對本鋼新1號高爐DN650放散閥存在問(wèn)題的探討

　　為了解決本鋼新1號4747m3高爐爐頂DN650放散閥自開(kāi)爐以來(lái)存在的關(guān)不嚴、關(guān)不到位、正常生產(chǎn)時(shí)突然開(kāi)啟(嵌縫)問(wèn)題，針對本鋼新1號高爐實(shí)際生產(chǎn)工藝及具體操作方法，分析了問(wèn)題存在的原因，提出了解決問(wèn)題的方法;采取了在關(guān)閉放散閥信號來(lái)后再延時(shí)切斷動(dòng)力源、對DN650放散閥液壓缸進(jìn)行改造、對DN650放散閥擺動(dòng)壓緊碟簧缸的傾動(dòng)角度進(jìn)行合理調整的方法;取得了自改造后至今未發(fā)生過(guò)上述問(wèn)題的好成績(jì)，達到了通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，避免事故重復發(fā)生的目的。

　　本鋼新1號高爐是一座爐容為4747m3的大型現代化高爐，其正常生產(chǎn)時(shí)的爐頂壓力為：0.25MPa，采用了當今世界上最先進(jìn)的高爐煉鐵工藝技術(shù)與設備，爐頂安裝的4臺DN650放散閥是由武漢策爾曼生產(chǎn)的，它的主要特點(diǎn)是：液壓缸結合連桿機構的傳動(dòng)方式，推動(dòng)“擺動(dòng)壓緊碟簧缸”帶動(dòng)閥蓋實(shí)現開(kāi)啟、關(guān)閉的動(dòng)作。而作用在放散閥閥蓋上作用力的大小是由調整蝶簧力來(lái)決定的。其中，1號、2號、3號放散閥為高爐休風(fēng)放散閥，4號放散閥為高爐整體處理煤氣放散閥，其工作介質(zhì)壓力為：0.25MPa，最高工作介質(zhì)壓力為：0.28MPa。新1號高爐自2008年10月9日建成投產(chǎn)以來(lái)，DN650放散閥經(jīng)常發(fā)生關(guān)不嚴、關(guān)不到位、正常生產(chǎn)時(shí)突然開(kāi)啟的現象，這給爐頂設備及生產(chǎn)的穩定運行造成極大影響，分析出現這一現象的原因并解決這一問(wèn)題就顯得非常重要。

1、DN650放散閥存在問(wèn)題的原因分析

1.1、DN650放散閥工作系統簡(jiǎn)述及工作原理

　　DN650放散閥的功能主要是：在高爐休風(fēng)時(shí)，風(fēng)壓減至0.05MPa時(shí)放散閥打開(kāi)，放散爐內壓力，釋放爐內有害氣體，通過(guò)放散閥還可以造成爐內成負壓，以便于高爐設備的維護與檢修。另外，放散閥對高爐及設備還起到安全保護作用，當爐頂壓力超過(guò)0.28MPa時(shí)，放散閥自動(dòng)開(kāi)啟，爐頂壓力通過(guò)放散閥釋放減壓低于0.28MPa后自動(dòng)關(guān)閉。在高爐復風(fēng)時(shí)，爐頂壓力至0.01～0.02MPa關(guān)閉放散閥，以便儲存和提高爐內壓力，使高爐恢復生產(chǎn)順行。下面為本鋼新1號4747m3高爐爐頂DN650放散閥液壓系統簡(jiǎn)圖：

　　工作原理：(在此僅以1#DN650放散閥為例)

　　DN650放散閥的正常工作狀態(tài)是關(guān)閉的，此時(shí)液壓系統中Y型電磁換向閥是處于中位狀態(tài)的，液壓缸有桿腔由于雙向液壓鎖的保壓作用處于高壓(系統壓力：20MPa)狀態(tài)。而液壓缸無(wú)桿腔為回油低壓腔，由于受到雙向液壓鎖的保壓作用而有一定的(0.5MPa左右)背壓。當DN650放散閥需要打開(kāi)時(shí)，液壓系統中Y型電磁換向閥是處于右位狀態(tài)的，此時(shí)高壓油從P口經(jīng)雙向液壓鎖、節流閥進(jìn)入到液壓缸無(wú)桿腔，使液壓缸桿伸出，放散閥打開(kāi)。液壓缸有桿腔液壓油則經(jīng)過(guò)節流閥、雙向液壓鎖再通過(guò)T口返回油箱。當放散閥開(kāi)到位信號來(lái)后，Y型電磁換向閥返回處于中位狀態(tài)，切斷動(dòng)力源。當DN650放散閥需要關(guān)閉時(shí)，液壓系統中Y型電磁換向閥是處于左位狀態(tài)的，此時(shí)高壓油從P口經(jīng)雙向液壓鎖、節流閥進(jìn)入到液壓缸有桿腔，使液壓缸桿縮回，放散閥關(guān)閉。液壓缸無(wú)桿腔液壓油則經(jīng)過(guò)節流閥、雙向液壓鎖再通過(guò)T口返回油箱，當放散閥關(guān)到位信號來(lái)后，Y型電磁換向閥返回處于中位狀態(tài)，切斷動(dòng)力源。

圖1 DN650放散閥液壓系統筒圖

1.2、DN650放散閥存在問(wèn)題的原因分析

　　1.2.1、關(guān)不嚴

　　在高爐休風(fēng)完畢復風(fēng)后，DN650放散閥需要關(guān)閉時(shí)，有時(shí)關(guān)不嚴，關(guān)到位信號不來(lái)，特別是在冬季經(jīng)常發(fā)生，導致高爐不能順利恢復生產(chǎn)。分析原因主要為：1)潤滑不好，阻礙了機構的傳動(dòng)。2)由于生產(chǎn)操作的原因，在關(guān)閉放散閥時(shí)，爐頂的壓力超過(guò)了“高爐頂壓達到0.01～0.02MPa關(guān)閉放散閥”的條件。3)液壓缸的推力不夠。

　　1.2.2、關(guān)不到位

　　在高爐休風(fēng)完畢復風(fēng)后，DN650放散閥關(guān)閉，在放散閥關(guān)到位信號來(lái)的情況下，有時(shí)關(guān)不到位。分析原因主要為：關(guān)信號位置沒(méi)調整好或維護檢修時(shí)碰動(dòng)位置了，造成閥未關(guān)到位信號就來(lái)了，此時(shí)液壓系統中Y型電磁換向閥即回到中位，切斷動(dòng)力源，而這時(shí)造成放散閥關(guān)到位信號來(lái)，但還未關(guān)閉到位的后果。

　　1.2.3、正常生產(chǎn)時(shí)突然開(kāi)啟

　　高爐在正常生產(chǎn)時(shí)，DN650放散閥突然(嵌縫)開(kāi)啟。分析原因主要為：

　　1)爐頂壓力超過(guò)DN650放散閥最大工作壓力0.28MPa，導致放散閥開(kāi)啟。

　　2)DN650放散閥生產(chǎn)廠(chǎng)家沒(méi)有按最大工作壓力0.28MPa調整設計。

　　3)由于運輸及吊裝的原因導致閥體結構、液壓缸位置變形或改變，從而使放散閥的原有設計壓力發(fā)生變化。

　　4)液壓缸內泄時(shí)無(wú)桿腔活塞所承受的推力大于有桿腔活塞所承受的推力，造成開(kāi)閥的趨勢，其推力F3與爐頂壓力對放散閥閥蓋形成的推力F4合成逆時(shí)針?lè )较蛄��?如圖2示)，成為放散閥突然開(kāi)啟的條件。

　　DN650放散閥液壓缸缸徑：Φ160mm;

　　油缸桿徑：Φ100mm;

　　油缸行程：462mm;

　　液壓系統壓力：20MPa。液壓缸內泄時(shí)有桿腔推力為：

F1=PS=20×10⁶×3.14/4×(0.162-0.12)=2.45×10⁵N

　　液壓缸內泄時(shí)無(wú)桿腔推力為：

F2=PS=20×10⁶×3.14/4×0.162=4×10⁵N

　　此時(shí)液壓缸無(wú)桿腔推力大于液壓缸有桿腔的推力，其受力方向為開(kāi)啟放散閥方向。

　　所以液壓缸內泄時(shí)，液壓缸活塞所承受的推力方向為開(kāi)啟放散閥方向，活塞所承受的推力為：

F3=F2-F1=4×10⁵-2.45×10⁵=1.55×10⁵N

　　爐頂壓力對DN650放散閥閥蓋形成的推力為：

F4=PS=0.25×10⁶×3.14/4×0.652=0.83×10⁵N

　　因此，在液壓缸內泄時(shí)，液壓缸活塞所承受的推力F3與爐頂壓力對放散閥閥蓋形成的推力F4合成逆時(shí)針?lè )较蛄�矩，成為放散閥突然開(kāi)啟的條件。

　　DN650放散閥結構簡(jiǎn)圖如下：

圖2 DN650放散閥結構簡(jiǎn)圖

2、對存在問(wèn)題的改進(jìn)措施

　　2.1、對關(guān)不嚴的改進(jìn)措施

　　針對DN650放散閥是工作在露天及工作環(huán)境惡劣的特點(diǎn)，加強對設備的潤滑與保養，在復風(fēng)前多做幾次開(kāi)關(guān)閥實(shí)驗，如有問(wèn)題及時(shí)處理。多同生產(chǎn)操作人員溝通，關(guān)閥時(shí)要嚴格按操作工藝規定執行。另外，對液壓缸進(jìn)行改造加大液壓缸的推力。

　　對DN650放散閥液壓缸的推力分析：

　　原有DN650放散閥液壓缸缸徑：Φ160mm;

　　油缸桿徑：Φ100mm;

　　油缸行程：462mm;

　　液壓系統壓力：20MPa。

　　液壓缸有桿腔推力為：

　　F1=PS=20×106×3.14/4×(0.162-0.12)=2.45×105N

　　液壓缸無(wú)桿腔推力為：

　　F2=PS=20×106×3.14/4×0.162=4×105N

　　改造后DN650放散閥液壓缸缸徑：Φ200mm;

　　油缸桿徑：Φ100mm;

　　油缸行程：470mm;

　　液壓系統壓力：20MPa。

　　液壓缸有桿腔推力為：

F1'=PS=20×10⁶×3.14/4×(0.22-0.12)=4.7×10⁵N

　　液壓缸無(wú)桿腔推力為：

F2'=PS=20×10⁶×3.14/4×0.22=6.28×10⁵N

　　因為是在關(guān)放散閥時(shí)出現放散閥關(guān)不嚴的現象，而關(guān)閉放散閥是由有桿腔做功的，所以是由有桿腔的推力決定的。

　　則改造后液壓缸有桿腔的推力增大為：

F=F1'-F1=4.7×10⁵-2.45×10⁵=2.25×10⁵N

2.2、對關(guān)不到位的改進(jìn)措施

　　除在復風(fēng)前多做幾次開(kāi)關(guān)放散閥實(shí)驗外，在放散閥關(guān)到位信號來(lái)的情況下，使Y型電磁換向閥延時(shí)5s后再回到中位，即延時(shí)5s再切斷動(dòng)力源，這樣就解決了放散閥關(guān)到位信號來(lái)，但還未關(guān)閉到位的問(wèn)題。

2.3、對正常生產(chǎn)時(shí)放散閥突然開(kāi)啟的改進(jìn)措施

　　2.3.1、采用對新放散閥進(jìn)行預先打壓試驗的方法來(lái)整定閥的開(kāi)啟工作壓力

　　對新到DN650放散閥進(jìn)行預先充風(fēng)打壓試驗，這樣可以利用爐頂DN650放散閥平臺的液壓系統及風(fēng)能，從而確認該閥是否達到所需開(kāi)啟壓力要求，如不符合要求，則可以通過(guò)調整擺動(dòng)壓緊蝶簧缸定位螺母或調整擺動(dòng)壓緊碟簧缸傾動(dòng)角度的方法來(lái)保證放散閥開(kāi)啟壓力達到0.28MPa的要求。

　　具體方法如下圖3所示：

圖3 DN650放散閥打壓試驗簡(jiǎn)圖

　　按DN650放散閥法蘭制作盲板，在盲板上開(kāi)孔焊接1/2''短接，準備2個(gè)1/2''截止閥，1個(gè)0.1～0.5MPa減壓閥，1/2''短接4個(gè)，1/2''高壓膠管一根，0.1～1MPa壓力表一塊。

　　接好管道后，先開(kāi)截止閥，再將減壓閥調整到0.28MPa，待DN650放散閥內壓力為：0.28MPa時(shí)，關(guān)閉截止閥，保壓30min，看是否閥開(kāi)啟或減壓(泄漏)，確認是否符合要求后將排壓閥打開(kāi)泄壓。

　　2.3.2、對現在用放散閥進(jìn)行擺動(dòng)壓緊碟簧缸角度調整的方法來(lái)整定放散閥的開(kāi)啟工作壓力

　　通過(guò)咨詢(xún)DN650放散閥的生產(chǎn)廠(chǎng)家及查閱相關(guān)資料，確定放散閥的生產(chǎn)廠(chǎng)家在閥出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)將放散閥的開(kāi)啟工作壓力(0.28MPa)調整好。又對擺動(dòng)壓緊碟簧缸的限位螺母進(jìn)行檢查，因螺母有防松裝置，且未損壞，所以認定放散閥的開(kāi)啟工作壓力(0.28MPa)沒(méi)有發(fā)生改變，不需要對擺動(dòng)壓緊碟簧缸的壓力進(jìn)行調整。

　　按要求：DN650放散閥在關(guān)閉后，擺動(dòng)壓緊碟簧缸的最佳傾斜角度為6度左右(如圖2)。從擺動(dòng)壓緊碟簧缸的關(guān)閉起始位置到擺動(dòng)壓緊碟簧缸的垂直位置，其蝶簧的收縮位移應為14.6mm，此時(shí)蝶簧收縮壓力為最大值。而到關(guān)閉位置(傾斜角度為6度時(shí))，其蝶簧的收縮位移應為10mm，此時(shí)蝶簧作用在放散閥閥蓋上的壓力為0.28MPa。

　　對在用DN650放散閥逐個(gè)檢查，發(fā)現擺動(dòng)壓緊碟簧缸關(guān)閉位置的傾斜角度都大于最佳傾斜角度6度。而從圖4角度與壓力曲線(xiàn)圖分析，擺動(dòng)壓緊碟簧缸大于最佳傾斜角度6度時(shí)，其開(kāi)啟工作壓力均低于0.28MPa，這就可能導致DN650放散閥突然開(kāi)啟的現象發(fā)生。因此確定了利用調整擺動(dòng)壓緊碟簧缸傾動(dòng)角度的方法來(lái)整定放散閥的開(kāi)啟工作壓力。

圖4 DN650放散閥角度與壓力的關(guān)系

　　對現在用的DN650放散閥的擺動(dòng)壓緊碟簧缸進(jìn)行傾動(dòng)角度調整，通過(guò)改變傾動(dòng)液壓缸的位置，來(lái)達到擺動(dòng)壓緊碟簧缸的傾動(dòng)角度應在6度左右的最佳位置。

　　具體方法為：松開(kāi)液壓缸防松螺母，拆下液壓缸油管，旋轉液壓缸，使其位置發(fā)生改變，從而達到調整擺動(dòng)壓緊碟簧缸的傾動(dòng)角度應在6度左右的最佳位置。而此時(shí)擺動(dòng)壓緊碟簧缸在關(guān)閉閥的起始位置到擺動(dòng)壓緊碟簧缸的垂直位置，其蝶簧的收縮位移為14.6mm，到關(guān)閉閥位置時(shí)，其蝶簧的收縮位移為10mm。從角度與壓力曲線(xiàn)圖分析，當爐頂壓力超過(guò)0.28MPa時(shí)，放散閥自動(dòng)開(kāi)啟釋放爐頂壓力，在擺動(dòng)壓緊碟簧缸傾斜角度6度范圍內，其壓力均大于0.28MPa，所以放散閥自動(dòng)開(kāi)啟釋放爐頂壓力后，也能自動(dòng)關(guān)閉。

　　2.3.3、采用在關(guān)放散閥后對液壓缸進(jìn)行泄壓的方法，避免液壓缸內泄造成開(kāi)啟放散閥的條件

　　通過(guò)采用每次復風(fēng)關(guān)閉放散閥后，對液壓管道內壓力進(jìn)行泄壓的方法，避免了液壓缸始終處于高壓而產(chǎn)生內泄，至今未發(fā)生過(guò)DN650放散閥在正常生產(chǎn)時(shí)突然開(kāi)啟現象，保證了高爐的生產(chǎn)順行。

3、結論

　　為防止液壓缸內泄而達到DN650放散閥開(kāi)啟條件的形成，建議將液壓系統內的雙向液壓鎖取消，保證液壓系統內部在不工作時(shí)的壓力為零，靠擺動(dòng)壓緊碟簧缸壓力即封閉DN650放散閥，從而將此問(wèn)題解決。

　　經(jīng)過(guò)調整后的4臺DN650放散閥，自2010年7月16日投產(chǎn)，至今未發(fā)生過(guò)關(guān)不嚴、關(guān)不到位、突然開(kāi)啟現象，解決了因該設備發(fā)生事故而影響高爐生產(chǎn)的問(wèn)題，從而保證了高爐的生產(chǎn)順行。

　　以上是對本鋼煉鐵廠(chǎng)新一號高爐爐頂DN650放散閥存在問(wèn)題的一些解決和處理方法，在此提出與大家共同探討，如有缺點(diǎn)和錯誤望大家提出共同避免。