冶金工程论文
1 工程概况
某钢铁公司新建 1 座 2 650 m3高炉， 高炉炉体冷却壁、 炉底、 热风阀均采用了软水密闭循环冷却水系统。 循环冷却水由循环供水泵组供至高炉风口平台下分成 3 路， 一路供炉底水冷管使用， 炉底水冷管出水串级供给热风阀使用； 第二路、 第三路供炉体冷却壁使用， 炉体冷却壁采用分段冷却。 设计循环冷却水量为 6 220 ~ 7 070 m3/ h, 供 水压力为0.99 MPa （ 泵 出口 ）， 回水压力为 0.40 MPa （ 泵 入口）， 供水温度为 40 ℃， 回水温度为 48 ℃。
新建高炉软水密闭循环冷却水系统在通水调试初期出现了循环供水泵及补水泵大量集气、 水泵出口手动阀门开启角度偏小、 水泵泵壳破裂、 水泵振动超标等现象， 针对通水调试初期出现的一系列问题， 逐一研究分析， 对系统进行了全面调整， 保证了高炉正常投产运行。
2 运行调试出现的问题
（1） 系统内大量集气。 设计密闭循环冷却水供水泵共计 3 台， 2 用 1 备， 初期运行过程中有 1 台水泵电流突然减小到额定电流的 30% 左右， 水泵响声异常， 系统循环水量迅速下降。 停泵后将泵壳顶端放气阀打开， 发现泵壳内集存了大量的气体。系统设计有 2 台补水泵， 1 用 1 备， 运行一段时间后也出现了集气现象。
（2） 循环供水泵出口蝶阀开启角度小、 供水压力平衡数值与设计出入较大。 按设计要求的循环水量对系统进行了初调， 系统循环水量为 7 070 m3/h, 供水压力为 0.9 MPa, 膨胀罐定压为 0.26 MPa,泵站回水管压力 0.66 MPa, 供水泵组出口蝶阀仅开启 30°， 阀门前后压差为 0.2 MPa, 系统不能按照设计压力平衡图的参数运行。
（3） 水泵泵壳破裂。 在初期运行的过程中 2 号循环供水泵泵壳破裂， 漏水严重， 不能正常运行。
（4） 水泵振动超标。 在初期运行的过程中 3 号循环供水泵振动超标， 且发出异常响声， 而且随着泵出口阀门开启角度的加大而变大。
3 问题分析及处理措施
3.1系统中大量集气现象的分析及处理措施
查看设计图纸， 系统在高炉炉顶平台上、 热风炉炉顶平台上均设有脱气罐， 而且综合管廊内还设有 4 台自动排气阀， 基本满足系统排气要求， 正常情况下不会在循环供水泵内集存大量气体。 而经过对系统全线排气设施的检查发现， 在通水初期没有进行全系统的排气工作， 直接启泵运行， 热风炉炉顶设置的改进型脱气罐没有安装自动排气阀， 管廊内自动排气阀由于质量问题均不能实现自动排气的功能。
系统充水后管道在局部高点、 阀门等处集存了一定量的气体， 由于没有设置自排气阀或设置了自排气阀却没有起到应有的作用， 各处集存的少量气体随水流运行逐渐聚集成大气泡或大气团[1], 当这部分气体进入泵体后， 导致水泵扬程、 功率和效率急剧下降， 最后水泵停止出水[2-3]. 根据分析结果采取以下措施： 在系统内安装手动排气阀的地方定期排气， 排气间隔时间为 4 h, 直到系统集存的气体全部排空； 其次， 要求建设方尽快在热风炉处的改进型脱气罐上安装自动排气阀， 在没有安装自动排气阀时要定期手动排气， 排气间隔时间为 4 h;再次， 要求建设方尽快将综合管廊内 4 个自动排气阀更换， 并在补水泵出口加设自动排气阀。
3.2泵出口蝶阀开启角度过小问题的分析及处理措施
将现场实际运行的数据与设计时的压力平衡图进行比对， 发现无论是工艺用户还是供回水管道均没有达到设计的阻力损失值， 尤其在工艺用户处阻力损失值严重偏小， 设计损失值为 0.30 MPa, 而实际上仅损失了约 0.15 MPa. 主要原因是工艺生产线上的所有阀门均全部打开， 没有做任何调节， 管道阻力损失计算时采用了适用于旧钢管的水力计算公式， 计算出的水力损失值较新管道偏大。 系统总体阻力损失较设计值偏小造成了供水泵组出口阀门开启角度偏小、 系统不能按原设计平衡参数运行。
经过对系统阻力损失的重新核算， 调整了系统压力平衡参数， 供水总管压力要求控制在 0.74MPa, 膨胀罐定压 0.10 MPa. 按照新给定的平衡参数对膨胀罐的定压值进行了调整， 系统内压力基本平衡。 在密闭循环水系统中循环水泵扬程应根据系统环路水头损失加裕量确定[4], 即循环供水泵扬程与系统的阻力损失之和相当， 要想加大泵出口阀门开启角度只有 2 种办法， 其一是更换扬程稍低的供水泵， 其二是关小系统中其它部位的阀门增大系统损失。 由于水泵没有现货供应， 高炉投产在即， 决定在保证循环水量及压力平衡数值不变的前提下对系统的总供水阀、 总回水阀、 空冷器进出水管道上的阀门进行调节。 将系统总供水阀关至 65°， 总回水阀关至 70°， 空冷器进出水管道阀门关到 50°，最终将水泵出水口阀门开至 55°， 阀前后压差为0.04 MPa, 保证了系统的安全运行。
3.3水泵泵壳破裂问题的分析及处理措施
由于当时正值系统中大量集气阶段， 甲方及设备供货商均认为是气蚀。 现场打开泵壳后发现泵壳破裂处壳体已成了蜂窝状， 但水泵叶轮完好无损。
叶轮是水泵中高速旋转的部件， 叶轮前端高压区是最容易被气蚀损坏的， 因此可以判定泵壳破裂主要原因是泵壳铸造缺陷。 供货商首先采取了补焊的处理方法， 由于泵壳材质为铸铁， 最终补焊的效果不佳， 供货商又采取了用铁胶泥修复的方法， 修复后水泵漏水量大大减小， 可以临时使用。 现场将修复的水泵作为系统备用泵， 同时督促水泵供货厂商及时铸造新泵壳。
3.4水泵振动超标问题的分析及处理措施
管道中集存了气体会导致水流不稳而使水泵泵体振动， 水泵与电机同心度偏差太大和水泵叶轮没有进行动平衡调整也会使水泵泵体振动， 经现场确认不是由于集气和电机与水泵同心度偏差造成的水泵振动后， 在打开泵壳准备对叶轮进行动平衡试验时， 发现泵壳内有 2 块木板和 3 根钢筋棍。 将杂物取出后， 泵体不再振动。
4 结语
在调试过程中会发生各种各样的问题， 导致问题发生的原因有很多， 需要全面的分析考虑， 以准确高效地解决问题。
系统清洗、 排气、 调节系统供水压力平衡是密于学锋， 郝建平： 高炉软水密闭循环冷却水系统调试问题分析闭循环水系统调试的关键性问题， 需要引起足够的重视。 设计中必须在易集气的地方设置排气设施，设备采购中不可一味追求低价中标， 更要保证设备质量。 施工过程中管道清洗工作要认真进行， 确保系统杂物尤其是大块杂物彻底清除， 保证系统安全运行。 调试过程中操作人员要详细分析整个管路系统， 检查是否在所有局部最高点均设置了排气设施， 并确认排气设施的功能完好后再启动循环供水泵试运行。 压力平衡的调节需要对泵站、 管沟、 工艺生产线上的主要阀门同时进行调节， 才能达到良好的效果。
参考文献:
[1] 盛 新一 , 崔冰。 闭路循环水系统排 气问题的分析 [J]. 中 国水运， 2008, 8（7）： 225-226.
[2] 南 忠 , 白明娣 , 王胜强 , 等。 关于水泵气蚀现象的初步探讨[J]. 山西水利科技， 1999, （S1）： 73-75.
[3] 陶晓娟。 离心泵间歇和持续汽蚀的避免[J]. 工业用水与废水，20005, 36（1）： 61-63.
[4] 王笏曹。 钢铁工业给水排水设计手册[M]. 北京： 冶金工业出版社， 2002.