专家讲堂汽化冷却技术

1、加热炉汽化冷却系统常见故障及解决措施加热炉汽化冷却系统常见故障及解决措施长材部李双来长材部李双来二二、加热炉汽化冷却系统工作原理 三、三、汽化冷却系统事故实例、原因分析、解决措施及改进后运行效果 一、一、汽化冷却技术应用现状 四、四、汽化系统需要关注的几个要点一、一、汽化冷却技术应用现状 加热炉汽化冷却技术是一项成熟技术，并被广泛应用到各种类型轧钢加热炉和其他领域，但是由于很多地方企业没有熟练掌握汽化冷却技术的专业技术人员，无论从设计、施工、运行完全听从于设计方和施工方的意见，这样就往往将设计及施工缺陷的隐患带到了运行阶段。汽化冷却技术应用现状 一般存在缺陷的加热炉汽化冷却系统运行13个月、2

2、0天甚至更短时间，炉内汽化冷却水管就会出现开裂漏水现象，被迫停炉检修，这些企业并未认识到其严重性，更谈不上认真查找事故原因，仅仅将开裂水管焊好或更换局部水管又开炉生产，运行一段时间又出现重复事故。只要未排除隐患，此类事故就会不断循环发生，追其根源就是设计缺陷、施工过程中留下的质量隐患、运行不合理所致，这些情况的存在会给许多企业带来越来越大的经济损失和频繁的停产事故。二二、加热炉汽化冷却系统工作原理 汽化冷却系统分为自然循环和强制循 环两种形式。由于推钢式加热炉水梁回路较简单，各路循环阻力小且差异不大，多数采用自然循环形式，也有少数采用强制循环。而步进式加热炉水梁系统结构复杂，各路循环阻力大且差

3、异也较大，必须采用强制循环泵进行强制循环才能保证水梁安全冷却。加热炉汽化冷却系统工作原理水 蒸 汽给 水上升管下降管始沸点含汽段水 段炉 底 水 管加热炉汽化冷却系统工作原理 汽化系统分为自然循环和强制循环两种方式。 由上图所示，自然循环方式，一般用于推钢式加热炉，炉内水管为被冷却体，它与下降管、上升管、汽包组成一个回路。在回路中，炉内水管受热后其内部水逐步汽化，在炉内水管和上升管中充满汽水混合物，在下降管中则是从汽包中汽水分离后的水。由于水的重度大于汽水混合物的重度，因此下降管与上升管间就产生了推动力，形成了自然循环。参与循环的水只有少部分变成蒸汽得到利用或放散，其余的水回到汽包后再次参与循

4、环。 由于步进式加热炉汽化回路较复杂，系统阻力大，必须采用强制循环方式，循环系统内只是增加了循环泵做为循环动力。加热炉汽化冷却系统工作原理 汽化冷却系统安全运行的重要参数： 1）循环流速 各个冷却回路中水流动速度必须保证大于1.2m/s。这个速度属于临界流速，即小于此流速，管壁内侧上部形成蒸汽层，影响水对管壁上部的冷却，严重时产生局部过热沸腾，使管壁过热，降低其强度甚至造成开裂事故。强制循环汽化系统，视不同情况一般选择经济安全流速1.61.8m/s。加热炉汽化冷却系统工作原理 2）循环倍率 循环倍率即系统单位时间内的水循环量与蒸发量的比值，循环倍率=水循环量/蒸发量。自然循环冷却此值一般选择1

5、220，不得小于12，否则就不能保证水梁冷却效果，造成事故。强制循环冷却此值一般选择3840。三、三、汽化冷却系统事故实例、原因分析、解决措施及改进后运行效果 实例一 此例为步进式加热炉强制循环汽化冷却系统，开炉后炉温达到300左右时，发现汽化管道产生强烈的震动，经现场诊断，初步确定是部分回路流量偏低产生脉动导致的结果。 具体原因分析有以下方面： 1）循环泵流量小 在正常供水情况下计算管内额定平均流速1.3 m/s，离临界流速太近，小于1.61.8 m/s安全流速，再加上各路流量分配及检测偏差，有些回路实际流速小于1.2 m/s临界流速，属于设计上选定安全系数偏低问题。汽化事故实例、原因分析、

6、解决措施、改善效果 2）下降管开口流通面积小 检查汽包下降管开口发现与图纸不符，其流通面积小于下降管断面积，加大了流通阻力，进一步降低了循环泵正常工作流量，属于现场施工存在严重的原则性质量问题，未把握住关键技术原则。 两个致命的因素叠加使部分回路内实际流速小于1.2 m/s的临界流速，此系统带有重大隐患运行，因此热态时出现强烈的震动也是必然结果，在高温状态下短时间内炉内水梁就可能发生开裂、坍塌的严重后果。汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果 提出以下解决措施： 1) 更换循环泵，加大额定流量，由300m/h变为400m/h，计算管内额定平均流速1.7 m/s，处于安全流速范围。 2) 如

7、下图所示，重新调整汽包内下降管进水口，加大断面，使其流通面积大于下降管流通面积。 汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果下 降 管下 水 口汽 包下 降 管下 水 口汽 包改 进 前改进 后汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果 改进后运行效果：改进后彻底消除了隐患，开炉生产平稳运行，已经连续生产运行三年多，效果十分理想。 实例二 某车间配有一座推钢式汽化冷却加热炉，从建成投产后间隔13个月就连续发生了三次炉内纵水管开裂停产事故。汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果 前两次查找了原因，但由于隐患部位十分隐蔽未能找到真正原因，只是怀疑管子材质问题，当出现第三次事故后总结发现四个纵水

8、管其中一个始终未发生过开裂，此时排除了材质问题，又从其他方面查找另外原因，最终发现纵水管内部两段间分隔堵板焊接不严。具体情况如下图所示：汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果纵 水 管缝 隙隔 板炉头进 水出 水出 水炉 尾进水汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果 具体分析如下：由于炉子较长，将纵水管沿炉子长度方向分为两段，分别从炉头和炉尾进水，隔板左侧为炉头进水，右侧为炉尾进水，然后分别从隔板两侧出水。由于隔板与纵水管内壁焊接不严，存在较大缝隙，导致两路水相互形成阻力，产生了两路之间无固定规律性的交替短时间的相互阻断现象，被阻断的回路水流速骤然降低。由于高温作用，在局部管段上部产生

9、气阻，贴近气阻部位的上部管壁温度骤然升高，管壁冷却效果降低。 汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果 当压力升高到一定程度时，暂时被阻断的回路又将流动较正常的回路阻断，它又暂时恢复正常流动，此时管壁温度降低，另一回路又基本停滞，这样两路交替变化。实践表明发生气阻的部位较为固定，因此气阻部位的管壁就会受到间断的交变热应力，在长时间的交变热应力作用下将管壁由里到外逐渐形成疲劳断裂，发生漏水事故，此情况属于隐蔽施工严重质量问题。此类情况施工中要高度关注，隔板焊接后甲方必须主动验收确认。 解决措施：将隔板焊接牢固严密。目前已经运行四年多，再无此类事故发生。汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果

10、 实例三 某轧钢厂配有一座推钢式加热炉，汽化冷却系统为自然循环冷却形式，投产后连续发生了两次纵水管开裂事故，每次运行时间大约一个月。现场观察其裂口部位属于热应力疲劳断裂，分析存在以下问题。1）炉子较长33m,从炉头高温端进水，从装钢低温端出水，进入上升管，炉内受热面较长，单路循环阻力较大，特别是在低温状态循环不畅、或停滞。2）汽包运行压力0.40.5MPa，运行压力偏低。汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果3）炉尾两侧纵水管出炉后水平进入上升管，中间两根纵水管出炉后下扎290mm后进入上升管。对于流程较长的单回路出水点下扎，其阻力就成为影响循环不畅的关键因素。4）纵水管上升管末端未设置蒸

11、汽引射装置，点火烘炉初期或停炉后期低温阶段易产生气阻形成脉动运行。 以上四方面因素的综合影响，导致纵水管上管壁某些气阻部位长期受到热应力的作用，产生疲劳损坏。汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果 解决措施： 1）采用其他蒸汽源，在四个纵水管上升管接近汽包部位增设蒸汽引射装置，在烘炉初期或停炉后期低温阶段打开蒸汽引射管，增加循环助动力。 2）将炉尾中间两根纵水管出水点下扎改为水平，减小循环阻力。 3）将汽包运行压力由0.40.5MPa提高到 0.7MPa，改善循环效果。汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果4）调整烘炉方法，尽可能在炉尾点火烘炉，使火焰逐步延伸至炉头端，达到水循环与炉膛

12、温度顺流升温。5）将纵水管由通长一根改为两段，变为两个回路，由于改动量太大，暂不实施，待以上四项措施实施后看效果如何再做决定。实施效果：实施后，目前已经生产运行四年，汽化系统运行平稳，达到了预期改进效果。汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果 以上仅仅列举了三个实例，其实还有很多企业也发生过类似事故，甚至有些企业汽化冷却系统隐患至今尚未得到根治，仍处于不间断停产检修、生产、再停产检修的恶性循环状态。这充分说明，无论是设计部门、施工单位还是生产企业，在汽化设计、施工阶段，设计把关和施工把关方面均存在一定的致命漏洞，只要这些漏洞存在，汽化事故就会在不同的地方、不同的企业不断地发生。汽化事故实例

13、、原因分析、解决措施、改善效果 追其根源就是设计缺陷，施工过程中留下的质量隐患、运行不合理等诸多因素所致，这这些因素的存在会给许多企业带来越来越大的经济损失和频繁停产事故。 因此吸取以上教训，杜绝类似情况发生，对汽化系统安全运行至关重要。汽化事故实例、原因分析、解决措施、改善效果 因此，要排除这些隐患，需要做以下几方面工作。 1）设计部门要提高个别设计人员的责任心，讲究职业道德，将每个设计做到完美，杜绝设计中发生原则性、致命性错误。 2）提高钢铁企业相关技术人员的技术素质和责任心，严格把住设计关键点和施工关键点的质量。 3）施工企业要严格按图纸施工，保证施工质量，决不能私自更改设计，施工后要请

14、设计方、使用方联合验收。四、汽化系统需要关注的几个要点1、汽化系统水质要符合下表中的标准要求中低压锅炉给水水质标准（GBl5762001） 项 目 给 水 锅 水 额定蒸汽压力, MPa 1.01.0 1.6 1.01.01.61.6 2.5 1.62.5悬浮物，mg/L55 5总硬度，mmol/L1) 0.030.030.03 总碱度，mmol/L2)无过热器6-26 6-24 6-16有过热器1412pH(25) 77710-1210-1210-12溶解氧，mg/L3）0.10.10.05汽化系统需要关注的几个要点 2、软化水储水罐储水量要按不小于6小正常用水量考虑，防止软水系统检修或停水情况下能够维持正常冷却，系统尽可能不用应急水，其对系统带来的危害太大，但不得以时，为保证汽化系统不瘫痪，还必须开启应急水。 3、无论是在线上水泵还是循环泵，一但出现故障，要立即检修连续处理好备用，不得拖延；防止倒用的泵在短时间内再