濟南鋼鐵股份有限公司 朱琳 郭亮 商文卿

0 前言

威金斯氣柜是轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝中重要的煤氣收儲和外供設(shè)備，起到平衡轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)生量周期性變化的作用，具有活塞升降速度快、耐粉塵、無需密封介質(zhì)等優(yōu)點，也存在儲氣壓力低、密封性差等缺點。因轉(zhuǎn)爐煤氣冷凝水腐蝕性強而導致的威金斯氣柜底板、側(cè)板、活塞板及橡膠膜腐蝕嚴重是威金斯氣柜運行過程中一項較為常見的安全隱患。濟鋼煉鋼廠 45 t轉(zhuǎn)爐區(qū)域 50 000 m3威金斯氣柜自2008年3月開始出現(xiàn)漏點，主要集中在活塞頂板、一層抗風梁處側(cè)板及氣柜底板等部位。

為更好的監(jiān)控該氣柜重大隱患的劣化趨勢，為氣柜運行和檢修提供決策依據(jù)，我們在實踐中利用統(tǒng)計學中的時序圖、雷達圖、箱線圖等工具發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的潛在信息，還原隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，總結(jié)出若干經(jīng)驗指導我們的生產(chǎn)與檢修實踐，為同類型設(shè)備及其他大型煤氣設(shè)備的監(jiān)控打開一條新的思路。

1 確定監(jiān)控對象

在選擇監(jiān)控對象時我們考慮分密封系統(tǒng)和調(diào)平系統(tǒng)兩部分進行，密封系統(tǒng)側(cè)重已經(jīng)出現(xiàn)較嚴重泄漏并進行過多次焊補的活塞板、側(cè)板和底板，對其漏點形式、漏點位置、焊補效果、泄漏量進行統(tǒng)計；調(diào)平系統(tǒng)中主要監(jiān)控活塞水平，包括活塞傾斜量、偏轉(zhuǎn)方向、活塞與T擋板間隙等，這些也是生產(chǎn)運行中需關(guān)注的重要工藝參數(shù)。

2 選擇分析工具

(1)Pareto圖，是一種基本的質(zhì)量控制工具，用來突出顯示最常出現(xiàn)的缺陷、缺陷的最常見原因等。我們將其用于統(tǒng)計分析底板和活塞板漏點位置、漏點形式和焊補效果。

(2)餅圖，用于顯示每個數(shù)據(jù)類別相對于整個數(shù)據(jù)集的比率，我們將其用于統(tǒng)計分析漏點處理效果等。

(3)時序圖，用于評估數(shù)據(jù)隨時間變化的模式，具有簡單、方便、直觀的優(yōu)點。我們將其用于統(tǒng)計分析底板泄漏量、活塞傾斜量等。

(4)散點圖，用于通過相對于一個變量繪制另一個變量來圖示說明兩個變量之間的關(guān)系。我們將其用于統(tǒng)計分析活塞傾斜量與活塞高度的關(guān)系。

(5)箱線圖，也稱為方框須線圖，用來評估和比較樣本分布，能顯示樣本時間、異常值、中位數(shù)、平均值等重要信息。我們將其用于統(tǒng)計分析活塞傾斜量的時序變化。

(6)雷達圖，統(tǒng)計學中用于分析樣表數(shù)據(jù)分布，我們在此借鑒其方法用于統(tǒng)計分析活塞傾斜量，從而得出活塞傾斜方向等重要信息。

全部分析工具在 Minitab 1.5平臺上實現(xiàn)，Minitab軟件是全球公認的在質(zhì)量改善及六西格瑪市場上運用的主要統(tǒng)計軟件，提供普通統(tǒng)計學所涉及的所有功能，如描述性統(tǒng)計分析、假設(shè)檢驗、相關(guān)與回歸、列聯(lián)表和多元統(tǒng)計分析等，包括了豐富的質(zhì)量分析工具，如統(tǒng)計過程控制、試驗設(shè)計、測量系統(tǒng)分析、可靠性分析和抽樣檢驗等。同時，Minitab能夠繪制箱線圖、直方圖、散點圖、時間序列圖、曲面圖和概率分布圖等 20多種統(tǒng)計圖形，生動形象的顯示了數(shù)據(jù)分析的結(jié)果。

3 分析過程及結(jié)論

活塞板漏點總計出現(xiàn)46處，主要形式有4種，分別是檢修支柱加強圈、鋼板對焊焊縫、鋼板搭接焊焊縫、鋼板表面，通過Pareto圖統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)漏點形式中80%位于檢修支柱加強圈處，如圖1所示。

這一現(xiàn)象的主要成因是在氣柜建設(shè)時將施工工藝要求的4次焊接減少為3次，導致焊縫強度降低，此外焊縫在氣柜落床插入檢修支柱時承受的較大應力是次要原因。針對這一情況，我們在點巡檢中重點關(guān)注這一部位，并在2010年4月的氣柜大修中對這一部位重新焊接，解決了這一安全隱患，之后此部位再未出現(xiàn)漏點。

圖1 漏點形式的Pareto圖

將活塞板分為4個象限，通過活塞板漏點位置的統(tǒng)計繪圖分析，發(fā)現(xiàn)第三象限漏點數(shù)占比 50%這一經(jīng)驗，遠遠高于25%的平均數(shù)，如圖2所示。

第三象限是活塞板泄漏的重點區(qū)域，考慮氣柜進出口位置及煤氣在柜內(nèi)的流向可以初步推斷上述規(guī)律反映出在第三象限煤氣對活塞板的沖刷腐蝕作用較其他象限嚴重，防腐層的過度消耗使腐蝕進程加快，直接表現(xiàn)為漏點集中出現(xiàn)。支持這一推斷的還有側(cè)板腐蝕的規(guī)律，在側(cè)板靠近氣柜出口的位置漏點的出現(xiàn)數(shù)量及嚴重程度明顯高于其他位置，可以為之輔證，因此我們在大修過程中對這一區(qū)域進行了重點防腐。

圖2 漏點位置分布圖及餅圖

活塞板漏點修補方法主要有3種，即直接焊接、間接包焊、粘合劑封堵，經(jīng)過 21次修補后發(fā)現(xiàn)修補成功的平均概率為僅為 71.4%，遠遠不能滿足安全要求，如表1所示：

表1 修補效果統(tǒng)計

直接焊接和間接包焊均采取一般手工電弧焊，修補成功概率低除與焊工技術(shù)水平有關(guān)外，更大原因在于手工電弧焊時電流過低(90A左右)，焊接未吃透母材，之所以焊接電流過低是因為活塞板設(shè)計厚度4.5 mm，經(jīng)多年腐蝕后極薄處不足2 mm，一般在3~4 mm之間，在如此薄的母材上焊接如電流過大最直接的危險就是焊透母材導致煤氣泄漏，故雖然我們在焊補過程中選取了技術(shù)水平較高的焊工，保持低柜位降低柜內(nèi)壓力等一系列措施，但焊接質(zhì)量仍不理想，而粘合劑封堵由于煤氣含水量大等因素影響成功概率更低。

針對這一現(xiàn)象我們采取了焊、堵、防腐相結(jié)合的方法，即在焊接前利用金屬粘合劑或密封膠加纖維等堵漏材料對漏點及周圍做堵漏處理，再將鋼板附于其上，壓緊的同時進行焊接，隨后進行重防腐，這樣漏點就由原來的一道防線增加到三道防線，效果較之前有極大提高，這一方法也推廣至側(cè)板漏點焊補上，效果同樣良好，修補成功率達到95%以上。

通過時序圖對活塞水平的傾斜量進行統(tǒng)計分析，可以直觀的反映不同時間測得的活塞水平傾斜量的差異，如圖3所示。

圖3 活塞傾斜量的時序

從圖3可見，雖然活塞傾斜量始終保持的標準的30 mm以內(nèi)，但相鄰時間點的傾斜量往往相差較大，這是由于每次傾斜量測定時的柜位不同，為探索柜位與活塞傾斜量之間的關(guān)系，我們使用散點圖來定性描述二者的關(guān)系，如圖4所示。

圖4 傾斜量與柜位的散點圖

可見，傾斜量與柜位存在明顯的正相關(guān)性，為定量表述二者的關(guān)系，我們引入相關(guān)性分析和回歸方程，相關(guān)性分析結(jié)果是“傾斜量和柜位的Pearson相關(guān)系數(shù)=0.981，P值=0”，可見二者卻為明顯的正線性相關(guān)。通過回歸分析給出回歸方程為“傾斜量=-6.44+1.38×柜位”，建立回歸方程可以將二者的線性關(guān)系定量描述下來，在不同柜位測得傾斜度后均可將柜位值代入此方程，利用此方程得出的計算值與實測值對比，從而掌握活塞傾斜量的變化趨勢，消除柜位帶來的影響。

當活塞傾斜量過大時必須通過調(diào)整鋼絲繩系統(tǒng)對活塞水平予以修正，我們通過雷達圖分析，簡單明了風波地反映出活塞傾斜狀況，使我們在調(diào)整活塞水平時更準確，免去了多次調(diào)整增加的無用工作量，如圖5所示：

圖5 活塞傾斜量的雷達圖

上圖中外圍數(shù)字代表氣柜立柱編號即鋼絲繩編號，雷達坐標表示水平儀示數(shù)，利用上圖可以發(fā)現(xiàn)氣柜北偏西方向存在明顯傾斜，最大傾斜度 30 mm，已達到允許范圍30 mm的上限需立即調(diào)整，根據(jù)雷達圖可以方便的制定活塞調(diào)平方案，即放松1#、2#、3#、4#、5#鋼絲繩或收緊 7#、8#、9#、10#鋼絲繩，調(diào)整幅度約為5~25 mm，后借助拐尺及彈簧秤做微調(diào)和驗證。

通過對活塞水平儀示數(shù)的統(tǒng)計和箱線圖分析，發(fā)現(xiàn)其均值在不斷下降，從而判斷出水平儀管路發(fā)生泄漏，使我們及時處理這一隱患。

圖6 傾斜量的箱線圖

上圖是連續(xù)7周的活塞水平數(shù)據(jù)箱線圖，從中我們發(fā)現(xiàn)了一個異常規(guī)律，即7周數(shù)據(jù)的中位數(shù)存在明顯下降趨勢，這超出測量誤差范圍也超出了防凍液自然蒸發(fā)的速度，是正常情況下不應出現(xiàn)的現(xiàn)象，分析其原因我們推測水平儀系統(tǒng)出現(xiàn)了漏點，經(jīng)過認真排查我們找到了漏點并處理，補充了防凍液使水平儀系統(tǒng)恢復了正常。

通過時序圖分析對底板泄漏趨勢進行監(jiān)控，我們發(fā)現(xiàn)底板劣化趨勢從2009年9月開始放緩，為氣柜大修時間推遲至2010年4月提供了依據(jù)。

圖7曲線表示底板泄漏量與時間的關(guān)系，從中可以發(fā)現(xiàn)底板劣化趨勢從2009年9月開始放緩，據(jù)此我們將氣柜大修時間推遲至2010年4月，從而避開了生產(chǎn)滿負荷時期和低溫天氣，降低了生產(chǎn)成本、施工難度和轉(zhuǎn)爐煤氣大量放散帶來的環(huán)境污染。

圖7 底板泄漏量的時序圖

4 效果評價

(1)將50 000m3柜大修時間由2009年11月推遲至2010年4月，避開了生產(chǎn)滿負荷時期和低溫天氣，降低了生產(chǎn)成本、施工難度和轉(zhuǎn)爐煤氣大量放散帶來的環(huán)境污染。

(2)根據(jù)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律有針對性的制定大修計劃，僅用20.5 d就完成了包括底板更換、側(cè)板焊補、活塞板防腐、橡膠膜粘補等檢修作業(yè)，環(huán)保和經(jīng)濟效益都十分可觀。

(3)發(fā)現(xiàn)并總結(jié)出關(guān)于威金斯氣柜監(jiān)測的7點經(jīng)驗，為同類型設(shè)備及其他大型煤氣設(shè)備重大隱患的監(jiān)控提供了參考。