王宏利 張鵬 李自州 常金富 王鵬 李衛(wèi)東

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

安鋼1550 mm 冷軋煤氣系統(tǒng)是冷軋工程的重要組成部分，煤氣系統(tǒng)能否正常投運關(guān)系到冷軋工程的順利達產(chǎn)達效，根據(jù)整個工程的特點和實際情況，通過分析整個煤氣系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn)其存在一些不滿足生產(chǎn)需求的問題，主要原因在于冷軋紅線兩端煤氣管網(wǎng)最高壓力不同，造成整個煤氣系統(tǒng)壓力波動較大，存在著重大的生產(chǎn)安全隱患，同時煤氣管道缺少防靜電措施。為此提出了相應(yīng)的系統(tǒng)優(yōu)化措施，通過改進調(diào)壓裝置、遠程監(jiān)控及完善管路保護等技術(shù)措施，解決了煤氣管網(wǎng)運行的關(guān)鍵問題，保證了煤氣系統(tǒng)的安全運行。

1 系統(tǒng)概況

安鋼1550 mm 冷軋生產(chǎn)用煤氣由安鋼總廠區(qū)的焦?fàn)t煤氣經(jīng)過初步脫硫，加壓站加壓，途徑14 km埋地管道，送至開發(fā)區(qū)冷軋廠內(nèi)。輸送的煤氣管道通過分支，一支供鍋爐房使用，一支進入煤氣凈化站進行脫硫和脫萘。煤氣凈化站出來的煤氣直接供用戶焙燒爐，多余的凈化煤氣進煤氣柜儲存。送氣流程如圖1 所示。

圖1 送氣流程示意圖

2 存在問題

鑒于工業(yè)用煤氣的特殊性，并結(jié)合本工程的實際情況，考慮到煤氣的毒害性和易燃易爆，管道施工要求等級高，管線較長，管網(wǎng)監(jiān)測點和操作閥門比較多。經(jīng)過實地考察、理論分析和數(shù)據(jù)對比等可操作的手段，對整個煤氣系統(tǒng)的可操作性、信息透明性、安全性等進行反復(fù)論證，確認了在埋地煤氣管道壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)、信息顯示和電化學(xué)防腐存在三個方面的問題。

2．1 壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)不完善

煤氣加壓機出口壓力最高可達300 kPa，而冷軋廠區(qū)生產(chǎn)所需煤氣壓力是20 kPa ～40 kPa，由總廠區(qū)到冷軋如此長的煤氣管線系統(tǒng)，中途沒有調(diào)壓或減壓設(shè)施，在非正常工況期間或突發(fā)故障情況下，管網(wǎng)系統(tǒng)壓力需要依靠人工手動調(diào)節(jié)。反應(yīng)延遲又費工費時，不能滿足生產(chǎn)需要且存在很大的安全隱患，使管網(wǎng)的停送氣難度很大。

在煤氣輸送過程中，勢必會影響煤氣凈化效果、縮短吸附壽命甚至將吸附劑吹離，并且可能造成鼓風(fēng)機無法正常運行，導(dǎo)致閥門、儀表損壞。另外，外線煤氣壓力過大造成煤氣柜沖頂，凈化過濾裝置系統(tǒng)爆裂等安全事故，影響煤氣系統(tǒng)安全運行，對人員及環(huán)境造成安全隱患。

冷軋工程供氣設(shè)計總量為13．2 萬Nm3/h，前期煤氣加壓站供氣流量按6300 Nm3/h、每臺鍋爐用量按5000 Nm3/h(因二期工程還未投用，暫按一臺鍋爐的煤氣用量)考慮，顯然煤氣量供大于求。因此，如何合理有效的解決整個煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力均衡問題成為冷軋工程按期投產(chǎn)的關(guān)鍵問題。

2．2 信息顯示不透明

整個煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)在輸送途中缺少壓力、溫度等的檢測設(shè)備，并且缺少對這些相關(guān)設(shè)備進行遠程監(jiān)控和操作的技術(shù)設(shè)施，更缺乏在突發(fā)狀況下的異地操作功能。在發(fā)生緊急狀況時，就會造成供、用雙方信息溝通障礙操作延遲等問題，存在很大安全隱患。

2．3 缺少電化學(xué)防腐措施

施工過程中，所有煤氣管道都做了3PE 防腐處理，然而后續(xù)的施工造成管道局部涂層發(fā)生破損，這樣導(dǎo)致以土壤為電解質(zhì)的陰極和以破損的管道處為陽極而形成大陰極小陽極，從而在很短的時間內(nèi)使得管道極容易被電解而導(dǎo)致穿孔。為此，如何有效解決管網(wǎng)的被電解問題，預(yù)防管道的點蝕和坑蝕，延長管道的使用壽命，杜絕煤氣泄漏成了問題的關(guān)鍵因素。

3 改進與優(yōu)化

3．1 改進壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

3．1．1 優(yōu)化回流調(diào)節(jié)裝置。

為了保證煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，在冷軋生產(chǎn)過程中煤氣用量減小時，不至于大量的煤氣因放散而造成浪費，且污染環(huán)境。為此，在煤氣加壓站內(nèi)增加自動回流調(diào)節(jié)裝置(其布置工藝如圖2 所示)，其作用是根據(jù)冷軋實際生產(chǎn)需要的煤氣量通過自動調(diào)節(jié)閥在線自動調(diào)節(jié)，解決了投產(chǎn)初期生產(chǎn)負荷小及后期生產(chǎn)不穩(wěn)定，煤氣量變化對整個煤氣系統(tǒng)的沖擊，延緩了因流量巨變而帶來的壓力波動，使其處在正常的壓力波動范圍內(nèi)，為正常生產(chǎn)提供了穩(wěn)定的保障。

圖2 自動回流調(diào)節(jié)裝置布置工藝

3．1．2 改善壓力調(diào)節(jié)裝置。

在冷軋紅線處即DN1600 焦?fàn)t煤氣總管前安裝一套DN800 手動蝶閥、盲板閥和一臺DN800 0．4 MPa 電動調(diào)節(jié)閥組，并將煤氣正常投運后DN800 調(diào)壓閥組后最高壓力設(shè)定值初步定為35 kPa，確保調(diào)節(jié)裝置后煤氣管網(wǎng)壓力在不同生產(chǎn)狀況下或事故狀態(tài)下均不超過設(shè)計允許壓力限值，解決了冷軋紅線兩端煤氣設(shè)計壓力不匹配問題。通過對管網(wǎng)系統(tǒng)的完善，即使在生產(chǎn)突發(fā)狀況或非正常斷電的情況下，調(diào)節(jié)閥也會自動關(guān)閉，閥后兩個放散自動打開，形成微量放散，避免了煤氣管網(wǎng)壓力瞬時大幅波動的可能，調(diào)壓閥組布置如圖3 所示(圖中實線為新增裝置)。

圖3 調(diào)壓閥組布置圖

3．2 增強遠程監(jiān)控系統(tǒng)功能

為了解決供、用煤氣雙方信息溝通的障礙、緊急狀態(tài)下的操作可控，在煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)上每隔一段距離增設(shè)了壓力、溫度等的監(jiān)測設(shè)備，同時將這些實時數(shù)據(jù)自動反饋到雙方的遠程監(jiān)控系統(tǒng)界面上，保證了在突發(fā)狀況下雙方的信息透明度。一是避免因信息溝通不及時，雙方操作延遲。二是預(yù)防了因煤氣系統(tǒng)壓力過高、流速過快，導(dǎo)致煤氣柜冒頂?shù)目赡?。三是避免了過濾凈化裝置填料脫落進入管網(wǎng)使煤氣系統(tǒng)堵塞甚至癱瘓，無法正常，還可能影響整個系統(tǒng)的正常運行，造成更大的損失。

3．3 完善管路防護措施

3．3．1 改善防腐系統(tǒng)功能。

通過檢測得知埋地煤氣管道的土壤電阻率在11 Ω·m ～30 Ω·m 之間，可見土壤電阻率整體變化不大，由“土壤電阻率與腐蝕性的關(guān)系”進行比對可知，該地段的土壤腐蝕性屬于中性偏強。土壤電阻率與腐蝕性的關(guān)系參照表1。

表1 土壤電阻率與腐蝕性的關(guān)系

根據(jù)測試結(jié)果可知土壤電阻率較低其腐蝕性較強，所以對埋地管道設(shè)置陰極防護非常必要?？偹苤瑺奚枠O法陰極防護是用比被保護管道電位更負的金屬或合金與被保護的金屬相連接，犧牲陽極因為比較活潑而優(yōu)先溶解，釋放出的電流供被保護管道陰極極化，從而實現(xiàn)保護功能。由于埋地煤氣管道為鋼質(zhì)管道電位比鎂合金要高，且測得的土壤電阻率范圍適合選用鎂合金做為陽極材料，故選其為陽極。根據(jù)規(guī)范要求鎂合金犧牲陽極選取參照表2。

表2 鎂合金犧牲陽極選取數(shù)據(jù)

通過計算增加兩組鎂合金陽極和一組雙鋅電池，完善了埋地煤氣管道的防護措施，在其保護壽命周期內(nèi)，解決了電化學(xué)腐蝕管道的問題，從而延長了管道使用壽命，減少了煤氣泄漏幾率，增加了管道的安全系數(shù)。

3．3．2 改進電絕緣裝置。

原設(shè)計電絕緣裝置為絕緣法蘭。絕緣法蘭和絕緣接頭均可用于埋地鋼質(zhì)管道的電化學(xué)防腐蝕工程中，它們都具有密封性能和絕緣性能，但絕緣接頭自身克服了絕緣法蘭剛度小、易泄漏、裝配復(fù)雜、壽命短、絕緣效果不佳、需明裝等缺點。絕緣接頭現(xiàn)場安裝方便，其埋地安裝方式預(yù)防雷擊性能優(yōu)于絕緣法蘭，使用壽命與配套的煤氣管道等同，故選用絕緣接頭代替絕緣法蘭。

4 優(yōu)化效果

通過對煤氣系統(tǒng)的全面優(yōu)化完善，取得了以下幾點明顯效果:

1)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化后，解決了紅線兩側(cè)管網(wǎng)壓力不匹配問題，保證煤氣壓力維持在正常波動范圍內(nèi)，確保冷軋各煤氣設(shè)施運行在安全限值下，滿足了生產(chǎn)需求。煤氣系統(tǒng)安全性能得到提高，事故風(fēng)險頻率值降低。

2)遠程監(jiān)控系統(tǒng)功能增強后，解決了供、用煤氣雙方信息溝通的障礙及操作延遲的問題，在后期的生產(chǎn)調(diào)試及運行過程中，取得了良好的效果，為冷軋的生產(chǎn)提供了穩(wěn)定的能源保障，確保冷軋生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行。同時工人操作方便、反應(yīng)及時，且安全無誤，準(zhǔn)確可靠。

3)煤氣管道防腐蝕能力完善后，降低了土壤對煤氣管道的腐蝕能力，解決了電化學(xué)腐蝕管道的問題，減少煤氣泄漏幾率，增加管道的安全系數(shù)，延長管道使用壽命，使管道的使用壽命由20 ～30年提高至40 ～60年。

5 結(jié)語

安鋼1550 mm 冷軋煤氣輸送系統(tǒng)的完善與優(yōu)化，解決了煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)的缺陷和煤氣輸送的不可控性，使得系統(tǒng)運行性能安全、穩(wěn)定、可靠，過程操作簡單方便，突發(fā)狀態(tài)下能夠迅速反應(yīng)并及時解決，為冷軋工程前期的能源供應(yīng)提供了保重，對與類似系統(tǒng)的建設(shè)提供了技術(shù)支持。

［1］顧順符，潘秉勤．管道安裝工程手冊．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1996:336 －338．

［2］胡士信．陰極保護工程手冊．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999:598－599．