高炉减压阀组振动过大原因分析及应用.pdf

冶 金 动 力 MET AL L URGI C AL P OWER 2 0 1 5 年第 1 2 期 总 第1 9 0期 高炉减压阀组振动过大原因分析及应用 裴 占宁 上海梅山工业民用设计研究院有限公司， 江苏南京2 1 0 0 3 9 【 摘要】 通过对梅山钢铁股份有限公司 高炉减压阀组剧烈振动的原因分析 ， 结合高炉减压阀组改造 项目的实践经验 ，得出在设计中充分考虑气流分布以及管道布置对管道振动的影响并采取适当的措施可以有 效控制减压阀组及其组件的振动， 使设备长期稳定运行的结论。 【 关键词】高炉减压阀组； 振动； 气流分布； 管道布置 【 中图分类号】 T F 3 2 5 ． 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】1 0 0 6 6 7 6 4 2 0 1 5 1 2 0 0 2 0 0 2 An a l y s i s o f Ex c e s s i v e Vi b r a t i o n o f P r e S s u r e Re d u c i n g Va l v e Se t f o r Bl a s t Fur na c e P EI Zh a n n i n g D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e o f S h a n g h a i Me i s h an I n d u s t r i a l a n d C i v i l E n g i n e e r i n g C o ． ，L t d ． ，N a n j i n g , J i a n g s u 2 1 0 0 3 9 ,C h n 【 A b s t r a c t 】 T h r o u g h a n a l y s i s o f s e v e r e v ib r a t i o n i n t h e p r e s s u r e r e d u c i n g v a lv e s e t o f th e N o ． 4 b l a s t f u rna c e i n Me i s h a n S t e e l a n d b ase d o n t h e e x p e ri e n c e s i n the t r a n s f o r ma ti o n p r 0 一 j e c t o f the p r e s s u r e r e d u c i n g v al v e s e t ，i t W a S c o n c l u d e d t h a t g i v i n g f u l l c o n s i d e r a t i o n t o the e ff e c t o f p i p i n g a r r an g e me n t an d a i r f l o w d i s t r i b u t i o n o n p i p e v i b r a t i o n a n d t a k i n g a p p r o p ri a t e v i b r a t i o n c o n tro l me asu r e s i n d e s i g n c o u l d e ff e c t i v e l y c o n t r o l t h e v i b r a t i o n o f r e d u c i n g v a l v e s e t a n d i t s c o mpo n e n t s ，t o a c hi e v e l o n g -t e rm s t a b l e o p e r a t i o n o f t he e q u i p me n t ． 【 K e y w o r d s 】p r e s s u r e r e d u c i n g v a l v e s e t o f b l a s t f u r n a c e ；v ib r a t i o n ；a ir f lo w d i s t ri b u t io n ； pi p i n g a r r an g e me n t 1 引言 煤气减压阀组是高炉炼铁系统的关键设备， 该 设备安装在除尘设备后的煤气管道上 ，与煤气余压 透平发电装置 T R T 并联。高炉产生的高压的高炉 煤气正常生产时经过T R T发电后， 温度和压力降低 进入低压煤气总管，在 T R T出现故障或检修时， 高 压的高炉煤气经过减压阀组减压后并入高炉煤气低 压管网。煤气减压阀组对控制高炉炉顶压力和保障 高炉的安全生产起到重要的作用。随着炼铁工艺的 发展， 高炉的规模越来越大， 高炉的规模增大带来煤 气量的增加 ，同时工艺的发展也带来了炉顶压力越 来越高 ，煤气量的增加和压力的提高都对减压阀组 的性能提出了更高要求。 2 梅山高炉减压阀组现状 上海梅山钢铁股份有限公司 高炉炉容 3 2 0 0 m s ，煤气量 4 8 ～ 5 5 万 m 3／ h ， 炉顶压力约 2 5 0 k P a 。高 炉 T R T 发电机组故障或检修时， 高炉产生的高炉煤 气经重力除尘和干法除尘净化后通过减压阀组， 将 高炉煤气压力由2 5 0 k P a 减至 1 2 k P a 。 高炉减压阀 组 由前后封头和封头之间的 4根支管 以及支管上的 4 个三偏心蝶阀组成 ， 4 个三偏心蝶阀由C C I 供货， 整个阀组 由国内某知名设计院设计集成。高炉投产 后 ， 减压阀组都出现了震动过大的现象 ， 开启减压阀 组后，减压阀后的管道震动比较严重 ，很短时间内 约 1 - 2 h 就会出现管道震裂的情况。管道 出现震 裂后， 需要组织人员进行抢修， 抢修频率高， 难度大， 并且会影响高炉生产 ， 同时液压缸经常产生渗漏 ， 拉 杆等附件也容易损坏。 3 原因分析 由于现场的管道震动很大 ， 减压阀组工作时 ， 减 压阀组平台也跟随减压 阀组一起震动 ；从裂纹的位 置分析， 管道上的裂纹主要分布在减压阀后支管上， 2 0 1 5 年第 1 2 期 总 第 1 9 0期 7 台 金 动 力 ME T A L L U R G I C A L P O WE R 2 1 也和管道震动最大的位置相符 ；管道上的裂纹主要 是沿管道纵 向的裂纹。 由于阀组前后的压力相差很大，其比值大于临 界压力比，在每个阀门的阀板周边气流速度很高以 及阀门前后 由于气流分布不均，会产生强烈 的激波 噪声并引起 阀门和管道的震动，这是产生振动的内 部因素；由于管道具有一定的柔性是振动产生的外 部因素。因此 ，从这两个方面来分析振动过大的原 因。 3 ． 1 内部因素 3 ． 1 ． 1 高炉煤气本身的因素 由于高炉不断向大型化发展 ，高炉煤气 的发生 量不断增加 ， 减压阀组的尺寸也随之增加 。 高炉工艺 的发展， 炉项压力也有提高。 由于高炉煤气除尘工艺 的发展 ，越来越多的高炉煤气净化工艺 由湿法除尘 改为干法除尘 ，除尘工艺的改变导致了高炉煤气温 度的提高 ，由原来 4 0 ℃左右提高到 1 0 0～2 5 0 ℃， 煤气的工况风量也随之增加。以上因素造成了高炉 煤气减压阀组尺寸在不断增加 ，前后的压力差也在 增加， 工作温度也有显著的提高。 3 ． 1 ． 2 气流分布的因素 高炉煤气在高速流经减压阀后所形成的涡流是 引起管道震动的直接原因。 由于减压阀的节流作用， 压力由高至低， 减压处的气体流速非常大，接近声 速； 同时， 由于气体的压力急剧降低， 体积瞬间增大 到原来 2 ．5 倍左右；接近声速的流体速度以及体积 急剧增大， 使气流中产生涡流， 涡流与管道接触使管 道产生震动。廖定荣圜 指出， 减压阀进出口的喇叭状 导流管对气流的分布有较大影响，减压阀组 出口管 设置的水封对气流分布也产生较大的影响。 3 ． 2 外部因素 煤气管道具有一定的柔性是产生震动的外部因 素。 减压阀组及减压阀组前后的管道都是钢铁材质 ， 具有一定的柔陆。通常来讲， 管道的直径越大、 管道 的壁厚越厚、管道的支架间距越小，管道的柔性越 小。减压阀组的支管的柔性大小对减压阀组的震动 有相当大的影响，减压阀组前后管道的柔性大小也 对减压阀组的震动大小有一定影响。 支架的柔性也对减压 阀组的震 动有一定 的影 响， 刚度强的支架可以避免和管道形成共振， 从而避 免由于共振使管道的振幅成倍增加而导致的管道损 坏 。 由以上分析可知 ， 造成管道振动的因素很多， 分 析 出主要因素成为解决减压阀组振动问题的关键因 素。 由于减压阀组的工艺功能为气体减压， 所以气体 压力降低和体积增大是不可避免 的。管道和支架在 原设计中已经考虑到振动因素 ，管道壁厚进行加强 处理 ， 管道支架也采用多片支架 以减少震动。 改善气 流分布状况从而减少涡流成为减小管道震动的主要 措施。 4 改造方案 常用的减压阀组有两种形式 ， 一种是长型结构 ， 另一种短型结构 ， 两种结构都有成功应用的案例。 长 型结构的优点在于 ， 气流截面积改变缓慢 ， 减压阀后 的流道长 ， 有利于气 流稳定 ； 缺点在于， 由于减压阀 组的支管长度增加 ， 管道的柔 I生也增加 ， 管道的刚度 相应减少， 不利于减少阀组的振动。 梅钢的减压阀组 采用长型结构 ，并且现场的情况决定 了改为短型结 构的减压阀组并不现实，所 以根据长型减压阀组的 实际情况制定了减振方案。根据上述振动产生的原 因及现场的实际情况 ， 制定 了减少振动的方案。 4 ． 1 取消减压阀组后封头与消声器之间的缩径管 由于减压阀组后封头与消声器之间存在缩径管 的原因 ， 煤气 的能量不能得到充分的释放 ， 使支管与 封头连接部位的涡流状态加剧 ，而涡流状态加剧是 管道及支架产生振动的主要原因，因此方案中取消 减压阀组后封头与消声器之间的缩径管，改为与后 封头管径相同的短管相接。 同时 ， 由于与消声器的接 口发生变化 ， 联系原消声器厂家确认 ， 可以对消声器 部锥管部分切割改造 ，从而实现取消减压阀组后封 头与消声器之间的缩径管。改造前后减压阀组外形 如图 1 。 4 ． 2 支管之 间用结构钢连接 由于梅钢的减压阀组采用长型结构，其支管的 柔性更强 ， 刚度更小 ， 易产生振动。将 4根减压阀支 管两两相连可以增强减压阀组的整体性 ，整体钢性 显著增强。 4 ． 3 增加支管的壁厚 增加管道的壁厚来增加刚度是简单且行之有效 的方法， 由于振动的原因， 现有减压阀组支管都存在 振裂后紧急修复的补丁， 这些补丁不仅影响美观， 最 重要的是影响支管的强度， 存在安全隐患。 本项目中 将原来各管道支管更换并将支管的壁厚 由 1 0 mm 增加到 1 6 IT l ln ，支管 自身的强度从而得到有效增 加，同时由于支管壁厚的增加也可有效增加支管的 强度， 可以抵抗强度更高的振动， 使减压阀组整体更 稳定。 5 改造结果及应 用效 果 下转第2 6 页 冶 金 动 力 Ⅳ 匝TA L LU RGI CAL P OWER 2 0 1 5 年第1 2 期 总 第1 9 0 期 常规系统更加安全可靠。 8 采用风机变频。针对除尘风机、 循环风机选 择采用变频技术，淘汰了原先液耦或油压调速器的 设计方案 ， 新方案降低了机械故障发生点 ， 增大了设 备可调节范围，增强了变工况下 的系统稳定运行能 力 ， 节约电能。实践证明这样的选择是正确的。 4结语 通过一座 1 2 5 t ／ h干熄焦项 目的实施 ， 对过程中 涉及的问题从技术和设备两个方面进行了分析和总 结。 所实施项 目经过一年多的运行实践表 明， 上述选 择具有积极意义 ，既提高了系统运行 的连续性和安 全性， 又降低了检修维护要求和成本。 因受项目条件 限制而未能实现的部分， 也将给其他项目提供借鉴。 [参 考 文 献 】 [ 1 ]罗时政， 乔继军 ， 张丙林 ．于熄焦 生产操作与设备维护[ M 】 ． 北京 冶金工业出版社 ， 2 0 0 9 ． 【 2 】 全喜红． 于熄焦旋转焦罐衬板的改造册． 燃料与化工， 2 0 1 1 ， 4 2 2 2 4 ， 【 3 】马希博 ， 甘秀石．鞍钢 干熄焦工艺存在 的问题及改进措施叨．鞍 钢技术 ， 2 0 1 1 ， 3 6 7 1 4 2 4 7 ． [ 4 1甘宪程．干熄焦红焦装入 系统设备优化与技术改造册．酒钢科 技．2 0 1 1 ， 4 1 2 1 4 ． [ 5 ]王亚东， 赵云峰．大型捣 固焦炉配套干熄焦的设计与开发m．燃 料与化工． 2 0 1 3 ， 4 4 2 2 O 一 2 3 ． 收 稿 日期 2 0 1 5～O 91 8 作者简介 李冬庆 1 e0 7 9 ～ ， 男 ， 毕业于南京工业大学热能与动力工 程专业 ， 硕士研究生学历 ， 现从 事工业余热余压利用技术 ， 高效传 热 传质设备技术研究 工作 。 上接第 2 1页 图 1 改造前后减压阀组外形图 2 0 1 4年 8 月利用高炉休风机会， 对减压阀组进 行 了改造，改造 的内容主要包括对减压阀组后的管 道进行改造 ，取消减压阀组后封头与消声器之间的 缩径管 ，更换 4根减压 阀组支管 ，更换 已振坏 的 D N 6 0 0的调节 阀 ， 更新部分液压管路 ， 对管道支架 和平台以及消声器进行改造 。 改造后 ， 减压 阀组投入 使用 ，并对 T R T进行大修 ，减压 阀组连续运行 2 8 天， 减压阀组及相关管道的振动明显减少， 整个阀组 运行状态良好。 6 结论 高炉的规模越来越大，高炉煤气减压阀组处理 的气量越来越大， 减压阀前后的压差也越来越高， 给 减压阀组的设计施工带来一定 的问题 ，尤其是 由于 气量大、压差高带来的减压阀组振动给生产的运行 带来相当的麻烦 。这些问题经过理论分析并且采取 相应的对应措施可以有效减少减压阀组 的振动 ， 为 高炉稳定生产提供保障。 【 参 考 文 献 】 [ 1 】徐祖 倚 ．高炉减压 阀组 的特性和改进忉．炼铁 ， 1 9 9 1 2 4 64 9 ． 【 2 ]2 廖定荣． 布袋除尘系统减压阀组及管道震动与裂缝的原因分析 及解决方法们． 冶金动力， 2 0 1 2 5 2 0 2 1 ． [ 3 】 邢迎春． 首钢京唐 5 5 0 0 m 高炉减压阀组振动问题的分析与改 造叨．矿冶 ， 2 0 1 3 1 1 1 9 1 1 9 3 ． 收稿 日期 2 0 1 5 0 90 8 收到修改稿 日期 2 0 1 50 9 2 2 作者简介 裴 占宁 1 9 7 7一 ， 男 ， 2 0 0 7年毕业于安徽工业大学化学工 艺专业 ， 工程师 ， 注册化工工程师 ， 现从事冶金燃气设计 及废气 治理 工作。