威金斯转炉煤气柜恒柜容间接气体置换方法

威金斯转炉煤气柜恒柜容间接气体置换方威金斯转炉煤气柜恒柜容间接气体置换方 法法 莱钢科技 2011 年 10 月 0 : 0000000 : ÷经验交流÷ ;………………….二 威金斯转炉煤气柜恒柜容间接气体置换方法 王营营,邵长琚,赵玉国,刘利成,王鹏 (1 能源动力厂 2 板带厂) 摘要:针对威金斯转炉煤气柜气体置换的常用方法 ,从置换过程的安全?陛,置换时 间,资 源消耗等方面进行了分析,通过相关公式计算,提出转炉煤气柜恒柜容间接置换是 一种理想 的气体置换方法. 关键词:转炉煤气柜气体置换 0 前言 莱钢现有的转炉煤气柜属于橡胶薄膜密封型干 式威金斯煤气柜,是转炉煤气的回收,存储,并网 转供的核心设施之一.现阶段,转炉煤气柜检修前 后,柜内残留的煤气通常采用气柜升降吞吐的方式 进行气体置换.这种气体处理方法操作简单,易于 控制,安全性较高,但是处理时间较长(对于容 积为 5 万 m 的转炉煤气柜,一般为 2—3d),消 耗的能源介质(一般为氮气或压缩空气)较多. 如何在保证安全的前提下,减少煤气柜气体置换时 间(因而缩短作业过程中煤气中毒风险存在的时 间),减少能源消耗,需要探讨一种新的威金斯转 炉煤气柜气体置换方法. 1 转炉煤气的一般特性 转炉煤气是无色,无味,剧毒的易燃易爆气 体,密度为 1.16～1.42kg/m,热值为 6800— 10000kJ/m,着火温度 530 左右,爆炸极限 18.2%～83.2%,其理论燃烧温度比高炉煤气的要 高.其 CO 含量达 55%以上,泄漏出来极易造成人 身中毒.转炉煤气与空气或氧气混合达到一定比例 时,遇到明火或 530oC 左右的高温就会爆炸. 2t 威金斯转炉煤气柜的工作原理 威金斯转炉煤气柜主要有柜体,活塞,放散以 作者简介:王营营(1982 一),女,2007 年 7 月毕业于山东建筑大 学电气自动化专业.助理工程师,主要从事煤气技术工作. 及保持气密作用的特制密封布帘和活塞及其调平装 置等组成.柜内壁下端与活塞之间用特制的密封帘 连接,见图 1. 1-柜顶;2-柜体;3-活塞;4-T 形挡板及挡板托架;5? 外密封帘;6-内密封帘 图 1 橡胶薄膜密封型煤气柜 煤气柜内活塞升降时,活塞支架托着 T 形挡 板连同密封帘随之升降.气柜密封帘是一种具有可 绕性的特殊合成橡胶膜,它随活塞上升时展开,下 降时叠加,柜容随之变化.密封帘是煤气柜的关键 部件,具有良好的弹性和强度,能适应较广的温度 范围并经久耐用. 3 转炉煤气柜气体置换的基本要求 3.1 气柜内转炉煤气的置换 将气柜内部留存的转炉煤气最终置换为空气的 过程,即为气柜内转炉煤气的置换.气体置换的结 果可以用煤气柜内 CO 的体积浓度和氧气的体积浓 度表示.按照相关标准,当煤气柜内 CO 的体积浓 度小于或等于 24×10 一,并且氧气的体积浓度大 65 王营营.等:威金斯转炉煤气柜恒柜容间接气体置换方法第 5 期(总第 155 期) 于或等于 19.7%时,可以认为气柜内转炉煤气置 换合格,作业人员能够进入煤气柜内进行相关的检 修或其它作业. 3.2 气柜内空气的置换 将气柜内部存留的空气驱赶出来,最终置换为 转炉煤气的过程,即为气柜内空气的置换.气体置 换的结果可以用煤气柜内 CO 的体积浓度和氧气的 体积浓度表示.按照相关标准,当煤气柜内 CO 的 体积浓度大于或等于 30%并且氧气的体积浓度小 于或等于 1%时,可以认为气柜内空气置换合格, 可以进行相关的转炉煤气回收,并网作业. 由于采取的气体置换方法的不同,气体置换过 程中,相应的安全风险,置换时间,资源消耗也有 所差别.在保障安全的前提下,尽量缩短转炉煤气 柜气体置换的时间,减少置换过程能源消耗是对煤 气柜气体置换的基本要求. 4 煤气柜气体置换的常用方法 实践经验证明,转炉煤气柜的气体置换可以采 用直接气体置换和间接气体置换两种方式进行. 所谓间接气体置换,是用惰性气体(通常使 用氮气)置换出煤气柜内残留的全部或部分转炉 煤气(空气)后,再用空气(转炉煤气)置换惰 性气体至检测合格.整个置换过程中,煤气柜内不 会形成爆炸性的混合气体,置换过程安全系数高, 但置换时间相对较长.而所谓直接置换,即省略了 间接置换过程中惰性气体置换环节,直接用空气置 换转炉煤气或用转炉煤气置换柜内的空气.随着柜 内气体成分的不断变化,直接置换过程的某一时间 段内,煤气柜内会有混合性爆炸气体存在,需要采 取严格的安全措施,因此,直接置换虽然置换时间 相对较短,但安全系数较低,现已不允许使用. 莱钢转炉煤气柜气体置换现在通常采用变柜容 间接置换方式.作业流程如下:将煤气柜柜容降到 下限(通常取气柜总柜容的 10%),向气柜内通人 氮气等惰性气体,气柜升至总柜容的 30%左右, 放散掉柜内气体至气柜柜容下限后,再次向柜内充 氮气至总柜容的 30%左右,再次放散掉柜内气体. 如此反复.直到柜内 CO 浓度小于转炉煤气爆炸下 限的 10%或小于 24X10 一.此时,维持柜容下限 不变,利用转炉加压机等鼓风设施,通过气柜回流 管向煤气柜通空气,直到柜内氧气含量大于 19.7% 5 恒柜容间接置换的分析与计算 与变柜容间接置换方式相对应,恒柜容间接置 换方式进行煤气柜气体置换流程中,其主要的差别 在于不论向柜内充氮气还是向柜内鼓风,都要求煤 气柜容积始终维持在柜容下限. 5.1 安全性比较 直接置换:在气体置换的初始阶段,柜内气体 为转炉煤气(或空气),不会产生爆炸危险.伴随 着空气(或转炉煤气)不断进入柜内,柜内混合 气体的成分开始发生变化,转炉煤气(或空气) 体积比逐渐减少,至某一时段,柜内混合气体达到 转炉煤气的爆炸上限(或爆炸下限)时,柜内开 始出现爆炸性混合气体,柜内气体的危险程度显着 提高.当转炉煤气体积百分比逐渐降低(上升) 到其爆炸下限(爆炸上限)后,柜内气体的主要 成分变为空气(转炉煤气),爆炸性混合气体开始 消失,气柜内混合气体将不再有爆炸的危险.假设 进入气柜的空气流量(转炉煤气流量)不变,则 柜内转炉煤气(空气)的体积百分比应均匀下降, 那么,由转炉煤气的物理特性可以推算,在整个气 体置换过程中,柜内存在混合性爆炸气体的时间约 为总置换时间的 65%以上. 间接置换:间接气体置换过程中,转炉煤气 (或惰性气体)是被惰性气体比如氮气(或转炉煤 气)逐步稀释的,不论两者的体积比如何变化, 由于没有空气的存在,柜内始终不会形成混合性爆 炸气体,煤气置换的爆炸危险程度因此大大降低. 以上的简要分析可以说明,转炉煤气间接置换 的安全系数比直接置换大得多,并且置换操作,控 制简单.这也是莱钢转炉煤气柜通常采用间接置换 的原因. 5.2 气体置换时间 重点分析间接气体置换的时间. 1)变柜容间接置换方式的时间计算(以置换 气柜内转炉煤气为例): 由变柜容间接置换作业流程,可以得到(1) 式: n=lg(0.1d/x)/(0/v1)…………(1) (1)式中:n——转炉煤气柜活塞升降次数; d——转炉煤气的爆炸下限,%; —— 转炉煤气中 CO 的体积百分 比,%; 莱钢科技 2011 年 10 月 .——活塞下降的极限柜容,m;