了冶金行業(yè)存在的半凈煤氣調壓閥組使用壽命短的瓶頸問題。新型半凈煤氣調壓閥組的研制，可有效降低煉鐵高爐的休風率，提高了高爐的生產效率。新技術的應用使此類閥門的品質有了很大的提高，打破了此類閥門主要依靠進口的壁壘，為國內各大鋼鐵企業(yè)的技術發(fā)展提供了借鑒，本文相關的論文有：中國閥門產值遞增